4 Strochimie 1 Copyright 2005 Dominique BLONDEAU All

4 Stéréochimie 1 Copyright© 2005 Dominique. BLONDEAU. All rights reserved

Stéréochimie A l’exemple des deux figures ci-dessous, il s’agit d’abord de traduire en dessins,

Stéréochimie …. ce que l’œil voit. 3 Copyright© 2005 Dominique. BLONDEAU. All rights reserved

Stéréochimie Qu’est ce que la stéréochimie? L’étude de la nature tri-dimensionnelle des molécules. (R)-ibuprofène Inactif (S)-ibuprofène Actif: analgésique & anti-inflammatoire 4 Copyright© 2005 Dominique. BLONDEAU. All rights reserved

4. 1 Les différents types d’Isomères 5 Copyright© 2005 Dominique. BLONDEAU. All rights reserved

4. 1 Les différents types d’Isomères de constitution Stéréoisomères Enantiomères Diastéréoisomère s de configuration Cis-Trans Diastéréoisomères 6 Copyright© 2005 Dominique. BLONDEAU. All rights reserved

Définitions Isomères: Molécules qui possèdent la même formule brute mais de formule développée différente. Isomères de constitution: Les atomes sont reliés de façon différente entre eux. Stéréoisomères: Les atomes sont connectés de façon identique, mais géométrie différente. Enantiomères: Stéréoisomères qui ne sont pas superposables à leur image dans un miroir. 7 Copyright© 2005 Dominique. BLONDEAU. All rights reserved

Définitions Diastéréoisomères: Stéréoisomères qui ne sont ni images ni superposables. Diastéréoisomères de configuration: Stéréoisomères qui différent dans leur configuration. Cis-Trans Diastéréisomères: Stéréoisomères qui différent dans la façon où leurs substituants sont positionnés sur une double liaison ou un cycle. 8 Copyright© 2005 Dominique. BLONDEAU. All rights reserved

4. 2 Enantiomères 9 Copyright© 2005 Dominique. BLONDEAU. All rights reserved

4. 2 Enantiomères Non superposables à leur image dans un miroir Images superposables Identiques

4. 3 Diastéréoisomères 11 Copyright© 2005 Dominique. BLONDEAU. All rights reserved

4. 3 Diastéréoisomères Quelles sont les molécules énantiomères and celles qui sont diastéréoisomères? 1 3 2 Enantiomères = 1 & 3 Diastéréoisomères = 1 & 2 and 2 & 3 12 Copyright© 2005 Dominique. BLONDEAU. All rights reserved

Quelles sont les molécules énantiomères et celles qui sont diastéréoisomères? 1 2 3 Enantiomères

4. 4 Chiralité 14 Copyright© 2005 Dominique. BLONDEAU. All rights reserved

4. 4 Chiralité Un objet est chiral s’il n’est pas superposable à son image. Une molécule est chirale si elle… • n’a ni centre, ni plan de symétrie. • contient un seul stéréocentre. Plan de symétrie Pas de plan de symétrie * 15 Copyright© 2005 Dominique. BLONDEAU. All rights reserved

4. 5 Stéréocentres 16 Copyright© 2005 Dominique. BLONDEAU. All rights reserved

4. 5 Stéréocentres Un stéréocentre est un carbone qui possède 4 substituants différents et pas de plan de symétrie. * Exemples de carbones qui ne sont stéréocentres: CH 2, CH 3, C=C, C C, et C=O. pas 17 Copyright© 2005 Dominique. BLONDEAU. All rights reserved

4. 6 Achiralité 18 Copyright© 2005 Dominique. BLONDEAU. All rights reserved

4. 6 Achiralité Un objet est dit achiral quand il est superposable à son image. Une molécule est achirale si elle… • a un plan ou un centre de symétrie. • est superposable à son image Note: Une molécule avec deux ou plus de stéréocentres peut être chirale ou achirale. Vous devez déterminer sa configuration de façon à détecter si elle est chirale ou non. 19 Copyright© 2005 Dominique. BLONDEAU. All rights reserved

