De meeste chemici kunnen de artikelen opnoemen die hun leven hebben bepaald. Voor velen van ons zijn de Cahn-Ingold-Prelog (CIP) prioriteitsregels van 1966 een van de meest relevante. Het artikel heeft een indrukwekkend aantal citaten, maar net zo belangrijk is de stabiliteit van zijn populariteit: zijn praktische nut heeft ervoor gezorgd dat het nog steeds wordt gebruikt door generaties chemici over de hele wereld.
De CIP-regels geven ons een eenvoudig hulpmiddel om stereocentra ondubbelzinnig te beschrijven, en als zodanig is het een vitaal onderdeel van onze rigoureuze nomenclatuur voor moleculen. Toch lopen de regels achter op sommige ontwikkelingen in de chemie, en met name als het gaat om supramoleculaire soorten.
De covalente chemische binding wordt vaak beschouwd als de basis van de CIP-regels, maar de niet-covalente interacties die zo essentieel zijn voor de supramoleculaire chemie geven ook aanleiding tot stereogene centra. Het is duidelijk dat de regels kunnen worden verbeterd, maar we moeten ook oppassen dat we iets dat opmerkelijk goed werkt, niet nodeloos ingewikkeld maken.
De bestaande regels omvatten wel degelijk eenzame paren – in 2004 heeft de International Union of Pure and Applied Chemistry (Iupac) ze geïntegreerd met betrekking tot de behandeling van tetrahedrale systemen die een elektronenpaar hebben: “een eenzaam elektronenpaar op een atoom zoals stikstof of zwavel heeft het fictieve atoomnummer nul. Het is dus lager gerangschikt dan een waterstofatoom”. Wij stellen daarom een verdere, eenvoudige uitbreiding van de voorrangsregels voor om het probleem van de niet-covalente interacties op te lossen.
Het door ons voorgestelde systeem
Voor interacties waarbij een lone paar betrokken is, stellen wij voor het gecoördineerde lone paar een fictief atoomnummer tussen 0 en 1 toe te kennen (met andere woorden groter dan een ongecoördineerd lone paar maar kleiner dan een waterstofatoom). Als er meer dan één gecoördineerd lone pair is, worden ze door het ligand geordend volgens de klassieke CIP-regels.
De bovenstaande voorbeelden laten zien hoe voorrang zou worden gegeven (volgens de rode lijnen en nummers) met gebruikmaking van de voorgestelde wijzigingen van de CIP-regels
Voor interacties waarbij atomen betrokken zijn (bijvoorbeeld H-atomen als onderdeel van waterstofbruggen), geschiedt de toewijzing volgens dezelfde regels als die welke op stereogene centra worden toegepast; dus waterstofbinding of een andere niet-covalente interactie heeft een hogere prioriteit dan waterstof, en niet-covalente bindingen worden gerangschikt naar atoomnummer van de ligand (hoogste naar laagste).
Hierboven staan twee eenvoudige voorbeelden, met pijlen en nummers om de rangorde aan te geven. In het eerste (CH3OH:HF-complexen) heeft het coördinerend lone-pair op methanol een intermediaire prioriteit tussen het niet-gecoördineerde lone-pair (dat naar achteren wijst) en het waterstofatoom; in het tweede (CH3NH2:NH3:OH2-complexen) heeft de waterstof die gecoördineerd is met zuurstof een hogere prioriteit dan de waterstof die gecoördineerd is met stikstof. Beide hebben een hogere prioriteit dan het lone paar (dat naar achteren wijst), maar een lagere prioriteit dan de methylgroep.
Om een verbinding correct te benoemen, moet men zich ervan bewust worden dat een stereogeen centrum is ontstaan en zich afvragen wat de oorsprong van de chiraliteit is; bovendien leidt de aanwezigheid van een tweede, supramoleculair stereogeen centrum, tot verborgen diastereomerisme. Dit eenvoudige systeem stelt ons in staat supramoleculaire structuren duidelijk te beschrijven en de taal van de chemie verder te verbeteren.