ÉNANTIOMÈRES: CARACTÉRISTIQUES, PROPRIÉTÉS ET EXEMPLES - CHIMIE - 2024

Les énantiomères sont ces paires de composés organiques (inorganiques) constitués de deux images miroir qui ne sont pas superposables l'une sur l'autre. Lorsque le contraire se produit - par exemple, dans le cas d'une balle, d'un club de golf ou d'une fourche - on dit que ce sont des objets achiraux.

Le terme chiralité a été inventé par William Thomson (Lord Kelvin), qui a défini qu'un objet est chiral s'il ne peut pas être superposé à son image miroir. Par exemple, les mains sont des éléments chiraux, car le reflet de la main gauche, même si elle se retourne, ne coïncidera jamais avec l'original.

Une façon de le démontrer est de placer la main droite sur la gauche, en constatant que les seuls doigts qui se chevauchent sont le milieu. En fait, le mot chiral dérive du mot grec cheir, qui signifie «main».

Dans le cas de la fourche de l'image supérieure, si son reflet était retourné, elle s'insérerait parfaitement sous l'original, qui se traduit par un objet achiral.

Carbone asymétrique

Quelle forme géométrique un ensemble d'atomes doit-il avoir pour être considéré comme chiral? La réponse est tétraédrique; c'est-à-dire que pour un composé organique, l'atome de carbone doit avoir une disposition tétraédrique autour de lui. Cependant, bien que cela s'applique à la plupart des composés, ce n'est pas toujours le cas.

Pour que ce composé hypothétique CW ₄ soit chiral, tous les substituants doivent être différents. S'il n'en était pas ainsi, la réflexion du tétraèdre pourrait se chevaucher après quelques rotations.

Ainsi, le composé C (ABCD) est chiral. Lorsque cela se produit, l'atome de carbone lié à quatre substituants différents est appelé carbone asymétrique (ou carbone stéréogène). Lorsque ce carbone est "regardé" dans le miroir, sa réflexion et celle-ci constituent la paire énantiomérique.

L'image du haut montre trois paires énantiomères du composé C (ABCD). En ne considérant que la première paire, sa réflexion n'est pas superposable, car lors du retournement, seules les lettres A et D coïncident, mais pas C et B.

Comment les autres paires d'énantiomères sont-elles liées les unes aux autres? Le composé et son image de la première paire énantiomérique sont des diastéromères des autres paires.

En d'autres termes, les diastéromères sont des stéréoisomères du même composé, mais sans être le produit de leur propre réflexion; c'est-à-dire qu'ils ne sont pas votre image miroir.

Un moyen pratique d'assimiler ce concept consiste à utiliser des modèles, certains aussi simples que ceux assemblés avec une boule d'anime, des cure-dents et des masses de pâte à modeler pour représenter les atomes ou les groupes.

Nomenclature

Changer la place de deux lettres produit un autre énantiomère, mais si trois lettres sont déplacées, l'opération revient au composé d'origine avec une orientation spatiale différente.

De cette manière, le changement de deux lettres donne naissance à deux nouveaux énantiomères et, en même temps, à deux nouveaux diastéréomères de la paire initiale.

Cependant, comment différenciez-vous ces énantiomères les uns des autres? C'est à ce moment que la configuration RS absolue apparaît.

Les chercheurs qui l'ont mis en œuvre étaient Cahn, Sir Christopher Ingold et Vladimir Prelog. Pour cette raison, il est connu sous le nom de système de notation Cahn-Ingold-Prelog (RS).

Règles de séquence ou priorités

Comment appliquer ce paramètre absolu? Premièrement, le terme «configuration absolue» fait référence à la disposition spatiale exacte des substituants sur le carbone asymétrique. Ainsi, chaque agencement spatial a sa propre configuration R ou S.

L'image du haut illustre deux configurations absolues pour une paire d'énantiomères. Pour désigner l'un des deux comme R ou S, les règles de séquencement ou de priorité doivent être suivies:

1- Le substituant avec le numéro atomique le plus élevé est celui avec la priorité la plus élevée.

2- La molécule est orientée de manière à ce que l'atome ou le groupe de priorité la plus basse pointe derrière le plan.

