représentation spatiale des molécules
3) représentation de Cram. II) la stéréoisomérie. 1) définition de la stéréoisomérie
. 2) les stéréoisomères de conformation. 3) les stéréoisomères de configuration.
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COMPRENDRE:
Lois et modèlesChapitre 10 : représentation spatiale des molécules
Animation
1. HYPERLINK "D:\\exovideo\\TS_cours\\FICHIER_COMP_6271ChimieTermS_n_18.swf"représentation de Cram
HYPERLINK "http://pagesperso-orange.fr/Gilbert.Gastebois/java/molecules/molecules.htm" \t "_blank" 2. représentation spatiale des molécules (Gastebois)
3. HYPERLINK "D:\\exovideo\\TS_cours\\chiralite_enantiomerie.swf"stéréoisomères de configuration.
4. stéréoisomères de conformation de léthane (M. Wilm).
Table des matières TOC \o "1-3" \n \p " " \h \z \u
HYPERLINK \l "_Toc329244696" I) les différents modes de représentation
HYPERLINK \l "_Toc329244697" 1) formule brute, semi-développée et développée, modèle moléculaire
HYPERLINK \l "_Toc329244698" 2) formule topologique
HYPERLINK \l "_Toc329244699" 3) représentation de Cram
HYPERLINK \l "_Toc329244700" II) la stéréoisomérie
HYPERLINK \l "_Toc329244701" 1) définition de la stéréoisomérie
HYPERLINK \l "_Toc329244702" 2) les stéréoisomères de conformation
HYPERLINK \l "_Toc329244704" 3) les stéréoisomères de configuration
HYPERLINK \l "_Toc329244705" 4) stéréoisomères de configuration dans le cas d'un carbone asymétrique, notion de chiralité.
HYPERLINK \l "_Toc329244706" 5) la diastéréoisomérie, molécule à deux carbones asymétriques
HYPERLINK \l "_Toc329244707" 6) la diastéréoisomérie Z/E
HYPERLINK \l "_Toc329244708" III) organigramme sur la stéréoisomérie
HYPERLINK \l "_Toc329244709" Programme officiel
Introduction: les odeurs de menthe et de muguet sont très différentes alors qu'elles peuvent être produites par des molécules ayant la même formule semi-développée! Quel est ce mystère?
I) les différents modes de représentation
I-1 formule brute, semi-développée et développée, modèle moléculaire
Il existe plusieurs façons de représenter une molécule:
- la formule brute: on écrit côte à côte les symboles des atomes qui la constituent, en précisant en indice, à droite du symbole le nombre datomes. Si ce nombre est égal à 1 on ne l'écrit pas.
Exemple : la molécule deau de formule brute H2O : 2 atomes dhydrogène et 1 atome doxygène.
- les modèles moléculaires: HYPERLINK "http://gilbert.gastebois.pagesperso-orange.fr/java/molecules/molecules.htm" Animation : modèles compacts et éclatés de centaines de molécules (minérale, organique, biochimique); un modèle moléculaire représente une molécule dans lespace. On en distingue 2 types :
- Le modèle compact : chaque atome est représenté par une boule de couleur déterminée.
Exemple : modèle compact de leau de formule brute H2O
Latome doxygène est de couleur rouge, les atomes dhydrogène sont de couleur blanche.
- Le modèle éclaté : les atomes sont représentés par des boules de couleur déterminée, les liaisons sont représentées par des barres
Exemple : modèle éclaté de la caféine
- formules développées et semi-développées :
Lenchaînement des atomes dans la molécule peut être représenté par une formule développée ou semi-développée.
Dans une formule développée, toutes les liaisons entre les différents atomes apparaissent. Dans une formule semi-développée, les liaisons concernant les atomes dhydrogène ne sont pas représentées (pour gagner du temps et de la place!).
Exemple : le propane de formule brute C3H8 à pour formule développée :
Formules semi-développée : CH3 CH2 CH3
I-2 formule topologique
Intérêt? La formule topologique permet de gagner du temps pour représenter une molécule.