4. 7 Identifier les molécules Chirales et Achirales 20 Copyright© 2005 Dominique. BLONDEAU. All

4. 7 Identifier les molécules Chirales et Achirales * Chirale Achirale * Chirale 21

Identifier les molécules Chirales et Achirales * Chirale Achirale * Chirale 22 Copyright© 2005

4. 8 Activité optique 23 Copyright© 2005 Dominique. BLONDEAU. All rights reserved

4. 8 Activité optique Le pouvoir de dévier la lumière polarisée. Les différents énantiomères d’une substance chirale ont, de façon individuelle, une activité optique. Le pouvoir rotatoire est mesuré par un polarimètre. 24 Copyright© 2005 Dominique. BLONDEAU. All rights reserved

Polarimètre Cellule échantillon Entrée de la lumière non polarisée monochromatique Polariseur Viseur pour la lecture de l’angle Echelle de rotation Manette pour aligner l’analyseur 25 Copyright© 2005 Dominique. BLONDEAU. All rights reserved

Signe du pouvoir rotatoire +=Rotation vers la droite; sens aiguilles montre - =Rotation vers la gauche; sens contraire pouvoir rotatoire du sucrose = + 66. 47º pouvoir rotatoire du cholestérol = -31. 5º d = Rotation vers la droite; dextrogyre l = Rotation vers la gauche; lévogyre Attention d # D: Dextrose = D-glucose; L-dopa & D-dopa 26 Copyright© 2005 Dominique. BLONDEAU. All rights reserved

Un énantiomère pur a un pouvoir rotatoire. Pouvoir rotatoire du R-camphre = Pouvoir rotatoire du S-camphre = + 44. 26º - 44. 26º Un mélange 50 -50 des deux énantiomères (un mélange racémique) a un pouvoir rotatoire de 0º et est optiquement inactif. 27 Copyright© 2005 Dominique. BLONDEAU. All rights reserved

4. 9 Configuration 28 Copyright© 2005 Dominique. BLONDEAU. All rights reserved

4. 9 Configuration Arrangement dans l’espace des substituants portés par un stéréocentre; définie par un ensemble de règles séquentielles (Cahn-Ingold-Prelog = C. I. P. ). Règles séquentielles: 1. Classer les premiers atomes des substituants par ordre décroissant de leur numéro atomique. 4 4 3 2 1 1 2 3 29 Copyright© 2005 Dominique. BLONDEAU. All rights reserved

2. Comparer les numéros atomiques des atomes en second , troisième, quatrième, etc. rang si nécessaire. 4 4 1 1 2 3 3 2 3. Les liaisons multiples sont assimilées comme étant équivalentes au même nombre de liaisons simples. est équivalent à 30 Copyright© 2005 Dominique. BLONDEAU. All rights reserved

Définir la configuration. . . 1. Orienter la molécule de façon à ce que l’atome #4 soit orienté vers le haut. 4 4 1 2 3 S 3 2 1 R 2. Pointer avec vos doigts les atomes #1, #2, and #3, dans cet ordre. L’atome #4 pointe à l’extérieur. 3. Si vous utilisez votre main droite (Right), la configuration est R. 4. Si vous utilisez votre main gauche (Left), la configuration est S. 31 Copyright© 2005 Dominique. BLONDEAU. All rights reserved

Donner la configuration. . . Dans le plan du tableau 1 a 1 d

Donner la configuration. . . 1 1 3 2 R 2 3 S 34

Donner la configuration. 4 4 1 1 3 2 3 4 R 2 S

Détermination de la configuration en représentation de Fischer Regard 2 1 4 3 S,

Détermination de la configuration en représentation de Fischer Regard 4 2 1 3 S,

4. 10 Composés Méso 38 Copyright© 2005 Dominique. BLONDEAU. All rights reserved

4. 10 Composés Méso Un composé méso est un molécule qui possède 2 ou plus de stéréocentres et qui est achirale. Un composé méso est identifié par la présence d’un plan de symétrie. Les composés méso sont des composés optiquement inactifs. * * Pas de plan de symétrie, donc pas de composé méso. * * Plan de symétrie donc c’est un composé méso. 39 Copyright© 2005 Dominique. BLONDEAU. All rights reserved

