Diastéréoisomères – concept, propriétés, nomenclature, exemples

Introduction aux diastéréoisomères

Les diastéréoisomères sont des composés organiques possédant une géométrie moléculaire différente, mais avec la même formule brute et atomes asymétriques, appelés centres de chiralité.

Ils diffèrent des énantiomères par leur propriété de ne pas être superposables, contrairement aux énantiomères qui sont des images miroir l’un de l’autre.​

Définition et concept

La notion de diastéréoisomère est apparue avec la découverte de la chiralité dans les composés organiques, due à la présence d’atomes de carbone asymétriques.​

Ces atomes, appelés centres de chiralité, induisent une géométrie moléculaire particulière, rendant les molécules non superposables.​

Les diastéréoisomères sont donc des stéréoisomères qui ne sont pas des énantiomères, c’est-à-dire qu’ils ne sont pas des images miroir l’un de l’autre.​

Ce concept est fondamental en chimie organique, car il permet de comprendre les propriétés physiques et chimiques des composés, notamment leur activité optique.​

La distinction entre diastéréoisomères et énantiomères est cruciale pour la compréhension de la stéréochimie des molécules organiques.

Importance en chimie organique

Les diastéréoisomères jouent un rôle crucial en chimie organique, car ils influent sur les propriétés physiques et chimiques des composés.​

En effet, les diastéréoisomères peuvent avoir des activités biologiques différentes, ce qui est particulièrement important dans le domaine de la pharmacologie.​

De plus, la compréhension des diastéréoisomères est essentielle pour la synthèse de composés organiques, notamment pour contrôler la stéréosélectivité des réactions.​

L’importance des diastéréoisomères est également mise en évidence dans l’étude des réactions organiques, où la formation de diastéréoisomères peut influencer l’orientation de la réaction.​

En résumé, la connaissance des diastéréoisomères est fondamentale pour comprendre les propriétés et le comportement des composés organiques.

Propriétés des diastéréoisomères

Les diastéréoisomères présentent des propriétés physiques et chimiques distinctes, telles que des points de fusion et d’ébullition différents, ainsi que des coefficients de réfraction variés.

Chiralité et centres de chiralité

La chiralité est une propriété fondamentale des molécules organiques, résultant de la présence d’atomes de carbone asymétriques, appelés centres de chiralité.

Ces centres de chiralité sont caractérisés par quatre substituants différents liés à un atome de carbone tétraédrique, ce qui génère deux configurations spatiales possibles.​

Ces configurations sont désignées comme étant soit R (Rectus), soit S (Sinister), suivant les règles de Cahn-Ingold-Prelog.​

L’existence de centres de chiralité dans une molécule est à l’origine de la formation de stéréoisomères, dont les diastéréoisomères font partie.​

La compréhension de la chiralité et des centres de chiralité est essentielle pour définir les propriétés et le comportement des molécules organiques;

Activité optique et propriétés physiques

Les diastéréoisomères présentent des propriétés physiques différentes, telles que des points de fusion et d’ébullition distincts, ainsi que des densités et des solubilités différentes.

En outre, ils peuvent également exhiber une activité optique, c’est-à-dire qu’ils peuvent faire tourner le plan de polarisation de la lumière incidente.

Cette activité optique est mesurée par l’angle de rotation spécifique, qui permet de distinguer les diastéréoisomères.​

Ces différences de propriétés physiques et d’activité optique sont utilisées pour identifier et séparer les diastéréoisomères.​

La connaissance de ces propriétés est essentielle pour comprendre le comportement des molécules organiques et pour développer des méthodes de synthèse efficaces.​

Nomenclature des diastéréoisomères

La nomenclature des diastéréoisomères est basée sur les règles de Cahn-Ingold-Prelog, qui permettent d’attribuer des désignations R ou S aux atomes de carbone asymétriques.​

Règles de Cahn-Ingold-Prelog

Les règles de Cahn-Ingold-Prelog sont un ensemble de critères permettant d’attribuer une configuration absolue à un atome de carbone asymétrique.​

Ces règles définissent une séquence de priorité pour les groupes fonctionnels liés à l’atome de carbone asymétrique, en fonction de leur masse atomique.​

La séquence de priorité est établie en fonction de la règle de priorité suivante ⁚ les atomes sont classés en fonction de leur masse atomique décroissante.​

Ensuite, si deux atomes ont la même masse atomique, on considère les atomes liés à ces atomes, et ainsi de suite.​

Ces règles permettent de déterminer la configuration absolue d’un atome de carbone asymétrique et de lui attribuer une désignation R ou S.​

Notation R-S et projections de Fischer

La notation R-S est utilisée pour décrire la configuration absolue d’un atome de carbone asymétrique.​

Elle est basée sur les règles de Cahn-Ingold-Prelog et attribue une désignation R (rectus) ou S (sinister) à l’atome de carbone asymétrique.

Les projections de Fischer sont des représentations bidimensionnelles des molécules qui permettent de visualiser la configuration absolue des atomes de carbone asymétriques.​

Elles sont obtenues en projetant les liaisons chimiques dans un plan, les liaisons avant et arrière étant représentées respectivement par des traits pleins et des traits pointillés.​

Les projections de Fischer sont essentielles pour représenter les diastéréoisomères et comprendre leurs propriétés stéréochimiques.​

Exemples de diastéréoisomères

Les diastéréoisomères sont couramment rencontrés dans les composés organiques, tels que les sucres, les acides aminés et les alcaloïdes, où la stéréochimie joue un rôle crucial.​

Exemples d’énantiomères et de mélanges racémiques

L’exemple classique d’énantiomères est le cas de l’acide tartarique, dont les deux formes énantiomériques sont présentes dans le raisin et les fruits.​

Un autre exemple est l’amphétamine, un médicament dont les deux énantiomères ont des propriétés pharmacologiques différentes.​

Les mélanges racémiques sont également courants, comme dans le cas du carvone, un composé odorant présent dans les plantes, qui se trouve sous forme de mélange racémique.​

Ces exemples montrent l’importance de la stéréochimie dans la compréhension des propriétés des composés organiques et de leurs applications pratiques.

Exemples de diastéréoisomères avec excès diastéréomérique

Un exemple classique de diastéréoisomères avec excès diastéréomérique est le cas de la throrine, un acide aminé présent dans les protéines.

La throrine possède deux centres de chiralité, ce qui conduit à la formation de quatre diastéréoisomères.​

Cependant, en raison de la différence d’énergie libre entre les diastéréoisomères, un excès diastéréomérique est observé, ce qui signifie que l’un des diastéréoisomères est majoritaire.​

Cet exemple montre l’importance de la stéréosélectivité dans la synthèse de composés organiques complexes et la nécessité de contrôler l’excès diastéréomérique pour obtenir le produit souhaité.​

En résumé, la compréhension des diastéréoisomères et de leur stéréosélectivité est essentielle pour la synthèse de composés organiques complexes et la maîtrise de leurs propriétés.

Importance de la stéréosélectivité en synthèse organique

La stéréosélectivité joue un rôle crucial dans la synthèse de composés organiques complexes, tels que les molécules naturelles et les médicaments.​

En effet, la stéréochimie des molécules peut influencer leur activité biologique, leur toxicité et leur efficacité thérapeutique.​

Une bonne maîtrise de la stéréosélectivité permet aux chimistes organiques de concevoir des réactions plus efficaces et plus sélectives, ce qui améliore la qualité et la quantité des produits obtenus.​

Cette maîtrise est particulièrement importante dans l’industrie pharmaceutique, où la production de médicaments à haute pureté stéréochimique est essentielle pour garantir leur sécurité et leur efficacité.​