Molécules chirales
Stéréochimie et propriétés
André Collet, Jeanne Crassous, Jean-Pierre Dutasta et Laure Guy
EDP Sciences
CNRS
Avant-proposix
Préfacexi
1 Introduction1
2 Les origines7
2.1 La lumière polarisée et ses étranges propriétés7
2.2 Hémiédrie, isomorphisme et énantiomorphisme9
2.3 Le mystère de l'acide racémique12
2.4 La chance de Pasteur16
2.5 Le carbone asymétrique16
2.6 1874-1914 : la genèse de la stéréochimie moderne18
2.7 Du côté des physiciens22
2.8 L'essor de la stéréochimie moderne23
2.9 Le Collège de France et la stéréochimie25
3 Langage et concepts de base29
3.1 Composition et Constitution29
3.2 Conformation30
3.3 Élément stéréogène et configuration ; stéréoisomère32
3.4 Configuration absolue40
3.5 Configuration relative41
3.6 Substances racémiques, non racémiques, énantiopures42
4 Stéréoisomérie structurale45
4.1 La symétrie des molécules45
4.1.1 Les opérations de symétrie45
4.1.2 Les groupes ponctuels de symétrie48
4.1.3 Détermination du groupe ponctuel de symétrie d'une molécule52
4.2 Molécules à centres stéréogènes55
4.2.1 Le carbone asymétrique55
4.2.2 Chiralité isotopique56
4.2.3 Centres asymétriques tétraédriques hétéroatomiques (T4)56
4.3 Dénombrement des stéréoisomères (éléments stéréogènes binaires)61
4.3.1 Règle générale62
4.3.2 Réduction du nombre de stéréoisomères par symétrie62
4.3.3 Réduction du nombre de stéréoisomères par contraintes stériques63
4.4 Molécules possédant des axes ou des plans de chiralité63
4.4.1 Les allènes et la chiralité axiale63
4.4.2 Spiranes, alkylidènecyclanes66
4.4.3 Chiralité planaire66
4.5 Molécules chirales non usuelles67
4.5.1 Hélicènes et analogues67
4.5.2 Fullerènes68
4.5.3 Notions de chiralité topologique : rubans de Möbius et noeuds moléculaires69
4.6 Atropisomérie72
5 Le système de Cahn, Ingold et Prelog79
5.1 Éléments stéréogènes et leurs configurations79
5.2 Le système de Cahn, Ingold, Prelog (CIP)81
5.2.1 Hiérarchie des substituants dans le système CIP et application des règles aux centres de chiralité tétraédriques82
5.2.2 Les règles CIP pour la chiralité axiale, planaire et torsionnelle94
5.2.3 Hélicité et chiralité des angles de torsion98
5.2.4 Application des règles CIP à l'isomérie géométrique101
5.2.5 Le système CIP et le système de Fischer103
6 Prostéréoisomérie109
6.1 Systèmes unidimensionnels. Cristaux polaires109
6.2 Systèmes bidimensionnels. Prostéréoisomérie faciale, prochiralité111
6.2.1 Faces homotopique, énantiotopiques (prostéréoisomérie faciale)111
6.2.2 Nomenclature CIP pour la prostéréoisomérie faciale113
6.2.3 Conséquence : synthèse conventionnelle et synthèse asymétrique114
6.2.4 Faces diastéréotopiques, diastéréosélectivité114
6.3 Systèmes tridimensionnels. Prostéréoisomérie de groupe115
6.3.1 Groupes homotopiques115
6.3.2 Groupes énantiotopiques116
6.3.3 Groupes diastéréotopiques117
6.3.4 Nomenclature CIP dans le cas de la prostéréoisomérie de groupe117
6.3.5 Conséquence de la prostéréoisomérie de groupe sur la réactivité118
6.3.6 Conséquence de la prostéréoisomérie de groupe en spectroscopie RMN119
6.4 Propseudoasymétrie120
6.5 Prochiralité et synthèse asymétrique121
6.5.1 Stéréosélectivité et stéréospécificité121
6.5.2 Exemples classiques122
6.5.3 Exemples de développements marquants de la synthèse asymétrique124
7 Configurations absolues et relatives131
7.1 Définitions131
7.1.1 Configuration absolue131
7.1.2 Configuration relative132
7.2 Spécification de la configuration relative dans le système CIP133
7.3 Méthodes de détermination des configurations basées sur les cristaux134
7.3.1 Diffraction anomale des rayons X (méthode de Bijvoet)134
7.3.2 Diffraction « classique » des rayons X139
7.3.3 Analyse des faces cristallines139
7.3.4 Méthode des quasi-racémiques (méthode de Fredga)140
7.4 Méthodes chimiques142
7.4.1 Corrélations chimiques142
7.4.2 Dédoublement cinétique144
7.4.3 Synthèse asymétrique146
7.5 Méthodes physiques chiroptiques147
7.5.1 Pouvoir rotatoire ; définition, unités, propriétés148
7.5.2 Pureté énantiomérique et pureté optique153
7.5.3 Pouvoir rotatoire et configuration absolue155
7.5.4 Dispersion rotatoire optique et dichroïsme circulaire158
7.5.5 Applications163
7.6 Utilisation de la RMN170
8 Stéréoisomères : propriétés physiques et méthodes de séparation175
8.1 Propriétés des énantiomères176
8.1.1 Non-Conservation de la Parité (NCP)176
8.1.2 Propriétés biologiques des énantiomères179
8.2 Propriété des mélanges d'énantiomères180
8.2.1 Observations visuelles - Propriétés de l'état solide182
8.2.2 Diagrammes binaires de fusion d'un mélange d'énantiomères184
8.2.3 Diagrammes ternaires de solubilité d'un mélange d'énantiomères189
8.3 Application. Dédoublement par cristallisation195
8.3.1 Séparation de mélanges d'énantiomères partiellement enrichis195
8.3.2 Dédoublement par cristallisation directe des racémiques197
8.3.3 Dédoublement par formation de diastéréoisomères204
8.4 Autres voies d'accés aux énantiomères purs216
9 Détermination de la pureté énantiomérique219
9.1 Analyse directe du mélange des énantiomères219
9.1.1 Détermination de l'ee par polarimétrie219
9.1.2 Détermination de l'ee par calorimétrie220
9.2 Analyse indirecte d'un mélange d'énantiomères - Utilisation d'associations diastéréoisomères221
9.2.1 Détermination de l'ee par RMN222
9.2.2 Détermination de l'ee par HPLC (High Performance Liquid Chromatography)226
9.2.3 Mesure de l'ee par chromatographie chirale en phase gazeuse (CPG chirale) [12]231
9.2.4 Mesure de l'excès de diastéréoisomères par calorimétrie233
Index235