4.11: Prochiralité

Le concept de prochiralité conduit à la nomenclature des faces individuelles d'une molécule et joue un rôle crucial dans la réaction énantiosélective. C'est un concept dans lequel deux ou plusieurs molécules achirales réagissent pour produire des produits chiraux. Un processus typique est la réaction d’une cétone achirale pour générer un alcool chiral. Ici, le réactif achiral réagit avec un agent réducteur achiral, le borohydrure de sodium, pour générer un mélange équimolaire des énantiomères chiraux du produit. Par exemple, une 2-butanone achirale donne les énantiomères chiraux du (R)-2-butanol et du (S)-2-butanol. Ici, le réactif achiral qui peut être converti en un produit chiral en modifiant un seul groupe substituant est appelé prochiral.

Mécaniquement parlant, la configuration chirale du produit dépend de l'orientation du groupe hydrure entrant qui s'ajoute au carbone hybride sp². Puisque chaque face de la molécule est unique, on peut leur attribuer des noms uniques. Cela suit le système Cahn – Ingold – Prelog, où des priorités sont attribuées aux substituants au centre du carbone trigonal en fonction de leur numéro atomique au premier point de différence. La face de la molécule est ensuite étiquetée selon que la séquence de groupes se déroule dans le sens des aiguilles d'une montre ou dans le sens inverse. Une séquence dans le sens des aiguilles d'une montre sur le visage est étiquetée “re,”, tandis que la face dans le sens inverse des aiguilles d'une montre est étiquetée “si.”. Ici, l'agent chiral joue un rôle clé. En l'absence de réactifs chiraux, le groupe entrant peut s'attacher à la molécule depuis l'une ou l'autre face, ce qui entraîne un mélange racémique du produit. À l’inverse, les catalyseurs chiraux ou les enzymes peuvent dicter la formation de l’un des énantiomères plutôt que de l’autre. Ces réactions sont donc appelées réactions énantiosélectives.

Une classification plus approfondie des substituants sur le carbone prochiral comme homotopiques, diastéréotopiques et énantiotopiques est significative et approfondie. Par exemple, les différents substituants hydrogène de la (+)-2,6-diméthylcyclohexanone sont classés individuellement. Comme le montre la figure 1 (a), les deux hydrogènes en bleu sont homotopes, les deux hydrogènes colorés en vert sur la figure 1 (b) sont énantiotopiques et les hydrogènes rouges sur la figure 1 (c) sont diastéréotopiques.

Figure 1: Classification des substituants sur le carbone prochiral de la (+) -2,6-diméthylcyclohexanone - (a) homotopique, (b) énantiotopique et (c) diastéréotopique

La prochiralité fait référence au concept de deux molécules achirales ou plus réagissant pour donner naissance à des produits chiraux.

Par exemple, considérez la réduction du 2-butanone en 2-butanol. Ici, les molécules achirales 2-butanone et borohydrure de sodium réagissent pour générer un mélange équimolaire des énantiomères chiraux (R)-2-butanol et (S)-2-butanol.

Les molécules achirales qui peuvent être converties en produits chiraux en changeant un seul substituant sont appelées prochirales.

Dans les molécules prochirales trigonales, la configuration chirale du produit dépend du fait que le groupe entrant s’ajoute au centre hybridé sp² à partir de la face supérieure ou de la face inférieure de la molécule.

En tant que telle, chaque face de la molécule de butanone est unique et doit avoir son propre nom distinct, qui peut être attribué avec le système Cahn-Ingold-Prelog.

De la même manière que pour la dénomination des molécules chirales, la priorité est attribuée aux substituants de l’atome de carbone trigonal en fonction de leur numéro atomique au premier point de différence. Les faces de la molécule sont ensuite étiquetées selon que la séquence un-deux-trois est dans le sens des aiguilles d’une montre ou dans le sens inverse des aiguilles d’une montre.

Si la séquence est dans le sens des aiguilles d’une montre, le visage est étiqueté comme « re ». Si la séquence est dans le sens inverse des aiguilles d’une montre, le visage est étiqueté comme « si ».

Dans le cas du 2-butanone, si le groupe hydrure s’ajoute à partir de la face « re » du 2-butanone, on obtient du (S)-2-butanol. En revanche, l’ajout de l’ion hydrure de la face « si » génère du (R)-2-butanol.

En l’absence de réactifs chiraux, le groupe hydrure est tout aussi susceptible de se fixer à la molécule de l’une ou l’autre face, et un mélange racémique du produit est obtenu.

Cependant, des catalyseurs chiraux ou des enzymes peuvent être utilisés pour favoriser la formation d’un énantiomère, ce qui rend la réaction « énantiosélective » pour cet énantiomère.