CH 6. Stéréoisomérie Activité optique · Objet chiral (χειρ = main) : existe sous deux...

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CH 6. Stéréoisomérie Activité optique
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  • CH 6. Stroisomrie Activit optique

  • CH 6. Stroisomrie Activit optique 1. Isomrie : rappels

  • Isomries de fonction ou de position

    CH3OCH3 CH3CH2OH

    Br

    BrCH3

    OH

    CH3

    OH

    et et

    etet

    et

    Isomrie lie la connectivit

  • Equilibre conformationnel : (entre formes interconvertibles d'une mme molcule)

    Stroisomrie gomtrique (!!!!! Isomres non interconvertibles !!!!)

    !!!!! La msomrie n'est pas une isomrie!!!!

    Alcane Dcal anti Dcal gauche

    Cyclohexane (Interconversion de la chaise)

    CH3

    HHCH3

    H H

    H

    HH3CCH3

    H H

    Alcnes cis et trans Cycloalcanes cis et trans

    X

    Y

    XY

    Y

    X X

    Y

  • CH 6. Stroisomrie Activit optique 1. Isomrie : rappels

    2. Objets chiraux et achiraux: nantiomrie

  • L'image miroir

  • !! Les deux objets ne sont pas superposables !!!!

    Objet asymtrique

    : Objet asymtrique

    http://www.afd.be/~fdp_chimie/video.php?them=chimie-organique&chap=stereoisomerie%E2%80%93activite-optique

  • Objet chiral ( = main) : existe sous deux formes distinctes qui ont entre elles une relation d'images miroirs.

  • Objet chiral ( = main) : existe sous deux formes distinctes qui ont entre elles une relation d'images miroirs.

    Les deux formes tant distinctes, il y a deux individus "nantiomres" ou "antipodes".

    La main gauche et la main droite sont des nantiomres

    !! Main droite et main gauche ne sont pas superposables !!!!

  • Au niveau molculaire, il est essentiel de localiser les plans de symtrie pour dfinir si une molcule est achirale ou chirale:

    Ex 1 : ETHANE

    H

    HHH

    H

    H H

    H

    HH

    H H

    Achiral

  • Ex 2: CYCLOPROPANE

    H

    H

    H

    H

    H

    H

    Achiral

  • Ex 3 : DICHLOROETHYLENE

    CIS TRANS

    Achiral

    H

    Cl

    H

    Cl

    Cl

    H

    H

    Cl

  • Objet achiral Objet unique

    Cl

    Ex 4 : CHLOROCYCLOHEXANE

    Cl Cl

    Cl

    : Objet achiral (C6H11Cl)

    http://www.afd.be/~fdp_chimie/video.php?them=chimie-organique&chap=stereoisomerie%E2%80%93activite-optique

  • Objet achiral Objet unique

    Ex 5 : BROMOCHLOROMETHANE

    C

    H

    HCl

    BrC

    H

    HClBr

    : Objet achiral (CH2BrCl) 1

    : Objet achiral (CH2BrCl) 2

    http://www.afd.be/~fdp_chimie/video.php?them=chimie-organique&chap=stereoisomerie%E2%80%93activite-optiquehttp://www.afd.be/~fdp_chimie/video.php?them=chimie-organique&chap=stereoisomerie%E2%80%93activite-optique

  • Ex 6 :BROMOFLUOROCHLOROMETHANE

    Du point de vue des proprits: Quelle distinction possible?

    Chimie totalement identique ?

    * = centre chiral

    C

    H

    FClBr

    * CH

    FCl

    Br*

    *CHFClBr

    2 nantiomres (2 antipodes) : Objet chiral (CHBrClF)

    http://www.afd.be/~fdp_chimie/video.php?them=chimie-organique&chap=stereoisomerie%E2%80%93activite-optique

  • Condition de chiralit : Un objet qui prsente un plan ou un centre desymtrie n'est pas chiral.

    Objets chiraux Deux nantiomres

    Ex 7 : 1,3-DICHLORO-4-METHYLCYCLOHEXANE Cl

    CH3

    Cl Cl

    CH3

    Cl

    CH3Cl

    Cl

    ClH3C

    Cl

    (3 centres chiraux)

  • CH 6. Stroisomrie Activit optique 1. Isomrie : rappels

    2. Objets chiraux et achiraux: nantiomrie

    3. Lumire et polarisation

  • Axe de propagation

    Plans d oscillation

    Longueur d onde

    Lumire polarise

  • Plans d oscillation

    Lumire polarise Lumire naturelle

    Polariseur

  • Substance chirale

    Lumire polarise

    Lumire polarise et dvie

    Une molcule chirale dvie le plan de polarisation de la lumire polarise: elle possde un "pouvoir rotatoire". La molcule est caractrise par l'angle de dviation.

