La stéréoisomérie configurationnelle(Autosaved)

7/18/2019 La stroisomrie configurationnelle(Autosaved)

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III. La stroisomrie configurationnelle (ou isomrie configurationnelle)

La stroisomrie configurationnelle intresse lisomrie optique et lisomrie gomtrique. Elle concerne,

spcifiquement, les drivs chiraux (les drivs dissymtriques) et les drivs thylniques et cyclaniques.

1. La stroisomrie optique (ou stroisomrie strique)

Notion de chiralit

Celui qui nclate pas de rire, lorsquil se penche pour regarder ses pieds nus, celui-lna soit aucun sens de lhumour, soit

aucun sens de la symtrie(cit dans larfrence bibliographique:C. Gros, G. Bonni, L actualitchimique, mars 1995, pp. 9-15.), ainsi

Descartes (1596-1650) exprima, le premier, la notion de chiralit mais sans la nommer. De fait, lachiralit estdonc

une proprit qui est lie lasymtrie. Elle sapplique aussi bien aux objets qui nous entourent quaux molcules.

La plupart des objets de la vie quotidienne: le pas de vis, la paire de ciseaux, le tire-bouchon, les casseroles

avec un bec verseur, les chaussures, les gants, lescalier enroul en spirale, etc., sont asymtriques et, par consquent,

non superposables leur imagedans un miroir. En 1898, Lord Kelvin appela cette proprit chiralit, du grec

Kheir qui veut dire la main. Les objets dous decette proprit sont ainsi qualifis de chiraux et ceux ne la

prsentant pas sont dits achiraux.

La chiralit nest pas, cependant, une proprit exclusive des seuls objets artificiels. Elle est aussi

omniprsente dans la nature, dans le rgne tant animal quevgtal, ce qui poussa dailleurs Louis Pasteur (1893), car

layant constat, dclarer : lunivers est dissymtrique. Ainsi, les mains, les pieds, les oreilles, les rotations des

anticyclones, certaines plantes grimpantes (comme le chvrefeuille, le haricot rame, le houblon, etc.), la coquille

descargot (figure 28a), les coquillages marins (tel le chank de lInde), etc., sont des exemples dobjets naturels

chiraux. La chiralit sexprime aussi dans la nature lchelle molculaire. Ainsi, la molcule dADN, laquelle

senroule de faon hlicodale, les enzymes des organismes vivants, les molcules participant aux processus de

reconnaissance et de relais dinformation (telles les hormones), les glucides naturels, les acides amins naturels,

constituants principaux des protines (figure 28b), etc., sont galement chiraux. Mais lon a remarqu que denombreux objets chiraux et leurs images spculaires peuvent exister naturellement de faon panache dans des

proportions trs diffrentes. Par exemple, il est observ quun seul escargot sur 57.000 prsente en moyenne une

spirale gauche. Aussi, linstar des glucides et des acides amins naturels qui possdent, pour la plupart, le mme

arrangement asymtrique, un objet chiral peut parfois exister dans la nature sous une seule forme chirale(rfrence

bibliographique: C. Gros, G. Bonni, L actualitchimique, mars1995, pp. 9-15.).

Figure 28. a) La coquille descargot, un exemple dobjet naturel chiral ; b) Un couple dnantiomres dun acide amin chiral (R H COOH NH2)


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NH2

HOOCCH3

H

NH2

COOHH3CH

NH2

HOOCH

CH3

NH2

COOHH

H

NH2

HOOCH

H

NH2

HOOCH

Ha)acide2-aminothanoque

b)acide2-aminopropanoque

a)acide2-aminopropanoque(chiral) b) acide2-aminothanoque(achiral)

Fi gure 29 . Deux exemplesd'acides aminschiral et achiral

retournement de180

retournement de180

mal apparis

NH2

HOOCCH3

H

NH2

HOOCH

CH3

apparisNH2

HOOCH

Har

2ccc

O


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groupements -CH3 et -CH(Et)NMe2 prsente la fois une chiralit centrale et une chiralit plane), les configurations

sont nonces dans lordre de priorit suivant : chiralit centrale> chiralit axiale > chiralit plane.

C

A

B

C

D

Figure 30. Quelquesexemples de molcules prsentant une chir alitaxiale ouune chir alitplane.

Bi phnyles

A

Ferrocnedisubstituen1,2-(chiralitplaneouchiralitmtallocnique)

(chiralitaxiale)Al lnesnomb re pair de doublesliaisons

A

B

C

D

Cyclophanemonsubstitu(chiralitplane)

Fe

A

B Fe

A

B Fe

B

A

NMe2

EtH3C

Fe

H

Fe

A

A

B

B

Ferrocnedisubstituen1,3-suruncycle(chiralitplaneouchiralitmtallocnique)

Ferrocnedisubstituen1,2-(chiralitplaneouchiralitmtallocnique+chiralitcentrale)Ferrocnedisubstituen1,2-surlesdeuxcycles(chiralitplaneouchiralitmtallocnique)

A B et C D

A B

A B

Fe

B

B

A

AFe

A

BA

B

Fe

AB

(chiralitaxiale)

C C C

A

B

C

D

NMe2

Et CH3

Fe

H

D

C B

A

alkylidnescycloalcanes(chiralitaxiale)spiranes(chiralitaxiale)

Il est important nanmoins de noter que dans le cas particulier de la chiralit centrale, la dissymtrie

molculaire nest pas toujours matrialise par lexistence dun carbone asymtrique. Un centre asymtrique

ttradriquepeut aussi tre symbolis par un lment du groupe 14de la classification priodique: Si, Ge, Sn, Pb,

etc,. De plus, des centres strogniques de types htroatomes : N, P ou Ar sont aussi observs dans lescas de

structures ttradriques, de type ammonium ou phosphonium, ou darchitecturespyramidales trois substituants

diffrents(figure 31).

O

ArnPrHO

Et

ArnPrMe

Et

PnPrMe

Et

PMenPr

Et

NO

Ph

Ph R

NO

Ph

Ph

R

R=Me; tBu

NOCH3PhCH2O

C(CH3)2

CH2COOH

BasedeTrger

GeH

Et

Ph

Si

H3C

Ph

H

Figure 31.Quelques exemples de divs du silicium , du germanium et d' amines, de ph osphines et d' arsines chiraux

(Rfrencesbiblographiques :a) A . Collet, J. Crassous, J.-P. Dutasta, L. Guy, "Molculeschirales: Strochimieet Proprits", EdsEDP Sciences, 2006 ;b) M. Madsclaire, "Stroisomrie. Gnralitset IncidenceenChimieThrapeutique", EdsEllipses)

Mais, dans les structures pyramidales asymtriques o latome dazote sert de centre chiral, la prsence du

doublet liant est lorigine dun phnomne dinterconversion entre les deux images spculaires. Linversion du

doublet non liant de lazote, qui est quelques fois appele flip-flop, est souvent trs rapide temprature ambiante

au point quil est difficile disoler individuellement les deux images spculaires de lamme paire. On peut cependantralentir linversion du doublet en augmentant la barrire dnergie par refroidissement trs basse temprature ou

en incorporant lazote dans un petit cycle. Dans les petits cycles asymtriques qui portent lazote sur un sommet,

linversion est, en effet, ralentie par les contraintes angulaires cycliques. Mais le flip-flop peut tre compltement


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annihil en prsence de substituants trs volumineux, tels ceux de la base de Trger figure 31, ou de substituants

trs lectrongatifs. Les doublets non liants des phosphines et des arsines sinversent aussi, mais beaucoup plus

lentement que celui des amines(figure 31).

N

N

O

O

H

H CH3

H3C

NH2

HOOCH

H

NH2

HH

H

H

HH

H

1plan desymtrie(C-N et C-C)

4plansdesymtrie(C-H et C-H)3plansdesymtrie

(C-N et C-H)

Fi gure 32. I den ti fi cati on d'lments de symtr ie dans quelques molcules achirales.

1centredesymtrie(lemileudeC-C)

HOOC

H2NH COOH

HNH2

1centredesymtrie(lemileudecycle)

OH

H

H

HO

OH

H

OH

H

Cis (achirale)

1 plan de symtrie

Trans (chirale)mais

OH

H

H

HO

OH

H

OH

H

Cis (achirale)

1 plan de symtrie

Trans (achirale)

1 plan de symtrie

HO

HO

HO

HO

Cis (achirale)

1 plan de symtrie

Trans (chirale)mais

Cis-cyclobutan-1,2-diol Trans-cyclobutan-1,2-diol Cis-cyclobutan-1,3-diol Trans-cyclobutan-1,3-diol Cis-cyclopropan-1,2-diol Trans-cyclopropan-1,2-diol

Mais, en y regardant de trs prs, nous nous rendons lvidence que lachiralit de lacide 2-

aminothanoque est cause par lexistence dun plan de symtrie dans la molcule. Celui-ci est dfini par les

liaisons C-NH2 et C-COOH. Il est ainsi coplanaire au plan de la feuille. De la mme manire, lachiralit de la

mthylamine ou celle du mthane (figure 32) sont provoques par lexistence de trois ou quatre plans de symtrie au

sein des deux molcules. Ceux-ci sont dtermins, respectivement, par les couples de liaisons (C-N ; C-H) et (C-H ;

C-H). Dans lexemple de lacide 2,3-diaminobutane-1,4-dioque, la prsence de deux strocentres na passuffit pas

pour confrer une chiralit la molcule. La raison est que celle-ci est,en ralit,symtrique. Mais la symtrie, pour

ne pas dire lachiralit du diaminodiacide, dans sa conformation dcale de la figure 32, est due cette fois-ci la

prsence non pas dun plan mais plutt dun centre de symtrie, savoir le milieu de la liaison centrale carbone-

carbone. Cest dire que la condition ncessaire et suffisante pour quune molcule soit chiraleest quelle ne prsente

ni plan, ni centre de symtrie, encore moins un axe alternant Cn. Les deux premiers lments de symtrie sont,

cependant, des cas particuliers du dernier, pour lesquelsnest gal 1 ou2, respectivement.