3- Les flèches des liens sont dessinées et un cercle est tracé dans un sens descendant de priorité. Si cette direction est la même dans le sens des aiguilles d'une montre, le réglage est R; s'il est dans le sens antihoraire, alors le réglage est S.

Dans le cas de l'image, la sphère rouge marquée du chiffre 1 correspond au substituant ayant la priorité la plus élevée, et ainsi de suite.

La sphère blanche, celle avec le numéro 4, correspond presque toujours à l'atome d'hydrogène. En d'autres termes, l'hydrogène est le substituant de priorité la plus basse et est compté en dernier.

Exemple de configuration absolue

Dans le composé de l'image du haut (acide aminé l-sérine), le carbone asymétrique a les substituants suivants: CH ₂ OH, H, COOH et NH ₂.

En appliquant les règles précédentes pour ce composé, le substituant ayant la priorité la plus élevée est NH ₂, suivi de COOH et, enfin, CH ₂ OH. On entend par quatrième substituant H.

Le groupe COOH a la priorité sur CH ₂ OH, car le carbone forme trois liaisons avec les atomes d'oxygène (O, O, O), tandis que l'autre n'en forme qu'une seule avec l'OH (H, H, O).

Caractéristiques des énantiomères

Les énantiomères manquent d'éléments de symétrie. Ces éléments peuvent être le plan ou le centre de symétrie.

Lorsque ceux-ci sont présents dans la structure moléculaire, il est très probable que le composé soit achiral et ne puisse donc pas former d'énantiomères.

Propriétés

Une paire d'énantiomères présente les mêmes propriétés physiques, telles que le point d'ébullition, le point de fusion ou la pression de vapeur.

Cependant, une propriété qui les différencie est la capacité à faire tourner la lumière polarisée, ou ce qui est la même: chaque énantiomère a ses propres activités optiques.

Les énantiomères qui font tourner la lumière polarisée dans le sens des aiguilles d'une montre acquièrent la configuration (+), tandis que ceux qui la font tourner dans le sens inverse des aiguilles d'une montre acquièrent la configuration (-).

Ces rotations sont indépendantes de la disposition spatiale des substituants sur le carbone asymétrique. Par conséquent, un composé de configuration R ou S peut être (+) et (-).

De plus, si les concentrations des énantiomères (+) et (-) sont égales, la lumière polarisée ne dévie pas de son trajet et le mélange est optiquement inactif. Lorsque cela se produit, le mélange est appelé mélange racémique.

À leur tour, les arrangements spatiaux régissent la réactivité de ces composés contre des substrats stéréospécifiques. Un exemple de cette stéréospécificité se produit dans le cas des enzymes, qui ne peuvent agir que sur un certain énantiomère, mais pas sur son image miroir.

Exemples

Parmi les nombreux énantiomères possibles, les trois composés suivants sont illustrés:

Thalidomide

Laquelle des deux molécules a la configuration S? Celui de la gauche. L'ordre de priorité est le suivant: d'abord l'atome d'azote, ensuite le groupe carbonyle (C = O) et troisièmement le groupe méthylène (–CH ₂ -).

Lorsque vous parcourez les groupes, utilisez le sens des aiguilles d'une montre (R); cependant, comme l'hydrogène pointe hors du plan, la configuration vue de l'angle arrière correspond en fait au S, tandis que dans le cas de la molécule de droite, l'hydrogène (celui avec la priorité la plus basse) pointe une fois en arrière de l'avion.

Salbutamol et limonène

Laquelle des deux molécules est l'énantiomère R: le haut ou le bas? Dans les deux molécules, le carbone asymétrique est lié au groupe OH.

L'établissement de l'ordre de priorité de la molécule ci-dessous donne comme suit: d'abord l'OH, deuxièmement le cycle aromatique et troisièmement le groupe CH ₂ -NH-C (CH ₃) ₃.

En parcourant les groupes, un cercle est dessiné dans le sens des aiguilles d'une montre; par conséquent, il s'agit de l'énantiomère R. Ainsi, la molécule du bas est l'énantiomère R et celle du haut le S.

Dans le cas du composé (R) - (+) - limonène et (S) - (-) - limonène, les différences résident dans leurs sources et leurs odeurs. L'énantiomère R se caractérise par une odeur d'orange, tandis que l'énantiomère S a une odeur de citron.

Références

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