La chaîne carbonée est représentée par une ligne brisée dont les sommets et les extrémités représentent les atomes de carbone. Une liaison simple est représentée par un trait, une double par 2 traits ... Les symboles des atomes sont représentés sauf ceux des atomes de carbone et des atomes d'hydrogène qui leur sont liés.
Exemple:
nomformule semi-développéeformule topologique3-chlorobut-1-ène EMBED PBrush EMBED PBrush 3-éthyl-2-méthylpentane EMBED PBrush EMBED PBrush 2-méthylhexan-3-one EMBED PBrush EMBED PBrush 3-méthylbutan-1-ol EMBED PBrush EMBED PBrush
I-3) représentation de Cram
En 1874 les chimistes J. H. Van't off et J.A. Lebel émettent l'hypothèse que l'atome de carbone est, dans de nombreuses molécules, au centre d'un tétraèdre. La représentation de HYPERLINK "http://fr.wikipedia.org/wiki/Donald_J._Cram" Cram (1953) fait appel à la perspective pour visualiser les molécules dans l'espace.
Clique sur lanimation HYPERLINK "FICHIER_COMP_6271ChimieTermS_n_18.swf"représentation de Cram et complète le texte avec les mots : avant du plan, trait, arrière du plan.
Règles de la représentation de Cram
Les liaisons dans le _____________plan de la feuille sont symbolisées par un _____________trait.
Les liaisons en _________________avant du plan sont symbolisées par un triangle noir.
Les liaisons en ____________________________arrière du plan sont symbolisées par un triangle hachuré (ou parfois par un trait en pointillé)
Le carbone centrale (lié a 4 atomes ou groupe datomes) est placé au centre.
Exemple:
nomformule semi-développée ou développéereprésentation de Cram2,2-diméthylpropane EMBED PBrush méthylpropan-2-ol EMBED PBrush méthane2-méthylbutan-2-ol
Remarque: dans le cas d'une structure tétraédrique l'angle entre les liaisons est de 120°.
II) la stéréoisomérie
Lorsque deux molécules ont même formule brute mais une formule plane différente elles sont isomères de constitution.
Exercice: CH3-O-CH3 est-il isomère de constitution avec CH3-CH2-OH ? Justifier.
Oui car même formule brute C2H6O, mais formule plane différente.
Dans ce chapitre, nous nous intéresserons au cas où 2 molécules ont même formule brute et plane mais une représentation spatiale différente.
II-1 définition de la stéréoisomérie
Deux molécules sont stéréoisomères lorsqu'elles ont la même formule plane (semi développée ou développée) mais pas la même représentation spatiale.
Exercice : donner le nom et la formule semi-développée des 2 molécules suivantes :
Sont-elles stéréoisomères ? Justifier.
On distingue 2 types de stéréoisomères:
- les stéréoisomères de conformation
- les stéréoisomères de configuration
II-2 les stéréoisomères de conformation
Clique sur lanimation HYPERLINK "conformation_ethane.swf" stéréoisomères de conformation de léthane (M. Wilm).
1) Combien de conformation de léthane existe-t-il ?
2) Représenter les conformations les plus stables (énergie minimale en représentation de Cram)
3) Expliquer pourquoi ces conformations sont plus stables que les autres.
A compléter avec les mots : libre rotation, représentations spatiales, conformations, stéréoisomères de conformation, , simples liaisons.
Lorsqu'une molécule A peut avoir, par ________________________libre rotation autour d'une liaison simple plusieurs _________________________représentations spatiales, on dit qu'elle possède plusieurs __________________ ________________stéréoisomères de conformation. On appelle ________________ conformation d'une molécule les différentes représentations spatiales qu'elle peut prendre par suite de libre rotation autour de ses __________ ______________________ simples liaisons.
Exemple 1: la molécule A possède 2 stéréoisomères de conformation. On passe de la conformation 1 à la conformation 2 par une rotation de 120° (par rapport à la liaison simple C-CH3).
conformation 1 conformation 2 EMBED PBrush EMBED PBrush
Exemple 2
conformation 1conformation 2 EMBED PBrush EMBED PBrush La molécule présente 2 stéréoisomères de conformation. On passe de la conformation 1 à la conformation 2 par rotation.
