Chapitre 6 : Représentations spatiales des molécules

Chapitre 6 :Représentations

spatiales des molécules.

Activité préparatoire : 1 p 256 (A avec questions, B sans questions) et 2 p 257.

Activité préparatoire : 2 p 257.

1) Représentation spatiale des molécules1.1. Représentation de Cram

Donald James Cram (22 avril 1919 - 17 juin 2001) était un chimiste américain. Jean-Marie Lehn, Charles J. Pedersen et lui sont colauréats du prix Nobel de chimie de 1987 « pour leur élaboration et leur utilisation de molécules exerçant, du fait de leurs structures, des interactions hautement sélectives1 ». Il reçut également la National Medal of Science en sciences chimiques.

COOHH

CH3

OH

C COOHH CH3

OH

C

Doc. 1 : Acide lactique

Représentation en 2D.

Représentation en 3D dite

« de Cram ».

Activité 1 :

Modéliser la molécule d’alanine de formule CH3 – CH(NH2) – COOH avec le logiciel Avogadro.

Donner sa représentation de Cram

Les liaisons et les atomes sont dans

le plan de la « feuille ».

COOHH CH3

OH

C COOHH CH3

OH

C COOHH CH3

OH

C

Les liaisons et les atomes arrivés

sont en arrière du plan de la « feuille ».

Les liaisons et les atomes arrivés

sont en avant du plan de la « feuille ».

Représentation de Cram

COOHH CH3

OH

C

1.2. StéréoisomérieOn appelle « stéréoisomères » des molécules qui ont …

La stéréoisomérie est donc un type particulier …

Il en existe 2 types :

…

…

2) Stéréoisomères de conformation2.1. Définition

Deux structures d’une même molécule sont dites stéréoisomères de conformation si …

On passe ainsi d’une conformation à l’autre …

Doc. 2 : deux conformations de l’acide lactique

COOHHCH3

OH

CHOOC

HCH3

OH

C

Doc. 3 : deux conformations du butane

C

CH3

H1

H2

CH3

HH

C

CH3

H2 H1

CH3

H H

H1H

H

CH3CH3

C C

H2

H1

HH CH3

CH3

C C

H2

2.2. Conformation la plus stable Il est impossible d’isoler …

Néanmoins, une molécule …

On dit alors que son …

Construire avec les modèles moléculaires la molécule de butane dans la conformation la plus probable (de plus basse énergie).

Activité 2 :

3) Stéréoisomères de configuration3.1. Définition

Deux molécules différentes sont dites stéréoisomères de configuration si …

• Construire avec les modèles moléculaires le butan-2-ol. Sont-ils tous identiques ?

• Placer cette molécule devant un miroir plan et construire l’image ainsi obtenue. Ces 2 modèles sont-ils superposables ?

• On dit que la molécule de butan-2-ol est chirale.

• Modéliser à l’aide du logiciel Avogadro ouvert 2 fois dans 2 fenêtres disposées cote à cote ces 2 molécules de butan-2-ol.

• La molécule de chlorobromométhane de formule CH2ClBr est-elle chirale ?

Activité 3 :

Doc. 4 : deux stéréoisomères du butan-2-ol

H5C2H

CH3

OHC

H5C2 H

CH3

OHC

3.2. Notion de chiralité Un objet est dit chiral s’il n’est pas …

Un objet présentant un …

Une molécule est chirale lorsqu’elle est non-superposable à son image dans un miroir.

molécule ne possédant - ni plan de symétrie - ni centre de symétrie

MOLECULE CHIRALE

Molécule possédant un plan de symétrie

MOLECULE NON CHIRALE

C2H5H

CH3

OHC

H5C2H

CH3

OHC

H5C2 H

CH3

OHC

180°

Miroir plan

Doc. 5 : Le butan-2-ol est chiral :

C2H5H

CH3

OHC

H5C2H

CH3

OHC

180°

Miroir plan

Doc. 5 : Le butan-2-ol est chiral :

H5C2 H

CH3

OHC

H5C2 H

CH3

OHC

Doc. 6 : Le chlorobromométhane est-il

chiral ?

