4.9 : Stéréoisomérie des composés cycliques

Dans cette leçon, nous approfondissons le rôle de la conformation des anneaux et de sa stabilité, qui détermine la disposition spatiale et, par conséquent, la symétrie moléculaire et le stéréoisomérie des composés cycliques. Le 1,2-Diméthylcyclohexane est utilisé comme étude de cas pour évaluer le nombre possible de stéréoisomères. Ici, étant donné les multiples (n = 2) centres chiraux, il existe 2ⁿ = 4 configurations possibles dépourvues de plan de symétrie, car le squelette annulaire existe dans une conformation de chaise non planaire. De plus, le potentiel de retournement de cycle dans un cycle cyclohexane implique que chacune de ces quatre configurations possibles pourrait également exister sous la forme d'un mélange de deux conformations ou plus.

L'effet de la flexibilité conformationnelle dans un système cyclique sur le nombre de stéréoisomères possibles est démontré à l'aide d'une étude de cas des configurations cis et trans du 1,2-diméthylcyclohexane. Alors que les configurations cis sont des molécules chirales (images miroir non superposables) avec les énantiomères comme stéréoisomères distincts potentiels, le retournement rapide des anneaux à température ambiante rend ces configurations interconvertibles et inséparables. En conséquence, ils représentent les conformations de la même molécule. D'autre part, les isomères trans sont des molécules chirales qui ne peuvent pas être superposées par rotation de la molécule ou par retournement d'anneau et existent sous forme de composés uniques. Cela prouve la présence de trois stéréoisomères pour l'exemple choisi : l'isomère cis et la paire d'énantiomères trans.

Ceci est davantage élucidé en utilisant une autre structure cyclique avec une différence de position de substitution : le 1,3-diméthylcyclohexane. La configuration cis est achirale en raison d'un plan de symétrie moléculaire. Par conséquent, le système à deux centres chiraux présente trois stéréoisomères : les deux énantiomères trans non interconvertibles et une configuration cis achirale. Essentiellement, lorsqu’une structure en anneau est évaluée, les deux aspects qui doivent être étudiés sont le retournement de l’anneau et le plan de symétrie pour déterminer le nombre possible de stéréoisomères.