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Un centre chiral , également appelé centre asymétrique , atome chiral ou atome asymétrique , est un atome tétraédrique auquel sont attachés quatre groupes différents et qui peut donc rendre le composé chiral . La chiralité signifie que le composé n’est pas superposable avec son image miroir, il peut donc exister sous la forme de l’un des deux énantiomères ou isomères optiques différents.
On dit qu’il « peut » rendre un composé chiral puisque l’existence de centres chiraux dans une molécule ne garantit pas que la molécule dans son ensemble est chirale. Parfois, il arrive qu’un composé ait plus d’un centre chiral, mais la molécule est symétrique, ce qui la rend achirale.
Centres chiraux en chimie organique
Les centres chiraux sont très courants dans les composés organiques car l’atome de carbone est tétravalent et a une géométrie tétraédrique. En conséquence, tout atome de carbone lié à quatre groupes différents sera un carbone chiral.
En chimie organique, il est courant d’identifier les centres chiraux en ajoutant un astérisque à côté dudit atome. Dans d’autres cas, le simple fait d’indiquer explicitement l’orientation dans l’espace des groupes attachés à un atome dans une molécule organique (représentant les liaisons sous forme de coins et de lignes) suffit pour se rendre compte que ledit atome est un centre chiral.
Outre le carbone, d’autres atomes qui peuvent également être des centres chiraux dans des composés organiques sont le silicium, l’azote et le phosphore. Ces centres chiraux sont décrits plus en détail ci-dessous et des exemples de chacun sont fournis.
Carbone (C) comme centre chiral
En chimie organique, la plupart des centres chiraux correspondent à des atomes de carbone tétraédriques, souvent appelés carbones chiraux ou carbones asymétriques. Il existe d’innombrables composés organiques avec des carbones chiraux, à la fois naturels et synthétiques.
Par exemple, la grande majorité des composés d’importance biologique possèdent un ou plusieurs carbones chiraux . C’est le cas de presque tous les acides aminés, dans lesquels le carbone alpha est un centre chiral. Les protéines, qui peuvent avoir des milliers d’acides aminés liés entre eux, ont donc des milliers de centres chiraux. D’autre part, les glucides peuvent avoir un, deux, trois et même quatre carbones chiraux, donnant lieu à un grand nombre de stéréoisomères différents.
Exemple de carbone comme centre chiral dans l’acide aminé L-alanine :
La L-alanine est un exemple d’acide aminé qui a un centre chiral au niveau du carbone 2, également appelé carbone alpha.
Silicium (Si) comme centre chiral
Le silicium est un autre exemple d’élément tétravalent que l’on trouve parfois dans certains composés organiques. Cet élément appartient au groupe du carbone dans le tableau périodique et est également un atome tétraédrique lorsqu’il a quatre groupes qui lui sont attachés. Cela signifie que lorsqu’il a quatre groupes différents, il correspond à un centre chiral.
Exemple de silicium comme centre chiral :
Dans le composé suivant, on peut voir un atome de silicium asymétrique qui est un centre chiral. En ayant un seul centre chiral, la molécule entière est chirale.
Azote (N) comme centre chiral
Les paires d’électrons isolées peuvent être comptées comme un « groupe différent » lorsqu’on considère un atome comme un centre chiral possible. Cela signifie que l’ azote hybride sp 3 qui forme trois liaisons simples et possède également une seule paire d’électrons dans sa structure pourrait être un centre chiral si les trois groupes sont différents.
Ainsi, dans de nombreuses amines secondaires et tertiaires avec différents groupes alkyle, l’atome d’azote pourrait être considéré comme un centre chiral. Le problème est que ces amines peuvent subir une inversion du centre chiral si les groupes alkyle sont des chaînes ouvertes, donc dans ces cas, l’azote n’est pas considéré comme chiral.
Cependant, si les alkyles font partie d’une structure cyclique qui empêche l’inversion, alors l’azote serait un centre chiral.
Un autre cas dans lequel l’azote peut également être un centre chiral se produit lorsqu’il existe des cations organiques dérivés de l’ammonium, tels que des cations tétraalkylammonium. Dans ces cas, l’azote est lié à quatre groupes qui, s’ils sont différents, font de l’azote un centre chiral.
Exemple d’azote comme centre chiral dans un cation trialkylammonium :
Phosphore (P) comme centre chiral
Il existe de nombreux composés organiques du phosphore avec des structures similaires aux amines qui sont des dérivés de la phosphine. Cependant, dans d’autres cas, comme l’acide phosphorique et ses dérivés (comme les esters par exemple), le phosphore est entouré de quatre groupements répartis de façon sensiblement tétraédrique. Comme toujours, si les quatre groupes sont différents, le phosphore sera un centre chiral.
Exemple de phosphore comme centre chiral :
Centres chiraux en chimie inorganique
En plus des composés organiques, les composés inorganiques peuvent également contenir des centres chiraux. Pour commencer, le silicium et le phosphore peuvent former de nombreux composés inorganiques covalents dans lesquels ils sont également tétravalents et pourraient donc être des centres chiraux.
Mais, en plus de ces cas, il existe également de nombreux composés organométalliques dans lesquels le métal a un nombre de coordination de quatre et peut également adopter une géométrie tétraédrique. C’est le cas de certains complexes de nickel.
Par ailleurs, il existe également des complexes à géométrie octaédrique (avec 6 ligands ou groupements répartis autour du métal central) qui présentent également une chiralité, et dont les atomes centraux sont donc des centres chiraux.
Les références
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