  • Un nantiomre dvie le plan de polarisation dans une direction. Son antipode dvie ce plan dans le sens inverse et de la mme valeur

    Dviation

    Le produit est Dextrogyre +n d

    Lvogyre -n l

  • Pouvoir rotatoire spcifique: = angle observ en degrs l = longueur de solution traverse en dm c = concentration de substance en g/ml

    t

    l c=.

    est mesur avec une lumire polarise de longueur d'onde une temprature T dtermine (habituellement 20C).

    correspond la raie D d'une lampe au sodium soit = 589,3 nm.

    Convention Index Merck: l'angle est multili par 100 et c est la concentration en g/100 ml

    [ ]c.100l

    tD

    =

  • CH 6. Stroisomrie Activit optique 1. Isomrie : rappels

    2. Objets chiraux et achiraux: nantiomrie

    3. Lumire et polarisation

    4. Enantiomres et racmique

  • Pour qu'un compos puisse avoir un "pouvoir rotatoire", il faut qu'il possde un centre chiral, par exemple, un carbone substitu par 4 groupements diffrents. On parle alors de carbone asymtrique. Lorsque ceci est le cas, il peut y avoir, entre deux formes qui sont "images-miroir non superposables" une relation nantiomrique.

    Br

    CH2Cl

    Br

    ClCH2

    * *

    3-bromo 3-chloromthylcyclopentneEnantiomres du

  • !!!! Lors d'une raction, l'attaque d'un centre par deux faces quivalentes peut donner un mlange racmique :

    50%

    50%

    X

    C

    X

    ADB

    X

    A CD

    B

    C

    X

    ADB

    : Formation mlange racmique

    http://www.afd.be/~fdp_chimie/video.php?them=chimie-organique&chap=stereoisomerie%E2%80%93activite-optique

  • Ex 1 : En prparant du 2-bromobutane par bromation du butane, on obtient un mlange 50/50 des deux nantiomres: ce mlange est appel racmique et n'a pas de pouvoir rotatoire (compensation d et l) :

    50%

    50% C

    Br

    H3CCH2CH3H

    C

    Br

    CH3CH2CH3H

    Br.

    +

    +.

    Br

    Br2

    Br2

    CH3 CCH2CH3

    H.

    CH3CH2CH2CH3 Br.

    CH3CHCH2CH3.

    HBr+ +

  • Ex 2: Attaque d'un nuclophile sur un carbocation :

    50%

    50%

    CH3 CCH2CH3

    H+

    C

    Cl

    H3CCH2CH3H

    C

    Cl

    CH3CH2CH3H

    Cl-

    -Cl

    + CH3CHCH2CH3+CH2 CHCH2CH3 H

    +

  • CH 6. Stroisomrie Activit optique 1. Isomrie : rappels

    2. Objets chiraux et achiraux: nantiomrie

    3. Lumire et polarisation

    4. Enantiomres et racmique

    5. Configurations et conventions

  • Pour dterminer la configuration absolue d'une molcule : diffraction des R.X. Le problme pos : dfinir la configuration d'un nantiomre de manire absolue. L e s n a n t i o m r e s s o n t d e s s t r o i s o m r e s configurationnels non interconvertibles. Ils se difrencient par l'ordre d'enroulement des substituants autour du centre chiral.

    La premire question concerne l criture qui doit reprsenter les molcules de manire fiable.

    Toutes les reprsentations classiques peuvent tre utilises : perspective cavalire, projection de Newman etc..

    De nouvelles reprsentations seront aussi utilises comme la projection de Fischer, pour les sucres et les acides amins.

  • Quelle que soit la reprsentation utilise, pour passer d un nantiomre l autre, il faut changer deux substituants.

    Echanger trois substituants ne modifie pas la configuration absolue.