Stabilité des conformations
Exemple 1: le 1-chloropropane peut prendre 2 conformations particulières, les conformations décalées et les conformations éclipsées:
Laquelle est la plus stable? Pourquoi?
La décalée! Toutes les conformations ne sont pas équivalentes du point de vue énergétique. Les liaisons carbone hydrogène C-H sont composés de deux électrons donc 2 charges négatives. Au sein de la molécule elles se repoussent. La conformation dans laquelle les simples liaisons sont les plus éloignés est la plus stable énergétiquement. De plus il faut que les groupements volumineux (Cl et CH3) soient le plus loin possible. Par conséquent la conformation décalée est la plus stable.
La conformation la plus stable est celle pour laquelle:
- les liaisons covalentes sont les plus _______________éloignées
- les interactions stériques dues aux gros substituants sont les plus _____________faibles.
Exemple 2:
Quelle est la conformation la plus stable ?
La conformation chaise est plus stable que la conformation bateau car les liaisons covalentes y sont plus éloignées.
II-3 les stéréoisomères de configuration
Clique sur lanimation chiralité, HYPERLINK "chiralite_enantiomerie.swf" stéréoisomères de configuration.
Deux stéréoisomères ont-ils la même formule plane (développée ou semi-développée) ? Ont-ils la même représentation spatiale ? Sont-ils la représentation de la même molécule ou de deux molécules différentes ?
A compléter avec les mots : différente, 2 molécules différentes, superposables.
Deux stéréoisomères de configuration sont _____ _________________________________2 molécules différentes (à la différence des stéréoisomères de conformation qui sont 2 représentations spatiales de la même molécule)! Elles ne sont pas __________________superposables. Elles ont même formule plane mais une représentation spatiale ____________________différente.
Exercice :
1) compléter la molécule B de manière à ce quelle soit stéréoisomère de configuration de la molécule A
2) Quelle relation de stéréoisomérie la molécule C possède-t-elle avec les 2 autres ?
représentation de Cramformule topologiquemolécule A
EMBED PBrush EMBED PBrush
molécule B
EMBED PBrush EMBED PBrush
EMBED PBrush molécule C
EMBED PBrush
Les 2 molécules ne sont pas superposables même par rotation: elles ne sont pas stéréoisomères de conformation. Elles possèdent une formule plane identique mais une représentation spatiale différente. Elles ne peuvent pas être la même molécule!
La molécule C est stéréoisomère de conformation avec la molécule A et stéréoisomère de conformation avec la B.
4) stéréoisomères de configuration dans le cas d'un carbone asymétrique, notion de chiralité.
Un atome de carbone asymétrique, noté C*, est un atome de carbone tétraédrique lié à 4 atomes ou groupes d'atomes différents.
Une molécule possédant un atome de carbone asymétrique peut exister sous 2 configurations différentes, image l'une de l'autre dans un miroir.
Les 2 stéréoisomères de configuration correspondant sont appelés des énantiomères. L'énantiomérie est la relation entre 2 stéréoisomères de configuration images l'un de l'autre par un miroir. 2 énantiomères possèdent des propriétés chimiques et physiques communes mais des propriétés biochimiques différentes.
Exemple:
2 énantiomères formule semi-développée EMBED PBrush CH3-CHOH-C2H5
Les 2 molécules sont énantiomères car :
- images l'une de l'autre dans un miroir
- non superposables même par rotation
Un objet est chiral s'il répond aux 2 conditions suivantes:
1) il n'est pas superposable à son image dans un miroir
2) il n'a pas de plan de symétrie.
Exemple: La main est chirale, elle n'est pas superposable à son image et qu'elle n'a pas de plan de symétrie!
Une molécule ne possédant qu'un seul atome de carbone asymétrique est toujours chirale.
Rappel: pour qu'une molécule soit chirale il est nécessaire qu'elle ne possède pas de plan de symétrie ce qui est impossible quand elle ne possède qu'un seul atome de carbone asymétrique.
Remarque: le concept de chiralité est macroscopique; il a été étendu aux molécules par Pasteur en 1948.
Exemple
La molécule A possède un seul atome de carbone asymétrique. Elle n'a pas de plan de symétrie. Elle n'est pas superposable à son image dans un miroir. Cette molécule est chirale.