Fi gu re 33.Un exemple de molcule achi rale prsentant u n axe de rot ati on-i nversion .

(Rfrencebibliographique: P. Caubre, "Comprendreet A pprendrel aChimieOrganique", EdsPUN , 1987.)

molcule achirale ded part

N

H3C

N

CH3

CH3

CH3 N

CH3

N

CH3

CH3

H3Crotation de90autourdel'axeC2

NH3C

N

CH3

CH3

CH3

axealternC2

molculeachirale

symtriepar rapportau plan P

Laxe alternantCnpermet de raliser deuxoprationsconscutives de rotation et dinversion, raison pour laquelle ilest aussi appel axe de rotation-inversion. Ainsi, une molcule est chirale si lissue dunerotation dun angle de

Plan qui coupe un objet ou une molcule en deux moitisimages lune de lautre dans un miroir.

Point partir duquel deuxsubstituants identiques sont joignables par une droite et par rapport auquel ceux-ci sont gale distance.


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2/ nautour de laxeCnpuisdune symtrie par rapport un plan perpendiculaire celui-ci elle nest pas identique

(ou nest pas superposable) elle-mme (figure 33). Et elle est achirale dans le cas contraire.

Ds lors, pour estimer si une molcule (ou un objet) est chirale ou non, il ya lieu, dfaut de modles

molculaires, de la dessiner avecson image spculaire et, ensuite, dessayer de superposer lesdeux. Mais, la faon la

plus simple de savoir si elle est chirale ou non est de chercher la prsence de carbones asymtriques dans sa

structure molculaire fondamentale et de marquer ceux-ci par un astrisque. Si un seul carbone asymtriqueest

prsent, la molcule tudie est chirale sans aucun doute. Cependant, comme dans lexemple du diaminodiacide et

decertains des drivs cycliques de la figure 32, si plus dun carbone asymtrique (cest--dire deux ou plusieurs

carbones asymtriques)est prsent, la molcule peut tre chirale comme elle peut ne pas ltre. Aprs le reprage de

plusieurs carbones asymtriques au sein dune molcule, il convient donc de chercher la prsence ou non dun

lment de symtrie, entre un plan, un centreet un axealternantCn. Mais ce dernier est plus difficile identifier.

Notionsdnantiomrie,dnantioslectivit et dexcs nantiomrique

Les molcules chirales (de mme que les objets chiraux) sont lis leur image spculaire par une relation

dnantiomrie. On dit, en consquence, que la molcule (ou lobjet) chiraleet son image dans un miroir sont des

nantiomres, des nantiomorphes, des isomres configurationnels, des isomres optiques, des antipodes optiques

ou des inversesoptiques. Dans le cas des molcules, en particulier, deux nantiomres ont la mme formule semi-

dveloppe et la mme connectivit. Ils diffrent par leur configuration, cest--dire larrangement spatial ou la

disposition des substituants autour du carbone ou des carbones asymtriques, ce qui correspond la dfinition

donne la conformation. Chaque nantiomre est donc dans une configuration donne. Pareillement aux

conformres, les nantiomres sont aussi des stroisomres. Ladiffrence entre ces deux types disomres rsulte

dufait quunchangement conformationnel se fait par rotation autour dune liaison(sans rupture de liaisons), tandis

que le changementconfigurationnel exigela rupture duneouplusieurs liaisons.

Mlange racmique et mlange non racmique (ou mlange enrichi)

Dans lescas de substances chimiques macroscopiques formesdun seul des deux nantiomresdune paire,

on parle dhomochiralit et dit que la substance est homochirale, nantiopure, optiquement pure,

nantiomriquement pureou nantiomriquement rsolue( raison de 100%). Et Louis Pasteur est souvent cit en

exemple dans ce domaine: il fut, en effet, le premier avoir russi, en 1848, rsoudre (ou ddoubler) un

mlange racmiquede tartrate dammonium et de sodium. Il en isola les deux nantiomres par tri manuel des deux

types de cristaux nantiomorphes. Mais, il est possible quun nantiomre, ltat pur, puisse entrer dans une

transformation progressive qui mne un quilibre avec son image optique. On dit alorsquil se racmiseou quil

ya racmisation.

Une substance chimique peut ainsi contenir les deux formes nantiomorphes dune molcule chirale. Si les

proportions des deux nantiomres sont quimolaires ou sont dans le rapport 50/50 ou 1:1, cest--dire une


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reprsentation moiti-moiti ou 50% de chaque, le mlange est appel mlange racmique, racmiqueou racmate.

Un mlange racmique a des proprits physiques diffrentes de celles des nantiomres le composant, lorsque ces

derniers sont considrs isolment.

En revanche, si le mlange est non racmiqueou enrichi, cest--dire si lun des nantiomres de la mme

paire est prdominant, on parle dans ce cas de mlange partiellement ddoubl ou partiellement rsolu etdnantioslectivit. Un tel mlange est compos dun racmate, qui est appel reste racmique, et dune part

excdentaire qui est compose uniquement de lnantiomre majoritaire, cest--dire ne rentre pas dans la

composition du reste racmique. Par exemple, considronsun chantillon dun produit chimique qui contient 70%

dun nantiomreAet 30% de son image optiqueA. Celui-ci est alors form de deux parts dont lune estun reste

racmique, dune composition 30% deAet 30% deA. La deuxime part est constitue uniquement de A . Elle

reprsente40% du mlange initial de la part deAqui excdele reste racmique.

Il est important toutefois de signaler que la notion dnantioslectivit se rapporte le plus souvent laraction qui a donn lieu la substance chimique enrichie elle-mme. Une telle raction est dite nantioslective

pour la simple raison que la formation de lun des nantiomres est favorise sur celle de lautre. Et son

nantioslectivitest mesure par lexcs nantiomrique(ou eeen abrg). Ce dernier permet de quantifier, dans

un milieu ractionnel ou dans une substance chimique, la quantit delnantiomre majoritaireA qui excde celle

de l'nantiomre minoritaireAou dpassele resteracmiquedu mlange(Rfrence bibliographique: Strochimie des

Composs Organiques(Eliel& Wilen), Eds. TecDoc, 1996, p.216). Il est donn par la formuleee =100 (XAXA) oXdsigne

les fractions molairesdeAetAdans le mlange. Ds lors,XA+ XA= 1, cette expression devient:ee= 100 (2XA1), avecXA, la fraction molaire de A dans le mme mlange. En passant aux pourcentages, nous crivons ee = %

nant iomre A - % nant iomre A. Dans lexemple du paragraphe prcdent, lexcs nantiomrique du

mlange en question est :ee= 40%.

Activit optiqueet puret optique

Les nantiomres dune paire ont les mmes proprits chimiques lgard dun ractif achiral. Celles-ci

sont, cependant, diffrentesen prsence dun ractif chiral, cest--dire lorsque le strocentreest impliqu dans la

raction. De plus, toutes les proprits physiquessont identiquessauf une, qui est la facult de faire tourner le plan

de la lumire polarise avec le mme angle, mais lun vers la droite [dextrogyre: dou (+)] et lautre vers lagauche

[lvogyre: lou (-)]. Cette proprit est appele activit optique. Cest lasymtrie des molcules chirales qui en est la

cause. Les molcules achirales, lesquelles sont assujetties une certaine symtrie, ne prsentent donc pas cette

proprit. Les mlanges racmiques ne la possdent pas aussi. Mais, la diffrence des molcules achirales, cest

parce que ces derniers sont forms de quantits quimolairesdes deux nantiomres membres de la mmepaire,

que les deux actions de dviation sannihilent mutuellement : + + (-) = 0. Cest pourquoi, ils sont toujours

dsigns par dlou (), par exemple : dl-butan-2-ol ou ()-butan-2-ol. En revanche, les mlanges non racmiques

dnantiomres dune paire dvient le plan de la lumire polarise proportionnellement leur composition en


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lnantiomre majoritaire. Cette dernire est dans cecasdfinie par lapuret optique(p.o.), laquelleest sous forme

depourcentage. Elle est numriquement quivalente lexcs nantiomrique (ee) et donne par la relation :p.o.

