STÉRÉOISOMÉRIE CONFIGURATIONNELLE STÉRÉOISOMÉRIE OPTIQUE COMPOSÉS OPTIQUEMENT ACTIFS À UN SEUL CARBONE ASYMÉTRIQUE

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1 Pr atem BEN ROMDANE Structures des Molécules Organiques Stéréoisomérie optique Faculté des Sciences de Tunis et Stéréochimie composés à * STÉRÉOISOMÉRIE ONFIGURATIONNELLE STÉRÉOISOMÉRIE OPTIQUE OMPOSÉS OPTIQUEMENT ATIFS À UN SEUL ARBONE ASYMÉTRIQUE Définitions On appelle atome de carbone asymétrique ou centre asymétrique (noté *), un atome de carbone portant atomes ou groupements d'atomes différents, donc un carbone dont l'état d'hybridation est nécessairement sp (tétraédrique). Toute molécule contenant un et un seul atome de carbone asymétrique est chirale. On pourra donc séparer ses énantiomères dextrogyre (+) et lévogyre (-). Exemple : -bromobutane Exemple : L'acide lactique : molécule chirale * son image dans un miroir plan qui ne lui est pas superposable OO O qui possède un carbone asymétrique, existe sous formes énantiomères (+) ou (-). OO O acide (+)-lactique miroir OO O acide (-)-lactique Exercice d'application : Dire si les composés suivants sont chiraux ou achiraux - le -bromopentane - le -bromopentane - le -bromo--méthylbutane - le -bromo--méthylbutane Les ahiers de himie Organique pour les Étudiants en Licences fondamentales ou appliquées AIER page

2 Pr atem BEN ROMDANE Structures des Molécules Organiques Stéréoisomérie optique Faculté des Sciences de Tunis et Stéréochimie composés à * Un carbone dans un cycle peut être un centre asymétrique à conditions : - il faut qu'il porte substituants différents - il faut que le chemin parcouru le long du cycle à partir de ce carbone dans un sens soit différent de celui parcouru dans l'autre sens. Exemples : * 6 5 O * méthyloxirane Limonène ou -méthyl--méthylvinylcyclohex--ène Exercice d'application : Dans les composés suivants repérer les centres asymétriques s'il y en a : - cyclopent--ène--ol - cyclopent--ène--ol -,,-triméthylcyclobutane -,,-triméthylcyclobutane Le pouvoir rotatoire (+) ou (-) d'un énantiomère est déterminé expérimentalement. Par contre, sa configuration est attribuée à l'aide de conventions. Les configurations absolues R et S : LES RÈGLES DE AN - INGOLD - PRELOG Règle : Les groupements portés par un atome de carbone asymétrique sont classés par ordre de priorité décroissante à l'aide de la règle séquentielle. ette dernière comprend à son tour des sousrègles qui doivent être utilisées dans l'ordre. Sous-règle : On classe les atomes ou groupements d'atomes directement liés au carbone asymétrique : ) par ordre décroissant des numéros atomiques : Ex : l (Z=7) > O (Z=8) > N (Z=7) > (Z=6) > (Z=) > : (doublet libre) le signe " > " veut dire : est prioritaire à Les ahiers de himie Organique pour les Étudiants en Licences fondamentales ou appliquées AIER page

3 Pr atem BEN ROMDANE Structures des Molécules Organiques Stéréoisomérie optique Faculté des Sciences de Tunis et Stéréochimie composés à * ) en cas d'égalité pour l'atome directement lié, on applique la même règle avec les atomes adjacents ( ème rang), s'il y a encore une ambiguïté on passe aux atomes de ème rang: Ex : O > O ou encore l > - > ) une liaison multiple équivaut à plusieurs liaisons simples avec le même atome Sous-règle : Les substituants isotopiques sont classés selon l'ordre décroissant de leur masse atomique. Ex : T > D > Sous-règle : Les groupements atomiques ayant une séquence Z précèdent les groupements ayant une séquence E. Exemple : > ( Z ) ( E ) Sous-règle : ette sous-règle s'applique à certains composés qui ont plusieurs centres de chiralité: une paire R,R ou S,S précède une paire R,S ou S,R. Sous-règle 5 : Un substituant R précède un substituant S. Règle : La molécule est observée de telle façon que le groupement le moins prioritaire soit le plus éloigné possible de l'observateur. Les autres groupements font alors face à ce dernier. Règle : Si le sens de rotation dans l'ordre décroissant suit le sens des aiguilles d'une montre, la configuration de l'atome de carbone est dite R (du latin Rectus). Si c'est le contraire, la configuration est dite S (Sinister). sens des aiguilles d'une montre : configuration R à gauche sens "S" à droite sens "R" Les ahiers de himie Organique pour les Étudiants en Licences fondamentales ou appliquées AIER page

