Enantiomères – concept, propriétés, nomenclature, exemples

Introduction

Les enantiomères sont des molécules chirales qui présentent une structure tridimensionnelle non superposable, ce qui leur confère des propriétés physico-chimiques différentes․

Définition des enantiomères

Les enantiomères sont des molécules chirales qui présentent une structure tridimensionnelle non superposable, ce qui signifie qu’elles ne peuvent pas être mises en coincidence par une rotation ou une translation spatiale․ Cette propriété est due à la présence d’au moins un atome de carbone asymétrique, appelé centre stéréogène, qui rend la molécule chirale․ Les enantiomères ont des propriétés physico-chimiques identiques, à l’exception de leur activité optique, qui est inverse pour chaque énantiomère․ Ils sont donc des isomères optiques, c’est-à-dire qu’ils ont la même formule brute et la même structure chimique, mais diffèrent par leur arrangement spatial․

Concept de stéréochimie

La stéréochimie étudie les relations entre la structure tridimensionnelle des molécules et leurs propriétés physico-chimiques, notamment l’activité optique et la réactivité chimique․

Stéréoisomérie

La stéréoisomérie est un phénomène qui concerne les molécules qui possèdent un ou plusieurs centres stéréogènes, c’est-à-dire des atomes de carbone asymétriques․ Ces molécules peuvent exister sous forme de stéréoisomères, qui sont des molécules ayant la même formule brute mais différant dans leur arrangement spatial․

Les stéréoisomères peuvent être divisés en deux catégories ⁚ les énantiomères et les diastéréoisomères․ Les énantiomères sont des paires de stéréoisomères qui sont non superposables mais qui possèdent la même propriété physique, tandis que les diastéréoisomères sont des paires de stéréoisomères qui possèdent des propriétés physiques différentes․

Isomères optiques

Les isomères optiques sont des molécules chirales qui présentent une activité optique, c’est-à-dire qu’elles font rotate le plan de polarisation de la lumière lorsqu’elles sont traversées par celle-ci․

Ces molécules possèdent un ou plusieurs centres stéréogènes, ce qui leur confère une structure tridimensionnelle non superposable․

Les isomères optiques peuvent être divisés en deux catégories ⁚ les énantiomères et les diastéréoisomères optiques․ Les énantiomères optiques sont des paires de molécules qui présentent une activité optique opposée, tandis que les diastéréoisomères optiques sont des paires de molécules qui présentent une activité optique différente․

Propriétés physico-chimiques

Les enantiomères présentent des propriétés physico-chimiques identiques, à l’exception de leur activité optique et de leur comportement dans des milieux chiraux․

Activité optique

L’activité optique est la propriété la plus caractéristique des enantiomères․ Elle se définit comme la capacité d’un composé chimique à faire tourner le plan de polarisation de la lumière plane lorsqu’elle le traverse․

Cette propriété est due à la structure tridimensionnelle non superposable des molécules chirales․

L’activité optique est mesurée par la valeur de la rotation spécifique, qui est positive pour un enantiomère et négative pour son énantiomère․

Cette propriété est utilisée pour identifier et caractériser les enantiomères, ainsi que pour déterminer leur énantiopureté․

Énantiopureté

L’énantiopureté est la mesure de la pureté d’un énantiomère par rapport à son énantiomère․

Un échantillon est dit énantiopur si la proportion de l’énantiomère majoritaire est supérieure à 99%․

L’énantiopureté est importante car les propriétés physico-chimiques et biologiques des énantiomères peuvent être très différentes․

La détermination de l’énantiopureté est réalisée par des méthodes analytiques telles que la chromatographie sur phase chiraux ou la polarimétrie․

Il est essentiel de contrôler l’énantiopureté dans les domaines pharmaceutique et agrochimique où les énantiomères peuvent avoir des effets différents sur l’organisme․

Nomenclature

La nomenclature des énantiomères est basée sur les règles de Cahn-Ingold-Prelog qui permettent d’attribuer une désignation R ou S unique à chaque énantiomère․

Désignation R/S

La désignation R/S est une méthode de nomenclature qui permet d’identifier un énantiomère spécifique en attribuant une lettre R ou S à l’atome de carbone stéréogène․
Cette lettre est déterminée en suivant un ensemble de règles précises qui tiennent compte de la configuration spatiale des substituants autour de l’atome de carbone․
La priorité des substituants est établie en fonction de leur atomic number, puis de leur masse atomique․
Enfin, la vue de Newman est utilisée pour déterminer la configuration R ou S de l’atome de carbone stéréogène․

Règles de Cahn-Ingold-Prelog

Les règles de Cahn-Ingold-Prelog sont un ensemble de principes qui permettent d’attribuer une configuration absolute à un centre stéréogène․
Ces règles ont été établies par les chimistes Robert Cahn, Christopher Ingold et Vladimir Prelog․
Elles permettent de déterminer la priorité des substituants autour d’un atome de carbone stéréogène en fonction de leur atomic number et de leur masse atomique․
Les règles de Cahn-Ingold-Prelog sont utilisées pour déterminer la configuration R ou S d’un centre stéréogène et pour attribuer un nom systématique aux molécules chirales․

Résolution d’énantiomères

La résolution d’énantiomères est le processus de séparation des deux énantiomères d’un mélange racémique en deux composés optiquement actifs distincts․

Racémisation

La racémisation est un processus chimique qui transforme un énantiomère en un mélange racémique, c’est-à-dire un mélange équimoléculaire des deux énantiomères․ Cette réaction peut être spontanée ou catalysée par des agents chimiques tels que des acides ou des bases․

Ce phénomène est particulièrement important en stéréochimie car il peut entraîner la perte d’activité optique d’un énantiomère et donc modifier ses propriétés physico-chimiques․

Il est donc essentiel de contrôler les conditions de réaction pour éviter la racémisation et préserver l’énantiopureté du composé․

Méthodes de résolution

Les méthodes de résolution d’énantiomères permettent de séparer les énantiomères d’un mélange racémique․

Les méthodes chromatographiques, telles que la chromatographie sur phase stationnaire chirale, sont couramment utilisées pour résoudre des mélanges d’énantiomères․

D’autres méthodes, comme la cristallisation fractionnée, la précipitation fractionnée et la réaction enzymatique, peuvent également être employées․

Ces méthodes permettent d’obtenir des énantiomères purs, nécessaires pour déterminer leurs propriétés physico-chimiques et biologiques spécifiques․

Exemples

L’exemple classique d’énantiomères est celui des acides amino, tels que l’alanyl-L et l’alanyl-D, qui présentent des propriétés biologiques différentes․

Exemples d’enantiomères

Les exemples d’énantiomères sont nombreux dans la nature․ L’un des plus connus est l’alcool carvone, responsable de l’odeur de la menthe poivrée (isomère S) et du carvi (isomère R)․

Un autre exemple est l’éphédrine, un médicament utilisé comme décongestant nasal, disponible sous forme de deux énantiomères ⁚ l’éphédrine D et l’éphédrine L․

Les sucres, tels que le glucose et le fructose, sont également des énantiomères, avec des propriétés physico-chimiques différentes․