(%) =([]mlangednantiomres/ []nantiomre pur) x100. Par exemple, titre dexercice dapplication,dterminonsla

composition dun panach dnantiomres dune paire dont lepouvoir rotatoireobserv estgal la moiti de celui

de lnantiomre dou (+) majoritaire considr individuellement. Le calcul de la puret optique donne unep.o.

gale x 100 = 50%, soit donc un quivalent en excsnantiomrique (ee) de 50%. Celasignifie que la part

excdentaire de lnantiomre majoritaire (+)est reprsente 50% de la composition totale du mlange. Le reste

est par consquent un racmique qui formeledeuxime 50%. Ds lors quun racmique est form de deux parts

gales de deux nantiomresdunepaire, la composition centsimale du mlange est constitue de50% + 25% =

75% de lnantiomremajoritaire(+)etde 25% de son image optique (-).

Cestvers 1815 que Jean-Baptiste Biot (1774-1862), un physicien franais,dcouvrit lactivit optique, alors

que lon ne parlait pas encore, cette poque, dechiralit et de molcules chirales. Son exprience intervint la

suite de la dcouverte de la polarisation de la lumire par Etienne-Louis Malus (1715-1812). En effet, il observa,

pour la premire fois, que des cristauxde quartz, des liquides naturels tels que le gemme ou des solutions aqueuses

de sucre de canne ou de camphreavaient la facult de dvier le plan de la lumire polarisequi les traverse dun

angle appel rotation optique ou pouvoir rotatoire. Mais cest Louis Pasteur que reviendra le mrite des

premiresexpriences ralises sur lactivit optique. I l utilisa des solutions prpares partir des cristaux dacide

tartrique nantiomres quil spara un peu plus tt. Celles-ci lui permirent, en effet, de dcouvrir que lactivitoptique estune proprit des seules molcules asymtriques, douesdonc de chiralit.

La rotation optique peut tredtecte et mesure par un polarimtre (figure 34). Celui est compos dune

lampe au sodium, lequel met une lumire jaune uniformecorrespondant la raie D (celle du sodium mme) de

longueur donde = 589 nm, dun polariseur sous formeprisme de Nicol, dune cellule contenant la solution de

lchantillon et dun deuxime polariseur appel analyseur, qui nest autre quun deuximeprisme de Nicol plac

dans loculaire du polarimtre.

Fi gure 34. Reprsentati on schmati que dun polarimtre(Chimie Organique. Les Grands Principes. (John Mc Murry), Eds Dunod, p. 191.).

Larotation optique est toutefois dpendante des conditions opratoires : la temprature, la longueur donde

de la lumire utilise, la concentration de la solution et la nature du solvant qui a dissous lchantillon. Cest

pourquoi, lactivit optique dune molcule chirale est quantitativement dfinie, de faon standard, par son pouvoir

rotatoire spcifique. Gnralement dsign parDT (en dm-1g-1cm3), le pouvoir rotatoire spcifiqueest donn par la


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loi de Biot : []DT=/ C.l , o dsignela rotation optique;C, la concentration en g/ cm3 ; l, lpaisseur (exprime

en dm) de la cuve contenant la solution de lchantillon, et T, la temprature en C. Pour viter toute ambigit, la

valeur delest conventionnellement retenue gale 1 dm (ou 10 cm)et T numriquement gale 20C. Toujours de

faon conventionnelle, la lettre D en indice indiquela raie D du sodium. Il remplace cet effet la longueur donde

= 589 nm de la raie D en soi. A linverse, il est aussi courant de voir le pouvoir rotatoirespcifique dsignsousla

forme[]

T. Pareillement pour qui est quelques fois remplac par 0. Ainsi, le pouvoir rotatoire spcifiqueest

une grandeur physique qui caractriseles molcules chirales au mme titre que les points dbullition et de fusion,

lindice de rfraction, la solubilit, etc.Il est donn par les tables desconstantesphysiques, du moinspour la plupart

des produits organiques chiraux commerciaux(Rfrence bibliograph ique: Traitde Chimie organique(V ollhardt& Schore), Eds

DeBoeck, 1995, pp.141-143.).

Conf iguration relative et conf igurati on absolue des molcules chirales

En prsentant, en introduction gnrale, les diffrentesbranches de la strochimie, nousavonsprsent la

cristallographie aux RX (rayons X) comme une sous-branche de la strochimie statique. Elle est de nos jours la

meilleure technique qui permet de dterminer la configuration absolue, cest--dire larchitecture ou la structure

exacte des molcules.Elle renseigne donc sur la configuration ou larrangement spatial des atomes et groupements

datomes des molcules. Ellene fut toutefois dcouverte quen1951 par Bivojet, un chimiste hollandais.

Les descrip teurs D et L de Fischer (ou des configurations relatives)

Fi gu re 35. Dtermi nat ion de la con fig urat ion relati ve de m olcul es chi rales par corrlat ion avec le D -(+ )-gl ycraldhyd e(Rfrence B ib li og raphi qu e: "I nitiationla chimieorganique" (Jonhson), EdsDeBoeck, p. 626.)

COOH

CH 2NH2

D-(+)-Isosrine

H OH

COOH

CH2OH

OHH

Acide D-(-)-lactiqueD-(+)-glycraldhye

CHO

CH2OH

OHH

COOH

CH2Br

OHH

COOH

CH3

OHHHNO3 HNO2

H2O

HNO2

HBr

Zn/H+

Avant la dcouverte de la mthode cristallographique, il tait impratif de mettre au point une mthode trs

simpliste, certes, mais indispensable pour dterminer les configurations des acides amins et des glucides,

relativement celle du dou (+)-glycraldhyde. Et cest Emil Fischer qui fut lorigine de la mthode utilise. Il

commena, en effet, par attribuer au dou (+)-glycraldhyde la configuration arbitraireD. Pour cela, il utilisa la

reprsentation qui porte aujourdhui son nom mais en sarrangeant placer, et ce de faon arbitraire, le groupe OH

droite. Ainsi, lon attribua par la suite la configuration D tous les produits organiques optiquement actifs quifurent obtenus partir du glycraldhyde (ou de son driv) ou qui gnrrent celui-ci (ou lun de ses drivs)

partir deractions nimpliquant pas directement le carbone asymtrique (figure 35). La configuration relativeL fut

attribue par la suite aux antipodes optiques des drivs de configuration relativeD. La structure aux RX de lacide


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(+)-lactique fut entretemps dcouverte par Bivojet. Lequel acide lactique fut au pralable corrl au glycraldhyde

et prsenta la configuration relative L. La prdiction de la configuration relativeDdu glycraldhyde se rvla, et ce

fort heureusement, conformes saconfiguration absolue. Ainsi, les configurations relatives des autres molcules,

lesquels furent aussi corrles au glycraldhyde, se rvlrent, concomitamment, exactes.

Lamthode de Fischer est aujourdhui courammentutilise, et mme tendue auxautres types de molcules

chirales. Mais il est bon de noter que les lettres Det L qui dsignent les configurations relatives ont plus une

signification structuraleque physique, linverse des lettres det l. I l nya aucun lien entre les deux notations. Une

faon de direquune molcule qui prsente la configuration relative D nimplique pas forcment quelledoit tre

dsigne par d. Elle peut aussi tre dsigne par l. Cela est aussi inversement valable pour toute molcule qui

prsente la configuration relative L . Les proprits indiques par dou par lsont, pour ainsi dire, dtermines

exprimentalement et non structuralement. Aussi, il est intressant de noter quepour dterminer la configuration

relative de nimporte quelle molcule chirale, il convient, dans un premier temps, de reprsenter celle-ci selon

Fischer. Le substituant de plus haute priorit (il est choisi daprs les rgles squentielles qui sont nonces plus

loin) ducarbone asymtriquele plus basde la chane verticale(figure 36) est ensuite identifi. Sil se situe droite, la

configuration relative est D. Celle-ci est ds lors L lorsque le substituant est situ gauche.

D-mannose

CHO

CH2OH

OHH

OHH

HHO

HHO

CHO

CH2OH

OHH

OHH

HHO

H OH

D-glucose

Fi gu re 36. D term in ation de la config urati on relati ve du glu cose et du m anose

Les descrip teurs R et S de Cahn, I ngold et Prelog (CIP)

Laconfiguration absolue des molcules chirales est dtermine par la mthode cristallographique, avons-

nous crit plus haut. Mais tout le monde na pas accs cette technique, laquelle savre, en plus, laborieuse

laborer. Ainsi, Cahn, Ingold et Prelog (CIP) mirent au point un procd, quoique thorique, pour dterminer avec

exactitude la configuration absolue autour dechaque carbone (mais pas seulement pour le carbonecomme centre

chiral) asymtrique dunemolcule chirale.