    Br Cl

    FBr

    Cl

    : CHBrClF Echange de 2 substituants

    : CHBrClF Echange De 3 substituants

    http://www.afd.be/~fdp_chimie/video.php?them=chimie-organique&chap=stereoisomerie%E2%80%93activite-optiquehttp://www.afd.be/~fdp_chimie/video.php?them=chimie-organique&chap=stereoisomerie%E2%80%93activite-optique

  • La convention de CAHN-INGOLD-PRELOG - On donne aux groupes un ordre de prsance:

    (1234)

    C

    1

    23 4

  • La convention de CAHN-INGOLD-PRELOG

    - On observe le centre chiral du ct oppos au dernier groupe (4)

    C

    1

    23 4

  • La convention de CAHN-INGOLD-PRELOG - Si les trois premiers groupes se prsentent dans un

    enroulement: horlogique (clockwise)

    centre R

    R

    R C

    1

    23 4

  • La convention de CAHN-INGOLD-PRELOG - Si les trois premiers groupes se prsentent dans un

    enroulement: antihorlogique (counterclockwise)

    centre S

    S

    S C

    1

    234

  • La convention CAHN-INGOLD-PRELOG :

    - On donne aux groupes un ordre de prsance:

    (1234) - On observe le centre chiral du ct oppos au dernier groupe (4) - Si les trois premiers groupes se prsentent dans un enroulement: horlogique (clockwise)

    centre R - Si les trois premiers groupes se prsentent dans un enroulement: antihorlogique (counterclockwise)

    centre S

    R

    S C

    1

    234

    C

    1

    23 4

  • Les rgles de priorit: 1) Les atomes attachs au centre chiral sont classs par ordre dcroissant de numro atomique :

    I > Br > Cl > O > N > C > H

    2) Lorsque deux substituants identiques sont prsents, on prend en compte les numros atomiques des atomes suivants les plus proches :

    3) Un lien double (ou triple) est considr comme deux (ou trois) liens simples :

    CCCC

    CCCH

    CCHH

    CHHH

    > > >

    CHCC

    CH

    C= C

    CCC

    =C C

  • : (R)-CHBrClF (Cahn)

    : (S)-CHBrClF (Cahn)

    http://www.afd.be/~fdp_chimie/video.php?them=chimie-organique&chap=stereoisomerie%E2%80%93activite-optiquehttp://www.afd.be/~fdp_chimie/video.php?them=chimie-organique&chap=stereoisomerie%E2%80%93activite-optique

  • Ex 1 : Acide lactique (-) :

    Ex 2 : 2-Bromobutane

    R

    R CH3C

    HOH

    COOH

    1

    2

    34

    .

    .

    CHO

    CH3H

    COOH2

    13

    4

    CH3C

    CH2CH3H

    Br1

    23

    4

  • Ex 3 : 1-Chloro 1-phnylthane:

    !! Rien ne permet de prdire le signe du pouvoir rotatoire (+ ou -) au dpart de la

    configuration absolue !!

    S C

    H3CClH

    1

    2

    3 4

    *CHClCH3

  • CH 6. Stroisomrie Activit optique 1. Isomrie : rappels

    2. Objets chiraux et achiraux: nantiomrie

    3. Lumire et polarisation

    4. Enantiomres et racmique

    5. Configurations et conventions

    6. Composs ayant plus dun centre chiral

  • 1,2-dichloro-1-fluoro-2-bromothane

    * *CHClF CHBrCl

    2 centres chiraux =

    4 possibilits

    R S R S

    R S S R

    ClH

    HCl

    Br

    F

    R

    S R

    S

    Cl H

    H Cl

    Br

    F

    RSSR

    Enantiomres

    S

    S

    R

    R

    Cl H

    Cl H

    Br

    F

    ClH

    ClH

    Br

    F

    RRSS

    Enantiomres

    : Diastroisomres

    http://www.afd.be/~fdp_chimie/video.php?them=chimie-organique&chap=stereoisomerie%E2%80%93activite-optique

  • RR et SS RS et SR

    ENANTIOMERES

    RR et RS RR et SR SS et RS SS et SR DIASTEREOISOMERES

    Individus chimiquement dissemblables.

    !!!! Sparables chimiquement !!!!

    Non sparables par les mthodes chimiques conventionnelles.

    Images miroirs

    STEREOISOMERES : 2 catgories

  • 3 stroisomres seulement

    plan de symtrie dans le RS

    1,2-dibromo-1,2-dichlorothane

    * *CHBrCl CHBrClR S R S

    R S S R

    S

    S

    R

    R

    ClH

    HCl

    Br

    Br

    HCl

    ClH

    Br

    Br

    R

    R S

    S HCl

    HCl

    Br

    Br

    ClH

    ClH

    Br

    Br

    RRSS

    nantiomres

    SR RSachiraux

    identiques compos MESO

    optiquement inactif

    : Diastroisomres et composs mso

    http://www.afd.be/~fdp_chimie/video.php?them=chimie-organique&chap=stereoisomerie%E2%80%93activite-optique

  • Composs ayant plus dun centre chiral

    2n stroisomres

    Sauf en cas de symtrie ou contrainte particulire, un compos comptant n centres chiraux comptera

  • CH 6. Stroisomrie Activit optique 1. Isomrie : rappels

    2. Objets chiraux et achiraux: nantiomrie

    3. Lumire et polarisation

    4. Enantiomres et racmique

    5. Configurations et conventions

    6. Composs ayant plus dun centre chiral

    7. Ddoublement d'un racmique

  • Comment sparer deux nantiomres?

