CONFIGURATION ABSOLUE

1) Position du problème :

Une molécule possédant un carbone asymétrique, a deux énantiomères (+) dextrogyre et (-) lévogyre (si l'on souhaite les distinguer par leur action respective sur la lumière polarisée), ou deux stéréoisomères R, S (si on souhaite les distinguer par la position de leurs atomes dans l'espace). Il n' y a aucune relation systématique entre ces deux désignations, cela veut dire que pour certaines molécules, le stéréoisomère R sera (-) et pour d'autres molécules il sera (+) et de même pour le stéréoisomère S.

exemple :acide lactique

Trouver le type de stéréoisomère (R ou S) auquel appartient une molécule de représentation spatiale donnée c'est rechercher sa configuration absolue. Cela peut se faire en utilisant par exemple la notation de Cahn-Ingold-Prelog .

2) Notation de Cahn-Ingold-Prelog :

2-1) Classement des substituants d'un carbone asymétrique :
On donne un numéro à chaque atome directement lié à un carbone asymétrique (atomes de rang 1), 1 étant prioritaire par rapport à 2 et ainsi de suite. On attribue le numéro 1 à l'atome ayant le plus grand Z (numéro atomique); ainsi dans le cas de l'acide lactique c'est l'oxygène du OH qui aura le numéro 1 et H lié au carbone asymétrique le numéro 4.
Si deux atomes sont identiques (C de CH₃ et de COOH dans l'acide lactique) on compare les atomes portés par ces deux atomes (atomes de rang 2); celui portant un atome de Z supérieur aura priorité (ici le numéro 2 sera donné au C de COOH car il porte un O alors que l'autre (CH₃)ne porte que des H ). Si l'indétermination subsiste, on continue...ainsi un COOH aura priorité par rapport à un CH₂OH.
En cas de double ou de triple liaison on remplace formellement celles-ci par deux ou trois liaisons simples.
Dans le cas de l'acide lactique on aura donc:
Z(H) <Z(C)<Z(O) donc H aura le numéro 4 et O (du OH) le numéro 1.
Pour les deux carbones de rang 1 il y a indétermination et nous ne pouvons pas leur attribuer les numéros 2 et 3. On fait donc appel au rang 2:

Pour le carbone du dessous, l'atome de Z le plus élevé de rang 2 est l'atome d'hydrogène (Z=1); pour le carbone de droite c'est un des oxygène (Z=8). C'est donc le carbone de droite qui aura le numéro 2 et le carbone du dessous le numéro 3. Au total:

Deuxième exemple: L' orciprénaline
Soit, en décomposant la molécule:
L'oxygène de rang 1 aura le numéro 1 et l'hydrogène de rang 1 le numéro 4.
Pour attribuer les numéros 2 et 3 aux carbones de rang 1 il faut aller au rang 2 de ces atomes:

Pour le carbone du bas, c'est l'azote de rang 2 qui a le plus fort Z (Z=7); le carbone de gauche est lié à 3 autres atomes de carbone (Z=6). Il faut donc attribuer le numéro 2 au carbone de rang 1 du bas et le numéro 3 à celui de rang 1 de gauche.
Au total:

Troisième exemple: Une molécule de structure voisine de celle de l'orciprénaline
On décompose la molécule:
Comme pour le deuxième exemple on attribue à l'oxygène le numéro 1 (Z=8) et à l'hydrogène le numéro 4 (Z=1). Pour départager les deux carbone de rang 1 il faut examiner les atomes qui leur sont liés et qui sont dits au rang 2:

Le carbone de rang 1 du bas est lié à 3 atomes, deux H et un C. C'est le C qui possède le plus fort Z (Z=6). Le carbone de gauche est lié à 3 atomes de carbone, donc l'atome de rang 2 de Z le plus fort pour ce carbone de gauche est aussi un carbone. On ne peut conclure en comparant les deux premiers atomes de rang 2 de Z le plus élevé pour chaque atome de carbone de rang 1.
On examine le deuxième atome de rang 2 au Z le plus élevé pour le carbone de rang 1 du bas: c'est un H (Z=1). Pour le carbone de rang 1, à gauche le deuxième atome au rang 2 qui lui est lié, de Z le plus élevé est encore un carbone (Z=6). On s'arrête là et on conclut que c'est le carbone de rang 1 de gauche qui porte le numéro 2.
Au total:

2-2) Examen de la molécule afin de lui attribuer la configuration R ou S :
On représente la molécule en représentation de Cram ; l'observateur regarde dans l'axe de la liaison C*-4 de C* vers 4; si la rotation 1,2,3 se fait dans le sens des aiguilles d'une montre, on dit que le stéréisomère observé est R.

Dans le cas contraire le stéréoisomère est S.
Remarque 1:En représentation de Cram on a intérêt à placer le substituant 4 à l'arrière ce qui permet de voir facilement dans l'espace dans quel sens il faut tourner pour aller de 1 vers 2 puis vers 3:

Remarque2: On rappelle qu'il n'y a aucune relation entre la configuration R ou S et le signe du pouvoir rotatoire de l'énantiomère, c'est-à-dire le fait qu'il soit dextrogyre ou lévogyre; autrement dit il existe des molécules R qui sont dextrogyres, et d'autres qui sont lévogyres.

3) Cas d'une molécule ayant plus d'un carbone asymétrique:

Lorsqu'une molécule possède deux carbones asymétriques, chacun d'eux peut se trouver dans la configuration R ou dans la configuration S; de sorte que l'on peut trouver 4 stéréoisomères : R,R R,S S,R S,S.
R,R et S,S constituent un couple d'énantiomères; et de même pour les couples R,S et S,R.
R,R et R,S ou R,R et S,R ainsi que S,S et R,S ou S,S et S,Rsont des diastéréo-isomères.
Si le nombre de carbones asymétriques augmente on devine que le nombre de stéréo-isomères augmente rapidement (pour n stéréocentres on pourra avoir au maximum 2ⁿ stéréo-isomères).
Les énantiomères seront ceux qui auront une configuration opposée à chaque stéréocentre.
On appellera épimères des diastéréo-isomères qui ne diffèrent qu'au niveau d'un seul stéréocentre.
4) Séparation des énantiomères:
Les propriétés physiques des énantiomères sont identiques, ce qui rend leur séparation dans un mélange par des techniques telles que la cristallisation fractionnée ou la distillation très difficile. La seule différence qu'ils présentent est le signe de leur pouvoir rotatoire, c'est à dire leur action sur la lumière polarisée. Toutes les méthodes de résolution sont donc basées sur cette propriété.
Par exemple, le mélange racémique de deux acides énantiomères ( R et S) est traité par une base optiquement active (par exemple R). On obtient deux sels diastéréo-isomères (R,R et S,R) qui n'ont pas exactement les mêmes propriétés physiques et que l'on peut séparer par exemple par cristallisation fractionnée, si ce sont des solides. Après séparation on peut régénérer les acides et obtenir les énantiomères purs.
Le schéma général est donc le suivant:

Les bases organiques les plus fréquemment utilisées dans ces opérations de séparation des énantiomères sont: La strychnine, la quinine, la brucine.

ACTION DES STEREOISOMERES SUR LA LUMIERE POLARISEE