Le procd CIP consiste classer dabord les substituants par ordre de priorit, daprs des rgles appeles

rgles squentielles, et ensuite regarder la molcule par le ct du carbone asymtrique et dans la direction du

substituant de plus bassepriorit. Si les trois autres substituants dfilent de la priorit la plus haute celle la plus

basse dans le sens des aiguilles dune montre, la configuration absolue autour du carbone asymtriquetudi sera

diteRou rectus. Si, en revanche, les mmes substituants dfilent linversedu sens horaire, et toujours de la priorit


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la plus haute celle la plus basse, la configuration absolue autour du mme carbone asymtrique sera appeleSou

sinister(figure 37).

ordre de priorit : a > b > c > d

b)LaconfiurationabsolueestS( sinister) : lessubstituantsdfilent par prioritcroissantedanslesenscontrairedesaiguillesd'unemontre.

a) Laconfiuration absolueestR( rectus): lessubstituantsdfilentpar prioritcroissantedanslesensdesaiguillesd'unemontre.

a

b

c

d

a

b

c

d

a

b c

Figure37.MthodededterminationdesconfigurationsabsoluesR etS.

A1B1

a

bc

configuration R configurationS

Le substituant le moins prioritaire est situ larrire du carbone asymtrique par rapport lobservateur,donc larrire dun plan perpendiculaire sa liaison avec le centre chiral. Dans lexemple de la figure37, le plan en

question est perpendiculaire la surfacede la feuille. Ainsi, il peut se poser un problme didentification de ceplan

mme. Cest pourquoi, il est plus confortablede prendre le plan de reprsentation de la molcule test comme plan

de rfrence.

ordredepriorit:a>b>c>d

a). LaconfiurationabsolueducarboneasymtriquedudrivA2deA1estS.CommeA2estobtenudeA1eninterchangeantcetd, laconfigurationducarboneasymtriquedansA1estpar consquaentR.

Figure38.Mthodededterminationdesconfigurationsabsolueseninterchangeantunnombreimpairdefoisdeuxsubstituants.

detcsont interchangs

d

a

b

c

betdsont interchangs

d

a

b

c

configurationSconfigurationR

A1

A2

B1

B2

b).LaconfiurationabsolueducarboneasymtriquedudrivB2deB1estR.CommeB2estobtenudeB1eninterchangeantbetd, laconfigurationducarboneasymtriquedansB1est parconsquaentS.

a

b

c

d

a

bd

c

configurationR configurationS

Dans la molcule A1de la figure 37 que nous avons reproduite la figure 38a, le substituant le moins

prioritaired est port par le plan de la feuille. I l peut tre interchang avec le substituant c situ larrire. Le

schma de la molculeA2rsultante est symbolis la figure 38a. Et faisant de mme avec la molculeB1, mais en

permutant cette fois-ci det b, nous obtenonsla molculeB2figure 38b. Ainsi, en appliquant la mthode CIP aux

drivsA2et B2, nous obtenons les configurations absolues S et R autour de leur strocentre respectif. Celles-ci

sont donc, respectivement, les rflchis des configurations absolues permirement dtermines pour les molcules

A1et B1, lesquels ont gnrA2et B2. Si les configurations autour des strocentres deA1et B1ntaient pas au

dpart connues, nous aurions dit que celles-ci sont, respectivement, R et S. Ds lors, nous pouvons riger cela en

une rgle gnrale qui sapplique nimporte quelle molcule. Elle consiste dire quen permutant un nombre

impair de fois conscutives deux substituants dun centre chiral dune molcule mre (mais pas toujours les mmes


11/25

28

substituants) pour obtenir une deuxime molcule fille, la configuration absolue autour du centre chiral (celui qui lie

les substituants interchangs) de cette dernire est linverse de celle du centre chiral de la premire.

Comme corollaire au premier postulat, il est bon aussi de retenir quen interchangeant un nombre pair de

fois conscutives deux substituants qui sont lis un mme centre chiral, on obtient unemolcule fille dont le

centre chiral prsente une configuration absolue identique celle du centre chiral de la molcule mre(figure 39).

prioritcroissante: a>b>c>d

a).LaconfiurationabsolueducarboneasymtriquedudrivA3deA2estR.CommeA3estobtenudeA1eninterchangeantcetdpuisaetb laconfigurationducarboneasymtriquedansA1estpar consquaentR.

Figure 39. Mthode de dtermination desconf igurati ons absolues en interchangeant un nombre pair de fois deux substituants.

detcsontinterchangs betdsontinterchangs

d

a

b

c

A1B1

b).LaconfiurationabsolueducarboneasymtriquedudrivB3deB1estS.CommeB3estobtenudeB1eninterchangeantbetdpuisaetc, laconfigurationducarboneasymtriquedansB1estparconsquaentS.

aetcsontinterchangs

d

a

b

c

configurationR configurationS

aetbsontinterchangs

configurationR

B2

a

bd

cconfigurationS

A2

a

b

c

d

A3 configurationR

a

b

c

d

B3configurationS

a

bd

c

Ces deux rgles sont particulirement utilises si la liaison entre le carbone asymtrique et le substituantdde

plus basse priorit est place dans le plan de reprsentation. En revanche, si celui-ci est dirig vers lavant, on na

pas besoin de permuter deux substituants (on les permute quand mme mais seulement dans son imagination),

encore moins si elle est lorigine dirige vers larrire du plan indiqu. Dans le dernier cas de figure, on a

directement la bonne configuration absolue. Dans le premier cas, en revanche (cest--dire en laissant le substituant

de priorit moindre lavant), il suffit de prendre linverse de la configuration absolue obtenue. Le premier cas de

figure est particulirement rencontr lorsque la molcule est symbolise par une reprsentation de Fischer (figure

40), mais condition que le substituant deplus basse priorit soit port par un segment horizontal. Si, dans la

reprsentation de Fischer, il est port par lune des extrmits du trait vertical, on a directement la bonne

configuration. Et la raison de cela est quil est dans ce cas situ larrire du plan de reprsentation.

ordredepriorit:a>b>c>d

d

a

b

c

configuration R

d

a

b

c

a

c

d

b

a

c

db configuration R

b)LessubstituantsdfilentdanslesensRmais,dtantsitul'arrireduplan,laconfigurationn'estpasinvers. Il resteR.

a) LessubstituantsdfilentdanslesensSmais,dtantsitul'avantduplan,laconfigurationestR, l'inversedeS.

Fi gur e 40. Dterm in ati on d e la confi gur ati on ab solu e d' une m olcul e reprsente par u ne rep rsentat ion de F isch er.

Partant de lareprsentation de Cram dunemolcule chiralit centrale pour laquellele ou les substituants

de plus basse priorit ne sont pas situs larrire du plan de reprsentation, on peut ne pas oprer des


12/25

29

permutations de substituants dun mme carbone asymtrique pour en dterminer la configuration absolue. Face

une telle situation, on prend en considration le fait que laconfiguration absolue autourdes strocentresne change

pas par rotation autour dune ou de plusieurs liaisons simples. La rotation autour dune ou de plusieurs liaisons au

sein dune molcule donne nentrane pas de changement configurationnel mais uniquement un changement

conformationnel (figure 41).a

bd

cd

a

b

c

rotationautourdelaliaisonC-a

conformre1 conformre2

prioritcroissante: a>b>c>d

configurationSconfigurationS

Figure 41. Dterminati on de la confi guration absolue aprs un changement conformationnel.

Les rgles de R. S. Cahn, C. Ingold, V. Prelog

Elles sont encore appeles rgles de squence (ou rgles squentielles), cest--dire rgles de priorit.

Rgle 1. Lordre de priorit est dtermin en comparant dabord les numros atomiquesdes atomes directement

lis au strocentre. Lapriorit est donneaux atomesqui ont lesnumrosatomiqueslesplus levs.

Lesdoublets non liants des htroatomes strogniques sont en consquence considrs comme possdant

un numro atomique nul. Exemple :

I >Br>Cl>F>H > .

Dans les cas de composs arniques chiraux (composs ou complexes demi-sandwiches dans lesquels les

atomes de carbone du noyau aromatique, qui est dans ce cas appel arne, sont tous lis au mtal par des liaisons

simple; de pareils composs sont appels composs organomtalliques), le cycle est considr comme un pseudo-

atome de carbone dont le numro atomique est gal la somme des numros atomiques des atomes de carbonedirectement lis au mtal. Le symbole atomique du mtal est dans ce cas port en indice des lettres R et S qui

dsignent les configurations absolues autour des centres de chiralit mtallique(figure 42).

Fi gu re 42. O rd re de pri ori tdan s le cas de mtall ocnes sem i-san dw ich chi raux . Le cyclop ent adinyl e et le benzne sont , resp ecti vement , pen ta- et hexaco ord ins aumanganse et au c hrome par le biais des atomes de carbone(A . Collet, J. Crassous, J.-P. Dutasta, L . Guy, "Molculeschirales: Strochimie et Proprits" , E dsEDP Sciences, 2006.)