4 Pr atem BEN ROMDANE Structures des Molécules Organiques Stéréoisomérie optique Faculté des Sciences de Tunis et Stéréochimie composés à * Règle : Si la molécule considérée ne contient qu'un seul atome de carbone asymétrique, sa configuration est indiquée en faisant précéder son nom de nomenclature par (R)- ou (S)-. Dans le cas de plusieurs atomes de carbones asymétriques la configuration est indiquée en faisant précéder son nom de nomenclature par les indications de configurations appropriées précédées du numéro de chaque atome de carbone considéré. Exemples : a) herchons la configuration de l'acide (+)-lactique représenté selon ram : O OO ( S ) Pour un composé donné on peut avoir une appellation qui indique à la fois sa configuration absolue et le signe de son pouvoir rotatoire. Ainsi on aura l'acide (+)-(S)-lactique et son énantiomère l'acide (-)-(R)-lactique. O OO OO O acide (+)-(S)-lactique acide (-)-(R)-lactique b) herchons la configuration absolue de l'isomère dextrogyre du,-dihroxypropanal ( glycéraldéhyde ) : O O O ( R ) O O O O (+)-(R)-glyceraldéhyde O O (-)-(S)-glyceraldéhyde omme le montrent bien ces exemples, il n'existe aucune corrélation entre les configurations absolues (R) et (S) déterminées par convention et le pouvoir rotatoire (+) ou (-) qui est une donné expérimentale. Les ahiers de himie Organique pour les Étudiants en Licences fondamentales ou appliquées AIER page

5 Pr atem BEN ROMDANE Structures des Molécules Organiques Stéréoisomérie optique Faculté des Sciences de Tunis et Stéréochimie composés à * Tout ce qu'on peut dire c'est quand l'isomère est (+), son énantiomère est (-) et indépendamment quand un isomère est (R) son énantiomère est (S). Exercice d'application :Donner les configurations (R ou S) pour chacun des composés suivants et préciser la configuration ainsi que le pouvoir rotatoire de leurs énantiomères. a) O b) Br (+)--méthylbutan--ol (+)--bromo--méthylbutane c) d) F (+)--Fluoro--méthylbutane O (+)-But--ène--ol Pour déterminer la configuration d'un carbone asymétrique faisant partie d'un cycle, il faut procéder comme en série aliphatique. Exemple : le -méthylcyclohexène Pour déterminer la configuration du * du (+)--méthylcyclohexène, il faut considérer le côté droit et le côté gauche du cycle (en partant du *) comme groupements indépendants. * ommencer par numéroter le cycle (préférence numérotation internationale) (+)--méthycyclohexène 5 6 déterminer l'ordre de priorité * Me 5 6 ( ) er rang ème rang ème rang ordre de priorité : > 5 > Me > 5 6 Avec l'atome le moins prioritaire placé derrière, le sens 5 Me suit le sens des aiguilles d'une montre : configuration du * est "R" Les ahiers de himie Organique pour les Étudiants en Licences fondamentales ou appliquées AIER page 5

6 Pr atem BEN ROMDANE Structures des Molécules Organiques Stéréoisomérie optique Faculté des Sciences de Tunis et Stéréochimie composés à * Exercice d'application : Repérer le * dans les molécules suivantes et donner sa configuration Br O F F (a) (b) Détermination des configurations absolues ( R - S ) à partir de la projection de Fischer La détermination des configurations absolues R et S peut se faire directement sur la projection de Fischer. Pour cela il faut suivre les règles suivantes : soit l'ordre de priorité des substituants a > b > c > d er cas : d se trouve en position verticale, le sens de rotation a b c donne directement la configuration absolue. ème cas : d se trouve en position horizontale, la séquence a b c indique l'inverse de la configuration absolue. Exemple : (S) b O b O (R) d N a a N d R c R-alanine c S-alanine S Discrimination des énantiomères par les sites biologiques Les sites biologiques arrivent à distinguer entre deux énantiomères d'une même molécule. Il se trouve que dans bien des cas l'un des deux énantiomères seulement puisse agir en tant que principe actif d'un médicament (par exemple) et non pas les deux. Enantiomère R Enantiomère S Site d'attache du récepteur biologique Site d'attache du récepteur biologique Les ahiers de himie Organique pour les Étudiants en Licences fondamentales ou appliquées AIER page 6

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