Identifier les composés méso. * * Plan de symétrie donc il y aura un composé méso. * * Pas de plan de symétrie, donc pas de composé méso. * * Plan de symétrie donc c’est un composé méso. 40 Copyright© 2005 Dominique. BLONDEAU. All rights reserved

Identifier les composés méso. * * Pas de plan de symétrie, donc pas de composé méso. * * Plan de symétrie donc c’est un composé méso. Il n’y a pas de stéréocentres. Ce n’est pas un composé méso bien qu’il y est des plans de symétrie. 41 Copyright© 2005 Dominique. BLONDEAU. All rights reserved

4. 11 Isomères Cis-Trans 42 Copyright© 2005 Dominique. BLONDEAU. All rights reserved

4. 11 Isomères Cis-Trans Les isomères Cis et Trans sont des isomères géométriques, rencontrés pour les alcènes. • L’isomèrie Cis-Trans est une des stéréoisomèries. • Les stéréoisomères sont des isomères qui ont des atomes reliés entre eux de la même façon, avec un arrangement spatial différent (géométrie). • Cis signifie “du même coté”. • Trans signifie “à travers”. 43 Copyright© 2005 Dominique. BLONDEAU. All rights reserved

Isomérie structurale & Stéréoisomèrie • Isomérie structurale: même atomes mais connections différentes. A, B, D, E, F • Stéréoisomères: même atomes, même connections mais géometries différentes. B & C A D B E C F 44 Copyright© 2005 Dominique. BLONDEAU. All rights reserved

Isomèrie Cis-Trans L’isomèrie Cis-Trans est possible pour les alcènes di-substitués. • “Di-substitués” signifie que la double liaison porte deux substituants autre que l’hydrogène sur les deux carbones. Di-substitués 45 Copyright© 2005 Dominique. BLONDEAU. All rights reserved

Isomérie Cis-Trans • L’isomèrie Cis-Trans requiert que les deux carbones de la double liaison soient substitués, respectivement. Isomérie cis-trans impossible isomère cis-but-2 -ène Isomère trans Trans-but-2 -ène 46 Copyright© 2005 Dominique. BLONDEAU. All rights reserved

4. 12 Nomenclature E, Z 47 Copyright© 2005 Dominique. BLONDEAU. All rights reserved

4. 12 Nomenclature E, Z Alcènes tri-substitués ou tétra-substitués Nomenclature E et Z à la place de cis et trans • Déterminer les priorités de chaque groupe (CIP) portés par la double liaison. • Classer les premiers atomes des substituants par ordre décroissant de leur numéro atomique. • Plus grand est le numéro atomique, plus grande est la priorité. Br > Cl > O > N > C > H 48 Copyright© 2005 Dominique. BLONDEAU. All rights reserved

Nomenclature E, Z E = de part et d’autre de la double liaison Z = du même côté de la double liaison 4 1 C C 1 4 Double liaison E 4 4 1 C C 1 Double liaison Z 49 Copyright© 2005 Dominique. BLONDEAU. All rights reserved

Nommer ces alcènes (Z)-3 -chloropent-2 -ène (E)-3 -bromo-2 fluorohex-2 -ène (E)-4 -chlorohept-3 -ène (Z)-5

Nommer ces alcènes 4 H CH 3 4 4 H CH 3 1 CH

4. 13 Composés actifs sans carbone asymétrique 52 Copyright© 2005 Dominique. BLONDEAU. All rights

Composés actifs sans carbone asymétrique Les biphényles présentent un empêchement à la rotation Groupe

Composés actifs sans carbone asymétrique Les biphényles présentent un empêchement à la rotation Molécules

Composés actifs sans carbone asymétrique Molécules chirales Les hélicènes présentent une structure en hélice,

Composés actifs sans carbone asymétrique Les hélicènes présentent une structure en hélice, semblable à

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Composés actifs avec des stéréocentres autres que le carbone 59 Copyright© 2004 Dominique. BONDEAU.