Cr

CO

PPh3ON

Mn

PPh3COI

Z (cyclopentadinyle,Cp)=6x5=30

I >Cp>PPh3>CO Bz>PPh3>NO >CO

configurationRMn configurationSCr

Z (benzne,Bz)=6x6=36


13/25

30

Rgle 2. Le marquage isotopique peut rendre un atome de carbone asymtrique. On parle alors dnantiomrie

isotopique(figure 43). Ainsi, pour ce qui concerneles composs radiomarqus, la priorit est donne aux isotopes

qui prsentent un nombre de masse plus lev(figure 43). Exemple: 37Cl >35Cl ; 18O >17O >16O ;T (3H) > D (=

2H) >1H ; etc.

Figure 43. L' acide R-[1H , 2H , 3H ] acti que ob tenu part ir de la R-[2H ] glycine, un exemple d'nanti omre isotopi que.

C1H

2H

3HCO2H

C

1H

2H

3HC3H2OH

C

1HBr

2H

CO2HC

1HH2N

2H

CO2H

NaNO2/ KBr LiAl3H4Cr2O7

2-

(A . Collet, J.Crassous, J.-P. Dutasta, L . Guy, "Molculeschirales: Strochimieet Proprits", EdsEDP Sciences, 2006.)

mais configuration Rmais configuration Rmais configuration Rmais configuration R

sens S sens S sens Ssens S

Rgle 3.

Lorsque deux atomes(lesquels atomes sont dits de premier rang) directement lis au centrechiral ont mme

priorit, on compare lesensembles forms par les trois atomes qui leurs sont lis (atomes dits de second rang) et

ainsi de suite jusqu' ce que l'on puisse trancher. Un ensemble sera prioritaire sur lautre et, par consquent, un

atome de second rang sur son voisin, lorsque, aprs avoir classles substituants membres de chaquetriplet dans

lordre de priorit dcroissante, on observe une diffrence en comparant les membres des deux ensembles terme

terme(figure 44a).

Rgle 4. Lesliaisons multiples sont clatesen liaisons simples. On attache chaque atome une rplique de l'atome

qui lui estli jusqu saturer sa valence (figure 44b).

prioritdcroissante: CH2NH2>nPr>Et>Me

a) arboresenceet ordre de prioritde groupes alkyleset d'un groupe amin

Figure44.Arborescenceetclassementparordredeprioritdcroissantedequelquesgroupes.

b) A rboresenceet ordre de prioritaprs eclatement de groupespo rtant desli aisons mult iples.Lescarbones entre parenthses sont appels carbones fantmesou carbones fict ifs

prioritdcroissante: -CHO >-CN >-CCH>-C=CH2

0

O

C

C

C

(C)

C

C

(O)

Rang 1 2

H

H

H

(C)

H

3

(C)

N

C (N)

(N)

(C)

(C)

(C)

(C)

C

H

C*

CH2

C CC* H

C NC*

C*

C*

C*

C*

C

H

C*

O

(C)

(C)

H

0

H

C

C

C

H

C

C

H

Rang 1 2

H

H

H

C

HH

H

3

H

N

C H

H

H

H

H

H

EtC*

nPrC*

CH2NH2C*

MeC* C*

C*

C*

C*

H

HH

4

(A . Collet, J.Crassous,J.-P. Dutasta, L . Guy, "Molculeschirales: Strochimieet Proprits", EdsEDPSciences, 2006.)

Rgle 5. Dans le cas des groupes cycliques, latome de carbone directement li au strocentre est considr

comme prsentant deux groupes aliphatiques linaires. Ceux-ci sont obtenus en ouvrant le cycle de la faon

indique sur la figure 45. Si le cycle porte des doubles liaisons, il ya lieu de procder dabord lclatement de

celles-ci sur la base dela rgle3.Exemple: cas du phnyle et de lortho-fluorophnyle(figure 45).


14/25

31

Fi gure 45. Arborescence, aprs clatement, ouvertu re et classement par ordre de pr iori tdes groupes phnyle et ortho-fl uoroohnyle.

Lesbranchessontidentiquesjusqu'aurang2inclus.Ellesdiffrentaurang3.Lacomparaisonaurang3metencomptition lessries(C,F, (C))et (C,(C),H). Celaconduit choisir labrancheA.

aprioritsurortho-fulorophnyle phnyle

4310 2 5 67

C

CC* C

(C)

(C)

(C)

C

H

C

F

(C)C

H

C

(C)

H

C

(C)

H

(C)

(C)

H

(C)

HC

C

C

(C)H

(C)

H

F

(C)H C

CC* C

(C)

(C)

H

C

H

C

(C)

4310

(C)

C

H

C

(C)

H

2

C

(C)

H

(C)

(C)

H

5 6 7

(C)

HC

C

C

(C)H

(C)

H

(C)

(C)H

C*

F

C*(C)

H

(C)

H(C)

H

(C)H

(C)

F(C)

C*

C*

(C) H

(C)

H

(C)

H(C)

H

(C)H

(C)

(A . Collet, J. Crassous, J.-P. Dutasta, L . Guy, "M olculeschirales: Strochimieet Proprits", EdsEDP Sciences, 2006.)

Rgle 6. Un carbone asymtrique peut tre li des groupements possdant des chanes ou des ramifications

diffremment structures. Ainsi, si, jusqu un certain niveau de la comparaison des chanes on ne peut pas

conclure, on choisit dans ce casla brancheprioritaire qui correspond l'atome prioritaire des deux rangs identiques.

Dans lexemple de la figure 46, chaque branche porte troisramifications, dont lune est forme uniquement

de H. Il convient, ds lors, de commencer par comparer les ramifications portes par chaque branche(cest ce qui

est fait avec lexemple figure 45). Que ce soit pour la brancheA que pour celleB, une diffrence est observe au

rang 3en comparant les triplets (Br, C, H) et (F, C, H) des deux premires ramifications. Pour pouvoir distinguer

les branches A et B, il importe donc de choisir la premire ramification et de comparer en consquence les

membres des triplets (O, H, H) et (H, H, H) des rangs 4. Cest donc le triplet (O, H, H) de la brancheA qui a la

priorit.Nous en dduisons ainsi que la brancheAest prioritairesur la brancheB. Mais, il est vident que si, dans le

triplet (Br, C, H) des rangs 3 nous avions, par exemple, H la place de Br, ce sont lesdeuximesramificationsqui

allaient tre prisesen considration et compares. Et, de ce fait, la brancheB allait lemporter sur la brancheA en

comparant les membres des triplets (I, H, H) et (H, H, H) des rangs 4.

Fi gur e 46. Arborescence, hirarch isati on et classement par pri ori tde groupes por tant des rami fi cati ons de stru ctu res di ffrentes.

LesbranchesAetB sont identiquesjusqu'aurang3inclus.Ellesdiffrentaurang4. Lacomparaisonaurang4metencomptitionlessries(O,H, H) et (H,H, H).Celaconduitchoisir labrancheA.

aprioritsurbranche A branche B

C

CC*C

C

CH

C

H

C

C

F

H

Br

HHHH

HH

I

43210

CH

C

BrO

H

F

H

H

H

H

HH

1234

(A . Collet, J. Crassous, J.-P. Dutasta, L . Guy, "Molculeschirales: Strochimieet Proprits", EdsEDP Sciences,2006.)


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32

Dtermination de la configuration absolue des allnes, des spiranes, des

biphnyles,des alkylidnescycloalcaneset des cycloalcanone-oximes chiraux

Le procd est le mme pour tous ces drivs. I l sagit dabord de reprsenter la molcule par une

reprsentation de Newman comme indiqu la figure 47. Les lments de chaque couple de substituants sontensuite classs sur la base du systme CIP. La rgle complmentaire le proche prcde lloign est ensuite applique

au systme quatre substituants, lequel a tout lair dun ttradre irrgulier. Sur la basedes rgles de priorit, les

deux substituants directement lis au carbone frontal sont alors dsigns par les lettres aet b (avec a> b) non

indexes et ceux lis au carbone arrire par les lettres indexesa et b(avec a >b). On regarde ensuite dans la

direction de laxe carbone frontal-carbone arrire (ou laxe point-cercle) de la projection de Newman. Si en

appliquant la rgle le plus proche prcde lloign le sens abade dfilement des substituants correspond au sens

horaire, alors la configuration absolue est aR (axialrectus

). Et elle est aS (axialsinster

) dans le cas contraire. Ici, on fait

prcder les lettres R et S de la lettre a en minuscule pour dire quon est en prsence dune chiralit axiale. Mais, il

est intressant de noter que les configurations absolues aR et aS qui sont obtenues dans le cadre dune chiralit

axiale se rapporte lensemble de la molcule tudie et non un lment de celle-ci, tel quand il est sagi de la

chiralit centrale.

C

H

CH3

H

Br

alkylidnecycloalcane

a'

b

Fig ure 47. I llustr ation de la mthod e de dterm inati on de la config urati on absolu e dans le cadre d' une chi ralitaxiale.

HH3C

H

Br

spiranne

a

b'

a> b

a' >b' configuration aR

al lne

C C C

H

CH3

H

Br

ou

..

cycloalcanone-oxime

ou OH

H

CH3

H

Br

NCH3

H

HO

..

