Nouvelles méthodologies R. M. N. En milieu liquide chiral : contribution à l'analyse stéréochimique en chimie structurale organique

par Jonathan Farjon

Thèse de doctorat en Chimie. Chimie structurale, spectroscopie R.M.N.

Sous la direction de Jacques Courtieu.

Soutenue en 2003

à Paris 11 .

mots clés

• Cristaux liquides chiraux
• Implusions sélectives
• Excés énantiométriques
• Différenciation énantiométrique
• Stéréochimie relative
• Simplification spectrale
• Expériences SERF

Résumé

Cette thèse concerne divers développements méthodologiques et leurs applications en RMN dans les solvants cristaux liquides chiraux. Nous avons d'abord montré que les expériences comprenant des impulsions sélectives permettaient d'extraire des informations des spectres proton et carbone-13 qui étaient inaccessibles sur les spectres monodimensionnels standards. Nous avons ensuite utilisé d'autres techniques pour mesurer un maximum de couplages dipolaires pour préciser de manière non-ambigue͏̈ les configurations relatives de centres stéréogènes dans des molécules rigides. Nous avons ainsi montré que pour la DHEA, un stéroi͏̈de, une seule géométrie relative des substituants était compatible avec l'ensemble des couplages dipolaires mesurés et conduisait à un écart type entre couplages dipolaires calculés et expérimentaux correct. Cette méthode est promise à un grand avenir car elle est beaucoup moins ambigue͏̈ que les méthodes classiques utilisées en milieu isotrope. Enfin, nous avons développé cette méthode dans le cas des molécules flexibles où le problème se complique car il existe une corrélation totale entre conformation moléculaire et ordre orientationnel. Le nombre de paramètres à itérer explose rapidement, alors que le nombre de mesurables reste constant, et donc un traitement général est impossible. En prenant pour exemple le 1,2-dibromopropane, nous avons montré que le problème est gérable, à condition d'utiliser un modèle paramétrique pour calculer la valeur moyenne des paramètres d'ordre pour chaque conformation. Les paramètres à itérer, sont alors beaucoup moins nombreux et le problème peut être traité. Ainsi, nous avons montré qu'avec quatre indices de liaison et la géométrie des différents conformères obtenue par calcul ab initio, nous pouvions obtenir un excellent accord entre les couplages dipolaires calculés et expérimentaux, et déterminer sans ambigui͏̈té la configuration relative des protons méthyléniques par rapport à la configuration du centre chiral.

Résumé

This thesis relates to various methodological developments and their applications in NMR in chiral liquid crystal solvents. Firstly, we have shown that experiments using selective pulses allowed us to extract information from proton and carbon-13 spectra which were inaccessible on the standard monodimensional spectra. We then used these techniques to measure a maximum of dipolar couplings in order to specify, in an unambiguous way, the relative configurations of stereogenic centres in rigid molecules. We showed that for the steroid DHEA, only one relative geometry of the substituents was compatible with all the measured dipolar couplings and led to a correct standard deviation between calculated and experimental dipolar couplings. This method is extremely promising because it is much less ambiguous than the more traditional methods used in isotropic media. Finally, we developed this method in the case of flexible molecules where the problem becomes more complicated because of the correlation between molecular conformation and orientational order. The number of parameters to be re-iterated explodes rapidly, whereas the number of measurables remain constant, and thus a general treatment is not possible. By studying for example, the 1,2-dibromopropane, we showed that the problem is manageable, under the condition of using a parametric model to calculate the average value of order parameters for each conformation. The parameters to be re-iterated, are then much fewer and the problem can be dealt with. Thus, we showed that, with four bond indices and the geometry of different conformers obtained by ab initio calculations, we could obtain an excellent agreement between the calculated and experimental dipolar couplings, and determine without ambiguity the relative configuration of the methylenic protons compared with the configuration of the chiral center.