    La chimie classique conduit des mlanges racmiques (50/50) qu'il faut sparer : on parle de

    rsolution ou ddoublement du mlange racmique.

    Pour sparer deux nantiomres, il faut faire ragir le racmique avec un coractif chiral.

  • Mlange racmique

    Coractif chiral

    Diastroisomres dissemblables

    sparables chimiquement

    RS R+

    R RS R

    R R

    S RS +

    R + R

    R

    Le principe de la rsolution

    Deux nantiomres ne peuvent tre distingus que par leur pouvoir rotatoire. Les proprits chimiques sont identiques, sauf vis--vis d'autres molcules chirales.

  • L'enzyme est une molcule chirale qui fait la distinction entre les deux acides lactiques. Ceci est largement rpandu dans le monde biologique : un mdicament comme l'adrnaline n'est actif que sous sa forme (-). Les molcules du monde biologique sont CHIRALES.

    [ ] = 3.325D [ ] += 3.325D

    Acide lactique racmique

    CH3C

    HOH

    COOH

    CCH3

    HHO

    COOH

    (-) (+)

    Fus : 53C Fus : 53C

    acide pyruvique

    Enzyme (dshydrognase)

    CH3COCOOHC

    H3CHOH

    COOH

    (-)

    : Enzyme et mlange racmique

    http://www.afd.be/~fdp_chimie/video.php?them=chimie-organique&chap=stereoisomerie%E2%80%93activite-optique

  • H2N COOH

    H2N HO

    *

    (S) got amer

    H2N COOH

    H NH2O

    *

    (R) got sucr

    Asparagine

    O*

    (S) parfum cumin

    O*

    (R) parfum menthe

    Carvone

    Chloramphnicol O2N

    OHNHCOCHCl2

    OH

    * * (S,S) antibactrien (R,R) inactif

    Une molcule chirale aura des effets biologiques diffrents en fonction de sa stroisomrie.

  • Un exemple tragique:la thalidomide.

    Thalidomide N

    N

    OOH

    O

    O*(R) sdatif (S) tratogne

    (responsable de malformations ftales)

  • Purifier la thalidomide?

    Pas si simple

    Enzyme du foie

    Thalidomide R

    Thalidomide S !!!!!!

    Condamner la thalidomide ?

    Son action : le produit (ou ses mtabolites) bloque langiognse (vascularisation) do son effet tratogne

    Le blocage de langiognse : effet anticancreux??

  • Essais prometteurs sur le traitement de mylomes (1999)

    Effet anti-inflammatoire et traitement efficace contre la lpre

    Proprits renforant limmunit

    Etudes de molcules analogues la thalidomide, sans effet tratogne

  • CH 6. Stroisomrie Activit optique 1. Isomrie : rappels

    2. Objets chiraux et achiraux: nantiomrie

    3. Lumire et polarisation

    4. Enantiomres et racmique

    5. Configurations et conventions

    6. Composs ayant plus dun centre chiral

    7. Ddoublement d'un racmique

    8. Convention E-Z : stroisomrie des alcnes

  • La nomenclature CIS et TRANS ne suffit pas toujours pour dfinir la stroisomrie des alcnes.

    H

    Cl

    F

    CIS TRANS

    CH3

    H

    H3C

    H

    H

    Cl

    Cl

    H

    ?????

    Les alcnes cis et trans sont des stroisomres gomtriques qui appartiennent au groupe des diastroisomres

  • On applique les rgles de priorit de Cahn-Ingold-Prelog, sur chaque carbone du double lien, aux groupements lis la liaison doubles. Si les deux groupes qui ont prsance sont: - du mme ct de la double liaison, l'isomre est Z (zuzammen = ensemble). - de part et d'autre du lien double, l'isomre est E (entgegen = oppos).

    CIS TRANS(Z) (E)

    CH3

    H

    H3C

    H

    H

    Cl

    Cl

    H

    1

    2(Z)

    1

    2

    Br

    Cl

    F

    H1

    2

    (E)

    1

    2

    H

    Cl

    F