Dtermination de la configuration des mtallocneschiraux

On applique les mmes principes que ceux prtablis pour la chiralit centrale comme indiqu la figure 48.

Pour cela, on fait rfrence lun des carbones substitus ducycle qui a priorit sur ses voisins (ceux du mme

cycle). Pour cela, on compare les substituants ports par les carbones substitus du cycle sur la base des rgles

squentielles nonces plus haut. Et lon choisit comme pilote le carbone du cycle qui est li ausubstituant de plus

haute priorit. On met ensuite en vidence les cinq liaisons Fe-C du cycle mais sans ouvrir celui-ci et sans faireclater les doubles liaisons quil porte en son sein. Le carbone pilote passe ainsi ltat de carbone pseudo-

ttradrique et pseudo-asymtrique et la chiralit de plane pseudo-centrale. Et pour dterminer la configuration

absolue autour du carbone pseudo-ttradrique, on classe ses substituants daprs le systme CIP. On regarde


16/25

33

ensuite dans la direction du substituantle moins prioritaire par lect du pseudo-strocentre. Si les trois autres

substituantsdfilent de la priorit de la haute la plus basse dans le sens des aiguilles dune montre, alors la

configuration sera R. Et celle-ci sera S, dans le cas contraire. La configuration qui est dtermine de la faon se

rapporte au carbone substitu de plus haute priorit qui forme lun des sommets du cycle. Sa position dans le cycle

est ensuite indique en faisant prcder lindice 1 aux lettres R ou S.

Fi gur e 48. M th ode de dterm inat ion des conf igu rati ons absol ues dan s les mltal locnes ch irau x.

C

H3C

O

H

Fe

12

C

CH3

O

H

Fe


17/25

34

optiques. Mais les choses deviennent plus corses lorsque nous sommes en prsence de deux ou plusieurs centres

strrogniques.

Prenons comme exemple trs simple une molcule deux centres chiraux, en loccurrence celle de la

thronine (lacide 2-amino-3-hydroxybutanoque). Elle est dcrite dans sa conformation dcale par lesreprsentationsde Cram figure50. Les configurations absolues autour des carbones asymtriques sont obtenues sur

la base du systme CIP commeprcdemment dcrit pour les molcules un strocentre.

F ig ure 50. R eprsenta t ion de Cram d es stroi somres de la th ron ine.

HOOC

CH3H

OHH

NH 2

R

1

2

3

4

S

HOOC

CH3H2N

OH

H

H

1

2

3

4

S S

COOH

H3CH

HOH

NH2

1

2

3

4

SR

R

HOOC

CH3H

HOH

NH2

1

2

3

4

R

COOH

H3CH

HHO

NH2

1

2

3

4

SS

HOOC

CH3H2N

HOH

H

1

2

3

4

S R

retournement endehorsduplande180

retournementendehorsduplan de180

La figure 50 met en vidence lexistence de quatre stroisomres pour la thronine, lesquels sont tous

chiraux. Nous avons deux paires de stroisomres dont les membres sont images lun de lautre dans un miroir.

Les stroisomres de type (2R, 3S) et (2S, 3R) sont nantiomres, pareillement ceux de nature(2R, 3R) et (2S,3S). Ainsi, il existe pour chaque paire une relation de rciprocit entre les configurations sur les deux carbones

asymtriques. Les lments (2R, 3S) et (2S, 3R) de la premire paire sont appels nantiomresunlike(qui signifie

dissemblable), pour la simple raisonque lesconfigurations R et S des centreschiraux dun mme isomresont des

opposs. Et les composs strotyps (2R, 3R) et (2S, 3S) sont dits nantiomres like(qui signifie semblable) eu

gard aux configurations qui sapparententdeux par deux.

La relation qui lie lun ou lautre descomposs (2R, 3S) et (2S, 3R) lun dentre ceux de la deuxime paire

(2S, 3S) et (2R, 3R) ne peut tre une relation dnantiomrie: ils ne sont pas images spculaires. I l importe,ds lors,

dintroduire la terminologie de diastroisomrie pour dsigner le lien entre les stroisomres de deux paires

diffrentesde la mme molcule. Parce que ntant pas images lun de lautredans un miroir, les membres (2R, 3S)

et (2S, 3S);(2R, 3S) et (2R, 3R) ; (2S, 3R) et (2S, 3S) ; (2S, 3R) et (2R, 3R) de chaque paire de composs sont des

diastroiomres. Lesquelsdiastroisomres sont similairesmais non identiques, encore moins superposables.Mais

lexamen minutieux de la srie prcdentervle quau sein dun couple de diastroisomres, si les configurations

sont identiques sur deux atomes strogniques indexs de la mme faon, elles sont, en revanche, inverses sur les

deux autres carbones indexs pareillement.

Les diastroiomres se comportent presque de la mme manire que les isomres de constitution. I ls

diffrent, en effet, par leursproprits physiques(temprature dbullition, temprature de fusion, solubilit, masse

volumique, indice de rfraction, etc.) et spectroscopiques, ainsi que par leur ractivit chimique. De ce fait, ils


18/25

35

peuvent tre spars par distillation fractionne ou par recristallisation. Deux diastroisomres dune mme

molculenont pasparfois la mme facult dedvier le plan de la lumire polarise, ce qui fait quilsprsentent des

angles de rotation optique diffrents tant en signe quen intensit. En outre, loppos des nantiomres, la barrire

dnergie dinterconversion entre deux diastroisomres est trs grande. Cela fait quils sadsorbent diffremment

sur les substances chirales et peuvent, en consquence, tre facilement spars lun de lautre par une simplecolonne chromatographique.

Nombre de stroisomres possibles et dfinition dun compos mso

Deux atomes asymtriquesproduisent quatrestroisomrespour deux paires dnantiomres, soit donc le

carr de 2ou 22vs22-1. Chaque centrede chiralit pouvant tre dans une configuration R oudans une configuration

S, trois atomes asymtriques produiraient les huit stroisomres ci-dessous, soit le triplede 2ou 23

vs23-1 = 4 paires

dnantiomres.

Molculeobjet 3centresdechiralit

Imagespculaire

(R, R, R)

(S, S, S)

(R, R, S)

(S, S, R)

(R, S, R)

(S, R, S)

(S, R, R)

(R, S, S)

Cest dire que pour un nombren de centres de chiralitprsents dans une molcule, lenombre de stroisomres

possiblesest gal 2n vs2n-1paires dnantiomres. Mais le nombre 2n est le maximum que lon peut avoir. I l nest

pas, cependant, atteint dans les cas de molcules centrosymtriques, lesquellesprsententun lment de symtrie.Et cela nous amne considrer un autre exemple de molcule chirale: celle du 2-,3-dichlorobutane dans sa

conformation dcale (figure 51). Pour seulement deux centres de chiralit, le nombre de stroisomres attendus

pour le 2-,3-dichlorobutane est 4 = 22. Mais, larrive, nous nen avons obtenus que 3. La raison de cet impair est

que les lments attendus de la paire dnantiomres B(2R, 3S) et B(2S, 3R) sont, en ralit, superposables. Comme

indiqu la figure 51, B et B sont ainsi identiques de fait, tout loppos des membres de la paire dnantiomres

likeA(2S, 3S) et A(2R, 3R). Lidentit observe dans les composs B(2R, 3S) et B(2S, 3R) se traduit par lexistence

en leur sein dun lment de symtrie sous forme de plan. Celui-ci est perpendiculaire au plan de reprsentation des

molcules et passe par le milieu de la liaison centrale carbone-carbone. Les groupes qui sapparentent sont ainsi

deux par deux rflchis par rapport au plan indiqu. Le composB, de mme queB,est de ce fait dit composmso

(du grecmesosqui veut dire mme) ou, parfois, compos centrosymtrique. LescompossB et B sontachirauxet,

pour cela, optiquement inactifs. Mais cela ne voudrait nullement dire queB ou B, ou les deux la fois, sont un

mlange racmique, par rfrence linactivit optique de ce dernier. Le composmsoest un stroisomre unique

dans son genre qui a des proprits physico-chimiques qui lui sont propres. Tandis que le mlange racmique est

constitu de deux stroisomres qui sont nantiomres lunde lautreet dans les mmes proportions:molculaires

ou centsimales.


19/25

36

B etB' prsententunplandesymtrie.Ils sontsuperposablesetdonc identiques.Ils sonttouslesdeuxdescompossmso.B etB' sontachiraux.

rotationduC3de180autour deC-C

H3C

H

Cl

CH3

HCl

1

2 3

4 retournement delamolculede180en dehorsdu plan

R

CH3

H3CH

ClH

Cl

1

2

3

4

R

rotationdu C3de180autour deC-C1

2

3

4

R

H3C

CH3Cl

HCl

H

R

1

2 3

4

R

H3C

Cl

CH3

ClH

H

R

CH3

ClH

H3C

H

Cl

1

23

4retournementdelamolculede180 endehorsdu plan


4

H

CH3

Cl

H3C

Cl

H

32

1

retournementdelamolculede180endehorsduplan

A A'A

A' A'

H3C

HCl

CH3

Cl

H

1

2 3

44

H

CH3

Cl

H3C

Cl

H

32

1

CH3

H3CCl

ClH

H

1

23

4


H3C

ClH

CH3

H

Cl

4

3 2

1

CH3

ClH

H3C

H

Cl

1

23

4

BB

B'B' B'

B=B'B B'B'

H3C

CH3Cl

Cl

H

H

1

23

4

H3C

CH3H

ClH

Cl

12

3

4

S SS S

A etA' sontnonsuperposables: ils sontnantiomres.

