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Nomenclature et notions de symétrie
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Les types d’isomères en bref
Isomères de constitution
Diastéréoisomères
Stéréoisomères
(isomères de configuration)
Composés ayant la
même formule brute
Atropoisomères
Énantiomères
Isomères
conformationnels
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Un peu de nomenclature
Quelques termes qu’il faut bien maîtriser:
Stéréoisomères
Composés dont les atomes ont la même connectivité, mais qui possèdent un
arrangement spatial différent.
Énantiomères
Stéréoisomères qui ont une relation par image miroir. Dans le cas d’un composé chiral,
on dit:
- Composé racémique s’il y a présence des deux énantiomères en quantités égales.
- Composé énantioenrichi ou scalémique si il y a mélange non équivalent
d’énantiomères.
- Composé énantiopur s’il y a présence d’un seul énantiomère.
Diastéréoisomères
Stéréoisomères qui n’ont pas de relation par image miroir, mais dont l’arrangement
spatial d’au moins un atome ou groupe diffère.
Épimères
Diastéréoisomères qui diffèrent par la configuration absolue d’un seul centre
stéréogénique.
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Concepts simples
Relations de composés possédant des multiples centres chiraux(stéréogéniques)
Paire d’énantiomères
Paire de
diastéréomères
Paire de
diastéréomères
Composé Méso
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Détermination de la configuration absolue
S (sinister)
R (rectus)
O
O
F
Configuration absolue?
Cl
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Définition de stéréochimie
La configuration (l’orientation spatiale) des atomes autour d’un centre
stéréogénique peut être définie de façon absolue ou relative.
Stéréochimie absolue
Stéréochimie relative
Exemples de nomenclature pour indiquer les configurations relatives
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Définition de stéréochimie
La configuration (l’orientation spatiale) des atomes autour d’un centre
stéréogénique peut être définie de façon absolue ou relative.
Exemple de trois stéréoisomères définis par leur configurations absolues
O
1
OMe
O
OMe
2
3
BnO
OH
isomère S,S,S,R
“Claudavicine”
O
BnO
BnO
5
4
OH
isomère R,S,S,R
5-épi-Claudavicine
OMe
OH
isomère R,R,R,S
ent-Claudavicine
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Atropoisomérie - Concept
L’atropoisomérie est le pont entre l’isomérie conformationnel et la stéréoisomérie
Pris en tant que structure fixe, les conformations d’une molécule sont des
stéréoisomères:
H
Me
Me
H
A
H
H
ΔG = ~ 14 kJ/mol
H
H
Me
H
H
Me
B
Les conformations A et B sont des images miroirs non superposables -> Énantiomères!
Où est la frontière?
Barrière de rotation du butane : ~ 14 kJ/mol (t1/2 < 1 ns)
Barrière d’inversion d’une amine : ~ 24 kJ/mol (t1/2 ~ 3 ns)
Barrière d’inversion d’une phosphine : ~132 kJ/mol (t1/2 ~ 1000 années)
Barrière d’inversion du BINOL : 158 kJ/mol (t1/2 ~ 4 800 000 années)
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Chiralité axiale - Configuration absolue
Dans les cas de chiralité axiale, la détermination est similaire
?
L’assignation peut cependant prendre différents termes
OH
OH
OH
OH
2
1 OH
3
OH
4
2
S- / Sa- / P
4
OH
3
1
OH
R- / Ra- / M
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Atropoisomérie - Exemples
Des exemples d’atropoisomérie se retrouvent même dans la nature:
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Éléments de symétrie
Une molécule est achirale si elle possède un de ces éléments de symétrie :
σ
i
S4
Élément de rotation-réflection (Sn)
Exception : Axe de symétrie (Cn) - Une molécule peut tout de même être chirale
C2
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Éléments de symétrie
Une molécule est achirale si elle possède un de ces éléments de symétrie :
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Éléments de symétrie
Où sont les axes?
Cl
Cl
C
H
H
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Éléments de symétrie
Où sont les axes?
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Utilité de la symétrie
Au cours de la session, la plupart des composés étudiés seront de symétrie C1!
À quoi peut donc servir la symétrie en synthèse?
AcO
MeO
O
OH
OH
OH
O
O
O
Ryfamicin
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Utilité de la symétrie
Au cours de la session, la plupart des composés étudiés seront de symétrie C1!
À quoi peut donc servir la symétrie en synthèse?
Plan de symétrie
AcO
MeO
OH
OH
OH
O
O
OMe OAc OH
OH
Accéder par le synthon symétrique suivant
O
O
TrO
Ryfamicin
OTr
OH
OH
OH
OH
OH
Exemple présenté : Still, W. C. J. Am. Chem. Soc. 1983, 105, 2487-2489.
Revue sur ce type de synthèse :
Poss, C. S.; Schreiber, S. L. Acc. Chem. Res. 1994, 27, 9-17.
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Environnement chiral vs achiral
Les atomes ou groupes d’atomes peuvent être définis en fonction du type
d’environnement dans lequel ils résident.
Les atomes ou groupes étant dans un environnement chiral sont chirotopiques.
À l’inverse lorsqu’ils sont dans un environnement achiral, ils sont achirotopiques.
Ne pas confondre les termes stéréogène et chirotopique.
