Notion

Stéréochimie de configuration : énantiomères, descripteurs R/S

Une molécule est dite chirale si elle n'est pas superposable à son image dans un miroir plan. Le cas le plus courant est la présence d'un carbone asymétrique (\(C^*\)) : un atome de carbone tétragonal lié à quatre substituants tous différents.

Deux stéréoisomères de configuration images l'un de l'autre dans un miroir plan, et non superposables, sont des énantiomères : mêmes propriétés physiques et chimiques dans un environnement achiral (sauf le pouvoir rotatoire, opposé), mais réactivités distinctes en présence d'un réactif ou d'un catalyseur chiral. À l'inverse, des stéréoisomères de configuration qui ne sont pas images l'un de l'autre (seule une partie des centres stéréogènes est inversée) sont des diastéréoisomères : propriétés physiques et chimiques distinctes (points de fusion/ébullition, solubilité, réactivité).

Algorithme CIP (Cahn-Ingold-Prelog) pour l'attribution des descripteurs R/S :
  1. Classer les quatre substituants par ordre de priorité décroissante selon le numéro atomique de l'atome directement lié (jamais la masse atomique).
  2. En cas d'égalité, comparer les atomes liés à ces atomes (la « sphère » suivante), et ainsi de suite jusqu'à la première différence.
  3. Pour une liaison multiple, appliquer la règle de duplication : une liaison double \(\ce{C=O}\) est traitée comme si le carbone portait un atome d'oxygène fantôme supplémentaire (et réciproquement pour l'oxygène).
  4. Orienter la molécule pour que le substituant de plus basse priorité (4) pointe à l'opposé de l'observateur.
  5. Lire le sens de parcours 1 \(\rightarrow\) 2 \(\rightarrow\) 3 des trois substituants restants : sens horaire → configuration R (rectus) ; sens antihoraire → configuration S (sinister).

Sur une représentation de Cram où le substituant 4 pointe vers l'observateur (et non à l'opposé), lire le sens apparent puis inverser la conclusion.

Piège classique : FAUX — deux stéréoisomères non superposables sont forcément énantiomères. JUSTE — ils ne sont énantiomères que s'ils sont images miroir l'un de l'autre ; sinon ce sont des diastéréoisomères. Autre piège fréquent : comparer les priorités CIP sur la masse atomique au lieu du numéro atomique, ou s'arrêter à la première sphère d'atomes liés sans propager la comparaison en cas d'égalité.

Niveau secondaire (Terminale spécialité) : chiralité, carbone asymétrique, énantiomères, exemples usuels (acide lactique, alanine). Niveau CPGE (PCSI) : algorithme CIP complet, y compris règle de duplication et égalités en sphères successives, ainsi que les notions connexes de mélange racémique, excès énantiomérique et composé méso (molécule achirale malgré la présence de plusieurs \(C^*\), par symétrie interne).