Fuigure52.Exempledemolcule deuxatomesstrogniquesqui nedonnelieuqu' 3stroisomressur les4attendus.

S

R

R

S RS SR

SR

R S

RS

R S

R S

Dtermination des conf igurations relati ves Erytro et thro

En dfinissant les relations nantiomriques, nous avons prcdemment utilis les lettres D et L pour

attribuer les configurations relatives des strocentressur la base de la reprsentation de Fischer des composs pris

en exemple. Mais celles-ci, mme dans les exemples du glucose et du mannose, ne se rapportaient qu un seul

strocentre.

COH

CHOH

H OH

H OH

1

2

3

4

1

2

3

4

COH

CHOH

HO H

H OH

1

2

3

4

CHO

CH2OH

H OH

HO H

D-rythrose L-rythrose D-rythrose L-throse

CHO

CH2OH

HO H

HO H

1

2

3

4

1

12

2 2

21

1

1

12

2 2

21

Figure53. a)Reprsentation deFischerdel'rythrose etduthrose

Figure53. b)Attributiondesconfigurationsrythroetthrodelathronine.

1>2dsignel'ordredeprioritdesdeuxsubstituantsdechaqueC*d'aprslesrglesCIP

(2R,3R) (2S,3S) (2S,3R) (2R,3S)like unlike

throninerythro-D throninerythro-L throninethro-D throninethro-L

COOH

CH3

H NH2

OH H

1

2

3

4

COOH

CH3

H NH2

H OH

1

2

3

4

COOH

CH3

H2N H

HO H

1

2

3

4

1

2

3

4

COOH

CH3

H2N H

H OH

12 1

12 1 1

1

1

12

2 2

2 2

2

Pour attribuer les configurations relatives de deux atomes chiraux attenants, il convient dutiliser une autre

nomenclature fonde sur les appellations rythro et thro. Mais celles-ci ne sappliquaient lorigine quaux drivs

des monosaccharides, tels lrythrose et le throse (projections de Fischer dpeintes figure 53) qui ont fini par

donner leur nom ce systme de nomenclature. Ainsi, sur la base de la projection de Ficher de lisomre tudier,

on attribue la configuration relative rythro aux deux centres strogniques contigus pour lesquels les substituants

de plus haute priorit dans la hirarchie tablie par les rgles CIP sont situs du mme ct. De la mme manire,


20/25

37

les strocentres sont dclars thro si leur deux substituants de plus haute prioritsont situs de part et dautre de

la verticale de la projection de Fischer. En consquence, on dit que les nantiomres dune paire sont rythro ou

thro lorsque les deux strocentres adjacents prsentent une configuration relative du mme nom. Pour

diffrencier ensuite les deux membres de chaque paire dnantiomres, on fait prcder lune des lettres D ou L

rythro ou thro, suivant que le substituant deplus haute priorit du centre chiral le plus bas est situ droite (D)ou gauche (L). Sur la base de lattribution des configurations absolues, il est important de noter que les membres

de la paire dnantiomres likeont tous les deux une configuration relative rythro et ceux de la deuxime paire

dnantiomresunlikeprsentent la configuration thro.

Aussi, il est intressant de souligner que les configurations relatives rythro et thro peuvent tre

dtermines partir delareprsentation de Cram ou partir de la reprsentation de Newman.

Dans le premier cas de figure, il convient de baser ltude sur les conformations clipses de la molcule

test. Ainsi, si la conformation de dpart est une dcale, il est plus appropri de la transformer enune clipse par

une suite doprations de rotation-retournement (retournement dans ou en dehors du plan). Dans les nantiomres

A et A du 2,3-dichlorobutanal figure54, les atomes de chlore, lesquels sont plus haute en priorit que leur voisin

atome dhydrogne, des carbones C2 et C3 sont situs loppos lun de lautre. A et A prsentent chacun une

configuration relative thro. Les deux atomes de chlore tant situ du mme ct ( lavant du plan de

reprsentation) dans B et B, ces derniers sont chacun dans une configuration de type rythro. Toutefois, pour

connatre les configurations relatives D ou L qui vont avec, il faut imprativement partir dela reprsentation de

Fischer qui correspond celle de Cram tudie.

Figure54. Dterminationdesconfigurationsrythroetthropartird'une"Cram" oud'une"Newman".

LesdeuxCl sontsitusdepartetd'autredu plan delareprsentationdeCram.Lesdeuxflches incurvesdelareprsentationdeNewmanvontdansdessensopposs.

thro throA

S S

1

2 3

4HOC

H

Cl

CH3

HCl

S S

1

2 3

4HOC

H

Cl

CH3

ClH

CH3HOC

ClH Cl

H

23

1

234

R

H3C

Cl

CHO

ClH

H

R

A'

CH3OHC

HCl H

Cl3 2

CH3HOC

HCl Cl

H

23

1

23

4

R

H3C

H

CHO

ClH

Cl

R

B'rythro

rythro

CH3OHC

ClH H

Cl3 2

B

LesdeuxCl sontsitusdummectdelareprsentationdeCram.LesdeuxflchesincurvesdelareprsentationdeNewman vontdanslemmesens.

La reprsentation de Newman de chaque stroisomre du 2,3-dichlorobutanal est galement donne la

figure 54. Pour en dterminer les configurations relatives rythro et thro, il importe de classer dabord les trois

substituants du point et ceux du cercle daprs le systme CIP. Les deux flches incurves sont ensuite obtenue en

regardant dans la direction point-cercle et en faisant ensuite dfiler les substituants du mme strocentre de la

priorit la plus haute celle la plusbasse par la moyenne. Ainsi, si les deux flches incurves vont dans le mme


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38

sens, lisomre est rythro. Mais si elles sont dans des sens opposs, alors lisomre est thro. Il est important,

cependant, de souligner que, bien quelle permette la connaissance de la configuration relative rythro ou thro des

stroisomres, la reprsentation de Newman ne renseigne pas sur les configurations absolues R et S, encore moins

sur celles relatives D et L.

Relationsde prochiralit(ou de prostrosimrie)

La prochiralit estun concept dun grand intrt pour lasynthse nantioslective (ou synthseasymtrique)

(Rfrence bibliographique : Strochimie des Composs Organiques(Eliel& Wilen), Eds. TecDoc, 1996.). Elle permet de prvoir les

proprits spectroscopiques et chimiques ainsi que les arrangements spatiaux des atomes ou groupements datomes

desmolculesachirales,ou lorigine chiralesmais qui prsenteun nombre limit de strocentres, pouvant donner

lieu une autre molcule chiralepar lintroduction dune dissymtrie. La notion de prochiralit repose sur le fait que

la plupart des molcules organiques biologiquement actifs, tant naturels que synthtiques, et de catalyseurs

enzymatiques sont chirales.

Une molcule achirale peut tre rendue chirale en remplaant lun ou lautre des coordinats identiques dun

atome cible par un autre coordinat diffrent,et des remplacset desautres coordinats de latome cible. La molcule

dorigine est alors dite molcule prochirale. Cest ce que lon devrait normalement dire mais, dans la pratique, on

parle plutt datomeprochiral. On fait donc rfrence llment de la molcule qui est responsable de lasymtrie

de celle-ci. Cest pourquoi, on parle aussi daxe, de plan ou de faces prochiraux (ou de prochiralit). Mais la

prochiralit ne se rapporte pas seulement aux seuls drivs en mesure de gnrer des molcules chirales aprs

lopration de remplacement indiqu ci-dessus. I l concerne aussi les alcnes et les cycloalcanes achiraux. Cest

pourquoi, vu sous cet angle, le terme prostroisomrie (et ceux de ses corollaires) est souvent prfr au terme

prochiralit(vsceuxde ses corollaires).

Dans lexemple de la figure55, les coordinats sont des atomes dhydrogne. Ils sont semblables et dits en

consquence homomorphes. Ils peuvent nanmoins tre diffrencis topologiquement en introduisant, et ce demanire hypothtique, une diffrence de priorit entre les deux. Pour cela, on utilise communment un

radiomarquage isotopique en substituant, titre formel, lun ou lautre des deux atomes dhydrogne par le

deutrium. Mais rien nempche de remplacer lun ou lautre des coordinats, dune manire gnrale, par une

fonction, un halogne ou un groupe alkyl, par exemple. Nous obtenons lissue de cette opration de substitution

les molculesAetB.

