3.5 Stéréoisomérie
Le monde qui nous entoure est un monde tridimensionnel. Tous les objets ainsi que
les constituants des plantes, des animaux et de l’être humain sont formés de composés en trois dimensions. La stéréochimie est le domaine de la chimie qui étudie les
représentations tridimensionnelles des molécules ainsi que les mécanismes de réaction
en trois dimensions. Lorsque deux molécules possèdent la même séquence d’atomes en
deux dimensions, c’est-à-dire qu’elles possèdent les mêmes formules développée et semidéveloppée, mais que leur arrangement dans l’espace en trois dimensions est différent, ce
sont des stéréoisomères. Le champ d’études consacré aux stéréoiso mères porte le nom
de stéréoisomérie ou isomérie stérique. Il ne faut pas confondre les stéréoisomères avec
les conformations, car la conversion d’un stéréoisomère à un autre implique la rupture
d’une liaison covalente, contrairement aux conformations qui peuvent se superposer à la
suite d’une rotation libre ou restreinte d’une liaison σ à l’intérieur de la molécule.
Au premier abord, les stéréoisomères se distinguent les uns des autres par de subtiles
différences structurales, en trois dimensions, pouvant paraître négligeables. Or, ces différences peuvent entraîner des distinctions quant aux propriétés chimiques, biolo giques
et physiques des molécules.
Par exemple, le limonène est une molécule qui, selon sa structure tridimensionnelle
(voir la liaison avec le carbone marqué d’un astérisque, C*), est perçue par les récepteurs olfactifs (eux-mêmes en trois dimensions) comme étant responsable de l’odeur
de l’orange ou de l’odeur du citron (voir la ?gure 3.15).
Figure 3.15
Odeurs perçues par les
récepteurs olfactifs des
différents stéréoisomères
du limonène
Cet aspect de la chimie est particulièrement important dans le domaine médical. Il suf?t
d’imaginer les répercussions que pourrait entraîner un médicament formé d’un mélange
de stéréoisomères dont l’une des molécules serait béné?que alors que l’autre serait dangereuse, voire mortelle ! Malencontreusement, cette catastrophe s’est déjà produite dans
les années 1960, alors que le laboratoire Chemie Grünenthal, une compagnie allemande
de chimie pharmaceutique, a commercialisé, à l’échelle mondiale, un médicament révolutionnaire nommé « thalidomide » (voir la rubrique « Chroniques d’une molécule – La thalidomide, une catastrophe énantiomérique », p. 152).
Les stéréoisomères se regroupent en deux grandes catégories : les énantiomères/diastéréoisomères/composés méso et les isomères géométriques (ou isomères cis-trans).
Ces deux ensembles seront traités dans cette section en décrivant la façon de les repérer
et de les représenter en trois dimensions, ainsi que les caractéristiques qui les distinguent.
3.5.1 Chiralité
Pour établir si un objet ou une molécule peut adopter des structures différentes en trois
dimensions, il faut d’abord déterminer la présence ou l’absence d’un plan de symétrie
dans la molécule ou l’objet observé. Le plan de symétrie (aussi appelé plan spéculaire)
se comporte comme un miroir et se dé?nit comme étant un plan qui coupe l’objet ou la
molécule de telle sorte que la première partie de l’objet, d’un côté du plan, corresponde
à l’image dans un miroir de la seconde partie, de l’autre côté du plan. Un objet ou
une molécule renfermant au moins un plan de symétrie est dit achiral ou symétrique.
C’est la symétrie par rapport
à un plan (liée au phénomène
de réexion) qui est appliquée en stéréoisomérie et non
la symétrie par rapport à un
point ou à un axe.
REMARQUE
118 Chapitre 3 Isomérie
Le monde qui nous entoure est un monde tridimensionnel. Tous les objets ainsi que
les constituants des plantes, des animaux et de l’être humain sont formés de composés en trois dimensions. La stéréochimie est le domaine de la chimie qui étudie les
représentations tridimensionnelles des molécules ainsi que les mécanismes de réaction
en trois dimensions. Lorsque deux molécules possèdent la même séquence d’atomes en
deux dimensions, c’est-à-dire qu’elles possèdent les mêmes formules développée et semidéveloppée, mais que leur arrangement dans l’espace en trois dimensions est différent, ce
sont des stéréoisomères. Le champ d’études consacré aux stéréoiso mères porte le nom
de stéréoisomérie ou isomérie stérique. Il ne faut pas confondre les stéréoisomères avec
les conformations, car la conversion d’un stéréoisomère à un autre implique la rupture
d’une liaison covalente, contrairement aux conformations qui peuvent se superposer à la
suite d’une rotation libre ou restreinte d’une liaison σ à l’intérieur de la molécule.
Au premier abord, les stéréoisomères se distinguent les uns des autres par de subtiles
différences structurales, en trois dimensions, pouvant paraître négligeables. Or, ces différences peuvent entraîner des distinctions quant aux propriétés chimiques, biolo giques
et physiques des molécules.
Par exemple, le limonène est une molécule qui, selon sa structure tridimensionnelle
(voir la liaison avec le carbone marqué d’un astérisque, C*), est perçue par les récepteurs olfactifs (eux-mêmes en trois dimensions) comme étant responsable de l’odeur
de l’orange ou de l’odeur du citron (voir la ?gure 3.15).
Figure 3.15
Odeurs perçues par les
récepteurs olfactifs des
différents stéréoisomères
du limonène
Cet aspect de la chimie est particulièrement important dans le domaine médical. Il suf?t
d’imaginer les répercussions que pourrait entraîner un médicament formé d’un mélange
de stéréoisomères dont l’une des molécules serait béné?que alors que l’autre serait dangereuse, voire mortelle ! Malencontreusement, cette catastrophe s’est déjà produite dans
les années 1960, alors que le laboratoire Chemie Grünenthal, une compagnie allemande
de chimie pharmaceutique, a commercialisé, à l’échelle mondiale, un médicament révolutionnaire nommé « thalidomide » (voir la rubrique « Chroniques d’une molécule – La thalidomide, une catastrophe énantiomérique », p. 152).
Les stéréoisomères se regroupent en deux grandes catégories : les énantiomères/diastéréoisomères/composés méso et les isomères géométriques (ou isomères cis-trans).
Ces deux ensembles seront traités dans cette section en décrivant la façon de les repérer
et de les représenter en trois dimensions, ainsi que les caractéristiques qui les distinguent.
3.5.1 Chiralité
Pour établir si un objet ou une molécule peut adopter des structures différentes en trois
dimensions, il faut d’abord déterminer la présence ou l’absence d’un plan de symétrie
dans la molécule ou l’objet observé. Le plan de symétrie (aussi appelé plan spéculaire)
se comporte comme un miroir et se dé?nit comme étant un plan qui coupe l’objet ou la
molécule de telle sorte que la première partie de l’objet, d’un côté du plan, corresponde
à l’image dans un miroir de la seconde partie, de l’autre côté du plan. Un objet ou
une molécule renfermant au moins un plan de symétrie est dit achiral ou symétrique.
C’est la symétrie par rapport
à un plan (liée au phénomène
de réexion) qui est appliquée en stéréoisomérie et non
la symétrie par rapport à un
point ou à un axe.
REMARQUE
118 Chapitre 3 Isomérie