La clé ici est de regarder l'état de transition par lequel la réaction se déroule.

La réponse courte est que les états de transition sont énantiomères, c'est-à-dire également des images miroir les uns des autres, et dans un environnement achiral, les énantiomères ont la même énergie. Si les états de transition ont la même énergie, alors les réactions se déroulent au même rythme.

La réponse longue est, malheureusement, compliquée par le fait qu’une nouvelle liaison peut être formée dans l’état de transition, créant un centre stéréogène. En d'autres termes, vous pourriez avoir quelque chose comme:

$$ \ ce {($ S $) - A + B -> [($ S $, $ R $) - AB] ^ {\ ddagger } + [($ S $, $ S $) - AB}] ^ {\ ddagger} $$

Ce sont des diastéréoisomères et les taux à travers ces deux états de transition sont différents.

Mais $ \ ce {($ R $) - A} $ fait exactement la même chose. Ainsi, le taux de réactivité est contrôlé via 4 états de transition:

1. $ \ ce {[($ S $, $ R $) - AB] ^ {\ ddagger}} $
2. $\ce{[($S$,$S$)-AB ^^{\ddagger}}$
3. $ \ ce {[($ R $, $ S $) - AB ] ^ {\ ddagger}} $
4. $ \ ce {[($ R $, $ R $) - AB] ^ {\ ddagger}} $

Ici, 1 et 3, et 2 et 4, sont énantiomères, respectivement, et la réaction se déroulera à travers des paires d'états de transition énantiomériques, mais comme ils sont énantiomères, les deux ensembles d'états de transition fournissent des taux adaptés de la paire de réactifs énantiomères.

Nous pouvons donc en conclure que les réactifs énantiomères réagissent à la même vitesse avec les réactifs achiraux.

Les énantiomères ont les mêmes propriétés chimiques et physiques (sauf leur activité optique) et subiront la même réaction avec un substrat achiral pour former une nouvelle paire d'énantiomères. Pour les séparer, vous avez besoin d'un substrat chiral qui formera un produit diastéréoisomère. Les diastéréoisomères ont des propriétés chimiques et physiques uniques, facilitant leur séparation.

Mon professeur m'a donné l'analogie de serrer la main de quelqu'un. Si vous serrez la main de quelqu'un avec une perche (un objet achiral), vous ne pouvez pas identifier la main qu'il a utilisée, mais vous le pourrez immédiatement lorsque vous utiliserez votre main (un autre objet chiral).

Il leur est possible de réagir de la même manière car les énantiomères ont les mêmes propriétés chimiques et physiques et la substance achirale ne se soucie pas de savoir si elle réagit avec un énantiomère gaucher ou un énantiomère droitier. Cela n'implique pas que le produit soit achiral parce que la réaction pourrait perturber ce qui les a rendus chiraux en premier lieu, ou elle pourrait préserver ce qui les a rendus chiraux, cela dépend de la réaction.

Que les produits soient chiraux ou non dépend de votre réaction. Si vous faites réagir l'acide lactique avec, par exemple, du méthanol pour former un ester, alors le groupe lactate est toujours chiral; si vous le brûlez à la place dans l'oxygène, vous obtenez juste du dioxyde de carbone et de l'eau, qui sont tous deux achiraux.

1. Les produits de réaction peuvent ou non être chiraux.

Considérons, par exemple, les deux énantiomères suivants

^{Source de l'image}

et imaginez qu'ils réagissent avec deux réactifs achiraux $ R_1 $ et $ R_2 $, tels que:

• $ R_1 $ est, par exemple, un atome d'oxygène qui s'approche de l'atome d'hydrogène et s'insère entre le carbone et l'hydrogène, de sorte que la liaison CH se transforme en un hydroxyle COH pendant. La molécule reste chirale.
• $ R_2 $ est un hippopotame avide d'hydrogène qui arrive, attrape l'hydrogène et l'emporte, de sorte que vous obtenez $$ \ ce {CBrClFH} + R_2 \ to \ ce {CBrClF} + R_2 \ ce {H}, $$ où l'hydrure de réactif $ R_2 \ ce {H} $ est achiral et l'échafaudage restant $ \ ce {CBrClF} $ est maintenant plan et donc achiral.

(Les mécanismes réels ne sont peut-être pas trop réalistes - je suis physicien et non chimiste ;-). Mais les principes tiennent.)

Comme vous pouvez le voir, les produits de la réaction peuvent rester chiraux (ce qui est la propriété non triviale). Mais il y a aussi la possibilité que la chiralité puisse être détruite dans la réaction.

Si les produits de la réaction sortent chiraux, alors ils sont obligés de produire des énantiomères opposés pour les produits donnés des énantiomères opposés pour le départ réactif chiral.

2. La vitesse de réaction elle-même est la même.

C'est probablement ce que votre livre veut dire quand il dit "une paire d'énantiomères réagira de la même manière avec une substance achirale".

Si vous revenez aux deux exemples ci-dessus, le réactif lui-même ne se soucie pas de l'énantiomère avec lequel il interagit: il voit juste une liaison CH et fait des trucs avec elle, et il ne se soucie pas beaucoup de la façon dont les halogènes sont disposés les uns sur les autres côté de ce carbone.

Dans une molécule plus compliquée, la réaction peut en effet «rebondir» sur les autres parties du centre chiral, ou avoir une interaction encore plus complexe avec le reste de la molécule. Cependant, pour chaque voie de réaction dans l'énantiomère S, il y aura une voie de réaction égale mais en image miroir avec l'énantiomère R, et les deux seront dynamiquement équivalentes, de sorte que les vitesses de réaction doivent être les mêmes. (Si l'autre réactif est lui-même chiral, en revanche, ce n'est plus vrai, et les vitesses de réaction et les produits peuvent être complètement différents.)