Figure55.Illustrationd'uncasdeprochiralit

a b

H1

H2

a

b

a

bD

H2

a

b H1

D

a

b 1HD

a

bD

H2

A B

AetB sontnonsuperposables. Ilssontdoncnantiomressi a b

carboneprochiral si a b


22/25

39

Les deux produits de substitutionAetB de la figure 55 sont strochimiquement diffrents. Ils sont images

lun de lautre dans un miroir et non superposables,en supposant, bien entendu, queaest diffrent deb. Ainsi, les

deux coordinats de la molcule de dpart sont lorigine topologiquement diffrents. Ds lors que les produitsAet

B sont diffrents, dun point de vue strochimique bien entendu, les deux coordinats ou protons sont dits

htrotopiques. Ils seraient appels homotopiques, dans le cas contraire, si les substituants aet btaient au dpartidentiques de la mme faon que lauraient tA et B. Dans le prsent cas particulier o aet bsont diffrents et,

par ricochet, les nantiomres A et B, les protons mthylniques sont dits protons htrotopiques ou, plus

prcisment, protons nantiotopiques.Deux coordinats sont donc nantiotopiqueslorsquele remplacement delun

ou lautre par un coordinat achiral diffrent donne lieu deux nantiomres.

Toujours pour illustrer la notion de prochiralit, supposons maintenant que lun des substituantsaoubest

chiral. Mais pour traiter ce cas, il est plus commode dutiliser un exemple plus parlant comme celui de la molcule

de 3R-chloroheptane (figure 56). La mme opration de radiomarquage isotopique au deutrium conduirait

thoriquement aux molculesC et D. La configuration reste ainsi inchange R autour du carbone 3. Mais, ds lors

que le carbone index 6 passe ltat de carbone asymtrique, la combinaison des configurations absolues autour

des strocentres donne lieu aux lments des couples (3R, 6R) pour C et (3R, 6S) pour D. Les produits C et D

issus de la substitution isotopique sont cette fois-ci des diastroimres. Les deux coordinats htrotopiques du

carbone 6 de la molcule de dpart sont dits protons diastrotopiques, en rfrence la dfinition qui est donne

plus haut aux protons nantiotopiques. Ainsi, les cas de diastrotopie sont observs lorsque le carbone prochiral

est directement li uncentrechiral.

Figure56.Illustrationd'uncasdediastrotopie.

C (3R,6S) etD (3R,6R)sontnonsuperposablesmaispasimagesspculaires. Ilssontdiatrosiomres.

protonsdiastrotopiques

D C

carboneprochiral

H

DC

H

Cl

CH3

H3C

H

HC

H

Cl

CH3

H3C

D

HC

H

Cl

CH3

H3C1

1 1

22 2

333

44

45

5 5

66

6

7

7

7

3R 6S 3R 6R

Les coordinats diastrotopiques ragissent diffremment lgard dun ractif chiral. De mme, ils se

comportent diffremment lgard de phnomne asymtrique comme la spectromtrie RMN (rsonance

magntique nuclaire) et prsentent en consquence des proprits spectrocopiques diffrentes. Ils sont donc

anisochrones en RMN 1H et/ou 13C, ce qui fait que leurs deux signaux apparaissent diffremment sur le spectre.

Mais il peut arriver des situationso la mauvaise rsolution de ceux-ci ncessite lutilisation de champs trs levs.

Et aussi des cas o la diffrence nest pas observe.

Pareillement au centre prostrogne, on a aussi les faces prostrognes. Celles-ci sont observes lorsque

laddition et non la substituation hypothtique dun agent auxiliaire achiral sur lune ou lautre facedunaldhyde ou

dune ctone, par exemple, donne naissance la formation de deux molcules strochimiquement inquivalentes.


23/25

40

On parle alors de faces htrotopiques. Mais, plus prcisment, si les deux produits daddition sont nantiomresles

deux faces sont dites nantiotopiques, telsAetB (figure57). Elles sont dites diastrotopiqueslorsque les produits

daddition sont diastroisomres,commeC etD (figure57).

CH3

HCN

OH

C

H3C

H

O + HCN

CH3

HOH

CN

C

C6H5

CH3

H3C H

O

HCNHCN

CH3

C6H5

H3C H

NC OH

CH3

C6H5

H3C H

HO CN

R S

SSS

SR

Figure57. Illustrationd'unexempledemolculequiprsentedesfacesprochirales.

AB

D C

De la mme manire que les coordinats diastrotopiques, les faces homologues sont aussi

spectroscopiquement et chimiquement (cest--dire ont des ractivits diffrentes) diffrents.

Dterm ination des configurations absolues dans les cas de proch irali t

Figure58.Mthodededterminationdelaconfigurationabsoluedesprotonsdiastrotopiques.

NMe2

DH2H3C

Feab

cd

R

NMe2

H1DH3C

Feb

d

S

a

sensR maisoninversepouravoirS

c

La chiralit plane amne la configuration R. On a ainsi deux drivs frrocniques deutrs diastroisomres de configuration (R, R) et (R, S)Les protons sont donc des protons diastrotopiques.


NMe2

H1H2H3C

Fe

pro-R pro-S

C (3R,6S) etD (3R,6R)sontnonsuperposablesmaispasimagesspculaires. Ils sontdiatrosiomres.


carboneprochiral

H1H2C

HCl

CH3

H3C1

2

34

5

6

7

D

H1DC

HCl

CH3

H3C1

2

34

5

6

7

3R 6S

C

DH2C

HCl

CH3

H3C

1

2

34

5

6

7

3R 6R

pro-S

pro-R

Pour dterminer la configuration absolue des coordinats et des faces prochiraux, on procde dabord

comme dcrit plus haut (Rfrence bibliographique: Chimie Organique avance(Carey& Sundberg), Eds. De Boeck, p. 98;

(Strochimie des Composs Organiques(Eliel& Wilen), Eds. TecDoc, 1996.)). On effectue ou bien un remplacement de lun ou

lautredes coordinats htrotopiquesde la molcule test par un autre coordinat diffrent ouune addition deractif

auxiliaire sur lune ou lautre facehtrotopique, dans loptique de crer un centre strogne. Ainsi, lecoordinat

prochiral remplac oula face par laquelle lauxiliaire sest additionnauront la mme configuration absolue que celle

du centre strognique gnr. Mais, pour marquer la prochiralitdes coordinats et des faces htrotopiques, les


24/25

41

lettres R et S des configurations absolues des stroisomres correspondantes sont respectivement remplaces par

pro-Ret pro-S, sagissant des coordinat htrotopiques (figure58), ou par re(de rectus) et si(desinister), pour ce qui

concerne les faces prochirales(figure59).

lesdeuxfacessontdesfacesnantiotopiques

retournementde180

C O

Me

Et

H

OHEt

Me

configuration S

H

HO Et

Me

Me

OHEt

H

Me

HO Et

HsensR

configuration R

sensS

COMe

Et

faceSifaceRe

Fig ure 59. Dterm inati on de la confi gurat ion absolue de faces prochi rales d'un composachiral

NaBH4NaBH4

En examinant minutieusement la figure 59, il apparat que les configurations reet sides deux faces de la

butan-2-onepeuvent tre obtenues directement partir de la reprsentation plane de la molcule. Ainsi, comme

laccoutume, on commence par classer les trois substituants du carbone trigonal daprs les rgles de priorit. Si, en

regardant par-dessus la face concerne, les substituants dfilent de la priorit la plus haute celle la plus basse dans

le sens des aiguilles dune montre, la configuration absolue est re, etsiloppos(figure 60).

facesnantiotopiques

Figure 60. Dtermination desconfigurati on absolues des faces prochirales.

retournementde180

C OMe

Et

facesi

COMe

Et

facere

Le concept de prochiralit se rapporte aussi aux doubles liaisons et aux allnes qui sont substitus

diffremment sur lun des atomes de carbone sp2 et identiquement sur lautre. Ds lors, il parat vident que,

comme les alcnes ne sont pas dous de chiralit, lappellation prostroisomrie est plus approprie ici que la

terminologieprochiralit.

pro aS

proaR

Figure 61. Prochiralit des alcnes et des allnes : exemple de coordinats autre que H.

C CH

Cl CH3

CH3

C C C

Br

BrBr

H

groupesdiastrotopiques

atomesnantiotopiquesaxe de prochiralit

a'

bBr

Br

Br

a

b'

H

a>b

a' >b'

aR

aS

("Strochimie des Composs Organiques" (Eliel & Willen), Eds. TecDoc, 1996.)

C CH

Cl CH3

Cl

C CH

Cl Cl

CH3

configurationEconfigurationZ

proE

proZ


25/25

42

En outre, dans les deux exemples dalcnes et dallnes prochiraux de la figure 61, il est mis en vidence que

lhtrotopie peut galement sappliquer dautres atomes ou des groupements datomes et pas seulement aux

atomes dhydrogne. Dailleurs, cest pourquoi, ds le dbut de ce paragraphe, nous avons choisi dutiliser le terme

coordinat la place de atome dhydrogneou proton.

2. Stroisomrie (ou isomrie) gomtrique

La stéréoisomérie configurationnelle(Autosaved)

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