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