Un mélange contenant les deux énantiomères en proportions égales est appelé un racémique.
Exemple: un mélange équimolaire de l'acide aminés L-alanine et de son énantiomère la D-alanine est appelé un racémique.
5) la diastéréoisomérie, molécule à deux carbones asymétriques
Les diastéréoisomères sont des stéréoisomères de configuration qui ne sont pas des énantiomères. Ils ont même formule développée mais une représentation spatiale différente. 2 diastéréoisomères ne sont pas images l'un de l'autre dans un miroir, contrairement aux énantiomères. 2 diastéréoisomères ont des propriétés physiques et chimiques différentes.
Exemple: considérons l'espèce chimique suivante possédant 2 carbones asymétriques:
Elles possèdent 4 configurations possibles:
1 et 2 ainsi que 3 et 4 sont énantiomères car image l'un de l'autre dans un miroir.
1 et 3, 2 et 4, 1 et 4 et 2 et 3 sont diastéréoisomères car ils ne sont pas images l'un de l'autre dans un miroir.
6) la diastéréoisomérie Z/E
Il n'y a pas de rotation possible autour d'une double liaison.
Soit un composé de formule AHC=CHB avec A et B différent de H. Il existe 2 stéréoisomères de configuration appelés Z et E qui ne sont pas image l'un de l'autre dans un miroir. Il s'agit donc de deux diastéréoisomères.
- Dans le diastéréoisomère Z (zusammen qui veut dire ensemble en allemand) les deux atomes d'hydrogène se trouve 'ensemble' du même coté de la double liaison.
- Dans le diastéréoisomère E (entgegen qui veut dire opposé en allemand) les deux atomes d'hydrogène se trouve de part et d'autre de la double liaison.
Exemple:
Dans le (E)-pent-2-ène les atomes d'hydrogène sont de part et d'autre de la double liaison. Pour le (Z)-pent-2-ène, les atomes d'hydrogène sont du même coté de la double liaison. Ces deux composés sont des diastéréoisomères car ils ont même formule semi-développée ( CH3-CH=CH-CH3) mais une représentation spatiale différente et ils ne sont pas images l'un de l'autre dans un miroir. III) organigramme sur la stéréoisomérie
EMBED Word.Document.12 \s
Programme officiel
Comprendre
Lois et modèles
Comment exploite-t-on des phénomènes périodiques pour accéder à la mesure du temps ? En quoi le concept de temps joue-t-il un rôle essentiel dans la relativité ? Quels paramètres influencent lévolution chimique ? Comment la structure des molécules permet-elle d'interpréter leurs propriétés ? Comment les réactions en chimie organique et celles par échange de proton participent-elles de la transformation de la matière ? Comment seffectuent les transferts dénergie à différentes échelles ? Comment se manifeste la réalité quantique, notamment pour la lumière ?
Représentation spatiale des molécules
Notions et contenus Compétences exigibles Chiralité : définition, approche historique.Reconnaître des espèces chirales à partir de leur représentation. Représentation de Cram. Utiliser la représentation de Cram.Carbone asymétrique.
Chiralité des acides ±-aminés. Identifier les atomes de carbone asymétrique dune molécule donnée. Énantiomérie, mélange racémique, diastéréoisomérie (Z/E, deux atomes de carbone asymétriques).
À partir dun modèle moléculaire ou dune représentation, reconnaître si des molécules sont identiques, énantiomères ou diastéréoisomères.
Pratiquer une démarche expérimentale pour mettre en évidence des propriétés différentes de diastéréoisomères.Conformation : rotation autour dune liaison simple ; conformation la plus stable. Visualiser, à partir dun modèle moléculaire ou dun logiciel de simulation, les différentes conformations d'une molécule. Formule topologique des molécules organiques.
Utiliser la représentation topologique des molécules organiques.
Propriétés biologiques et stéréoisomérie. Extraire et exploiter des informations sur : - les propriétés biologiques de stéréoisomères,
- les conformations de molécules biologiques, pour mettre en évidence limportance de la stéréoisomérie dans la nature.