Silicium b b a a Si c d d Si c Le silicium, comme le carbone, peut former 4 liaisons pour former des composés stables et beaucoup de composés chiraux à base de silicium ont été synthétisés. 60 Copyright© 2004 Dominique. BONDEAU. All rights reserved

Azote dans les amines b Très rapide a N : c La géométrie pyramidale de l’azote peut produire des structures chirales, mais les énantiomères sont en équilibre rapide (107 fois /seconde) et ne peuvent être séparés. 61 Copyright© 2004 Dominique. BONDEAU. All rights reserved

Azote dans les amines b Très rapide a : N c La géométrie pyramidale de l’azote peut produire des structures chirales, mais les énantiomères sont en équilibre rapide (107 fois /seconde) et ne peuvent être séparés. 62 Copyright© 2004 Dominique. BONDEAU. All rights reserved

Azote dans les amines b Très rapide a N : c La géométrie pyramidale de l’azote peut produire des structures chirales, mais les énantiomères sont en équilibre rapide (107 fois /seconde) et ne peuvent être séparés. 63 Copyright© 2004 Dominique. BONDEAU. All rights reserved

Azote dans les amines b Très rapide a : N c La géométrie pyramidale de l’azote peut produire des structures chirales, mais les énantiomères sont en équilibre rapide (107 fois /seconde) et ne peuvent être séparés. 64 Copyright© 2004 Dominique. BONDEAU. All rights reserved

Azote dans les amines b Très rapide a N : c La géométrie pyramidale de l’azote peut produire des structures chirales, mais les énantiomères sont en équilibre rapide (107 fois /seconde) et ne peuvent être séparés. 65 Copyright© 2004 Dominique. BONDEAU. All rights reserved

Azote dans les amines b Très rapide a : N c La géométrie pyramidale de l’azote peut produire des structures chirales, mais les énantiomères sont en équilibre rapide (107 fois /seconde) et ne peuvent être séparés. 66 Copyright© 2004 Dominique. BONDEAU. All rights reserved

Azote dans les amines b b Très rapide a N c : a : N c La géométrie pyramidale de l’azote peut produire des structures chirales, mais les énantiomères sont en équilibre rapide (107 fois /seconde) et ne peuvent être séparés. 67 Copyright© 2004 Dominique. BONDEAU. All rights reserved

Phosphore dans les phosphines b b lent a P c : a : P c La géométrie pyramidale du phosphore peut produire des structures chirales; les énantiomères sont en équilibre plus lent que pour les amines et peuvent être séparés. 68 Copyright© 2004 Dominique. BONDEAU. All rights reserved

Soufre dans les sulfoxides b b lent a +S O_ : a : S+ O_ La géométrie pyramidale du soufre peut produire des structures chirales; les énantiomères sont en équilibre plus lent que pour les amines et peuvent être séparés. 69 Copyright© 2004 Dominique. BONDEAU. All rights reserved

4. 14 Résolution des énantiomères séparation d’un mélange racémique en ses deux énantiomères 70

Fait important: Les énantiomères ont même propriétés physicochimiques. Cela veut dire qu’ils auront même points de fusion, même points d’ébullition, même propriétés de dissolution dans les solvants, etc. Les diastéréoisomères ont des propriétés physicochimiques différentes. Cela veut dire qu’ils auront des points de fusion, des points d’ébullition, des propriétés de dissolution dans les solvants différentes, etc. 71 Copyright© 2005 Dominique. BLONDEAU. All rights reserved