H
H
Cl
Cl
Cl
F
Br
H
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Environnement chiral vs achiral
Les atomes ou groupes d’atomes peuvent être définis en fonction du type
d’environnement dans le lequel ils résident.
Les atomes ou groupes étant dans un environnement chiral sont chirotopiques.
À l’inverse lorsqu’ils sont dans un environnement achiral, ils sont achirotopiques.
Ne pas confondre les termes stéréogène et chirotopique.
H
H
Cl
Cl
Cl
F
Br
non-stéréogènes
chirotopiques
H
non-stéréogènes
achirotopiques
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Environnement chiral vs achiral
Les atomes ou groupes d’atomes peuvent être définis en fonction du type
d’environnement dans le lequel ils résident.
Les atomes ou groupes étant dans un environnement chiral sont chirotopiques.
À l’inverse lorsqu’ils sont dans un environnement achiral, ils sont achirotopiques.
Ne pas confondre les termes stéréogène et chirotopique.
H
H
Cl
Cl
Cl
F
Br
stéréogène
chirotopique
H
stéréogènes
achirotopique
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Relation spatiale : Topicité
Un atome ou groupe d’atomes peut avoir une relation spatiale avec un atome ou
groupe identique dans la même molécule.
Atomes/Groupes homotopiques
Ils sont équivalents, leur substitution ne mène pas à la formation de stéréoisomères.
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Relation spatiale : Topicité
Un atome ou groupe d’atomes peut avoir une relation spatiale avec un atome ou
groupe identique dans la même molécule.
Atomes/Groupes hétérotopiques
Ils ne sont pas équivalents au niveau spatial, leur substitution mènera à un mélange de
stéréoisomères.
Considérant cela, deux types d’hétérotopicité existent, lesquels?
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Relation spatiale : Topicité
Un atome ou groupe d’atomes peut avoir une relation spatiale avec un atome ou
groupe identique dans la même molécule.
Atomes/Groupes hétérotopiques
Ils ne sont pas équivalents au niveau spatial, leur substitution mènera à un mélange de
stéréoisomères.
1. Atomes/groupes énantiotopiques
Leur substitution mène à la formation d’énantiomères.
Ils peuvent être interchangés par des opérations de réflection ou de rotation/réflection.
Ils existent que dans des molécules achirales.
Ph CO2H
Ph CO2H
?
HO2C
Ph
HO2C
Ph
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Relation spatiale : Topicité
Un atome ou groupe d’atomes peut avoir une relation spatiale avec un atome ou
groupe identique dans la même molécule.
Atomes/Groupes hétérotopiques
Ils ne sont pas équivalents au niveau spatial, leur substitution mènera à un mélange de
stéréoisomères.
2. Atomes/groupes diastéréotopiques
Leur substitution mène à la formation de diastéréomères.
Ils ne peuvent être interchangés par des opérations de symétrie.
Ils peuvent exister autant dans les molécules achirales que chirales.
HO
CO2H
HO2C CO2H
HO2C
OH
HO
CO2H
o
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Groupes diastéréotopiques - RMN
Exemple d’un système chiral possédant des groupes (Me) diastéréotopiques
O
Mea/Meb
Mea b
H
Meb
Br
Ha
Ha
Hb
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Groupes diastéréotopiques - RMN
Exemple d’un système achiral possédant des hydrogènes diastéréotopiques
2x Me
OEt
OEt
Hda
Ha
Ha O
Hdb
H
Me
c
Ha
O
Hb
Hb
Hda
Hdb
Hc
2x Hda/Hdb
Hb
Me
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Pratiquez!
Cas simple : les stéréoisomères de l’acide tartrique
Ac2O
Pyrid.
OH : homotopiques
PLE
Ac2O
OH : énantiotopiques
H
H
H
OMe
H
H
H
H
OMe
H
H
Ph
H
OMe
H
Ph
H
Ph
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Prochiralité
La prochiralité est la relation entre les atomes/groupes hétérotopiques et les
atomes/groupes les portant.
Alors que les faces de l’alcène sont énantiotopiques, les atomes de carbone le
composant sont prochiraux.
énantiotopique
On peut dire la même chose d’éléments diastéréotopiques. Dans le cas de H, le
carbone de l’aldéhyde est prochiral.
diastéréotopique
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Configuration de faces hétérotopiques
Dans le cas de faces hétérotopiques, il est possible d’assigner une configuration
aux atomes prochiraux de la façon suivante:
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Réaction sur les centres prochiraux
Il est important de noter que les configurations Re et Si n’indiquent en rien la
configuration absolue qui sera formée. Tout dépend de la réaction impliquée!
On peut aussi nommer les faces d’attaque prochirales pro-R et pro-S. Dans ce cas, on
dénomme les faces en fonction de la réaction.
MeLi
MeLi
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Réaction sur les centres prochiraux
Il est important de noter que les configurations Re et Si n’indiquent en rien la
configuration absolue qui sera formée. Tout dépend de la réaction impliquée!
On peut aussi nommer les faces d’attaque prochirales pro-R et pro-S. Dans ce cas, on
dénomme les faces en fonction de la réaction.
HCN
HCN
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Réaction sur les centres prochiraux
La notion de prochiralité ne s’applique pas seulement à des alcènes ou des
carbonyles.
Pro-S
Pro-R
Pro-R
Pro-S
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Au prochain cours...
Stratégies pour accéder à des composés chiraux non racémiques
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