HH

Cl

BrC

H H

Cl

BrC

Miroir plan

60°

HH

Cl

BrC

HBr H

Cl

C

Un atome de carbone liés …

Il est noté …

Une molécule qui contient …

Exemple :

Remarques:

3.3. Couple d’énantiomères Deux molécules chirales et donc …

Exemple :

C2H5H

CH3

OHC

H5C2H

CH3

OHC

Lors d’une synthèse chimique, on obtient souvent un …

Ce mélange est appelé …

Il existe deux énantiomères de l'acide tropique représentés ci-dessous :I (à gauche) et II (à droite).

Les images ci-contre représentent les deux énantiomères de l'acide tropique. L'atropine , un alcaloïde extrait de la belladone, est un mélange racémique de dérivés des acides tropiques. Ce composé possède la remarquable propriété de dilater la pupille de l'œil. Il était utilisé au XVII ème siècle par les femmes italiennes dans le but d'augmenter la profondeur de leur regard. De là vient le nom de belladonne : bella dona qui signifie jolie femme en italien.

Problématique de l’ibuprofène :

CH3

CHCH3

CH2CH

C

CH

CH

C

CH

CHCH3

COOH

Un des énantiomères est un anti-douleur, anti-inflammatoire, l’autre est quasiment inactif !

O

H

O

H

Doc. 7 : Couple d’énantiomères de la carvone : A gauche, à odeur de cumin ; A droite, à odeur de menthe fraiche.

Où est le carbone asymétrique ?

D’autres exemples :

H CO2H

R

NH2

CHHO2C

R

NH2

C

Doc. 8 : Les acides -aminés naturels existent sous la forme de deux énantiomères, à l’exception de la

glycine (R = H)

**

Les acides -aminés sont les …

Deux énantiomères ont des propriétés physiques et chimiques …

Deux énantiomères ont des propriétés biologiques …

3.4. Diastéréoisomères On appelle diastéréoisomères des molécules de …

Exemple 1 : la diastéréoisomèrie Z / E

Doc. 9 : Deux diastéréoisomères Z/E :(E)-but-2-ène et (Z)-but-2-ène

H

H

CH3

C C

CH3 HH

CH3

C C

CH3

Activité 4 :

Construire les diastéréoisomères de l’acide tartrique (l'acide 2,3-dihydroxybutanedioïque) HO2C – CH(OH) – CH(OH) – CO2H à l’aide des modèles moléculaires.

Exemple 2 : molécules à 2 atomes de carbone asymétrique

Doc. 10 : Deux diastéréoisomères (A et B) de l’acide tartrique

Un des deux est chiral. Lequel ?

HHO2C

H

OHOH

C C

CO2HOH

HO2CH

HOH

C C

CO2H

* * * *

A B

HHO2C

H

OHOH

C C

CO2HOH

HO2CH

HOH

C C

CO2H

* * * *

A B

Diastéréoisomères Doc. 10 A Doc. 10 BTempérature de fusion (°C) 170 140Densité 1,58 1,67Solubilité dans l’eau à 25 °C (g.mL-1) 1,4 1,2

Doc. 11 : Quelques propriétés des diastéréoisomères (A et B) de l’acide tartriqueDeux diastéréoisomères ont généralement des

propriétés …

Doc. 12 : En résumé …

Deux molécules A et B de même formule brute correspondent-elles à

une même formule plane ?

A et B sont des isomères de constitution.

NON

NON

OUIA et B sont des

stéréoisomères.Peut-on passer de A à B par des rotations autour

de liaisons simples ?

A et B sont des stéréoisomères de

conformation.OUI

A et B sont des stéréoisomères de

configuration.Pour passer d’une molécule à

l’autre, il faut casser des liaisons

NON

A et B sont-ils images l’un de l’autre dans un

miroir ?OUI

A et B sont des énantiomères.

A et B sont des diastéréoisomères.

NON

NON

OUI

NON

NON

OUI

OUI

NON

NON

NON

OUI

OUI

NON

NON

Trouver les stéréoisomères de l’acide 2,3-dihydroxybutanoïque

énantiomère

énantiomère

diastéréoisomère

diastéréoisomère

diastéréoisomère

diastéréoisomère