Transcript Chapitre 6 : Représentation spatiale 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 molécules
1.1. Représentation de Cram
Donald James Cram (22 avril
1919 - 17 juin 2001) était un
chimiste américain. JeanMarie 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.
OH
H
C
CH3
OH
COOH
H
Représentation
en 2D.
C
COOH
CH3
Représentation
en 3D dite
« de Cram ».
Doc. 1 : Acide lactique
Activité 1 :
Modéliser la molécule d’alanine de formule CH3 – CH(NH2) – COOH
avec le logiciel Avogadro.
Donner sa représentation de Cram
Représentation de Cram
Les liaisons et les
atomes sont dans
le plan de la
« feuille ».
H
OH
C
Les liaisons et les
atomes arrivés
sont en arrière du
plan de la
« feuille ».
COOH
CH3
Les liaisons et les
atomes arrivés
sont en avant du
plan de la
« feuille ».
OH
H
C
COOH
CH3
1.2. Stéréoisomérie
On appelle « stéréoisomères » des molécules qui
ont …
La stéréoisomérie est donc un type particulier …
Il en existe 2 types :
…
…
2) Stéréoisomères de conformation
2.1. Définition
Deux structures d’une même molécule sont dites
stéréoisomères de conformation si …
H
OH
OH
C
C
COOH
CH 3
HOOC
CH3
H
Doc. 2 : deux conformations de
l’acide lactique
On passe ainsi d’une conformation à l’autre …
H
H
C
C
H3C
H
H1
H2
H1
CH3
C
C
CH3
C
H
H
H2
H
H3 C
H2
CH3
H
H
C
CH
CH3 3
H1
H2
H1
CH3
Doc. 3 : deux conformations du butane
2.2. Conformation la plus stable
Il est impossible d’isoler …
Néanmoins, une molécule …
On dit alors que son …
Activité 2 :
Construire avec les modèles moléculaires la molécule de butane
dans la conformation la plus probable (de plus basse énergie).
3) Stéréoisomères de configuration
3.1. Définition
Deux molécules différentes sont dites stéréoisomères
de configuration si …
Activité 3 :
• 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 ?
H5 C 2
CH3
CH3
C
C
H
OH
H5C2
Doc. 4 : deux stéréoisomères du butan-2-ol
H
OH
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
Miroir plan
H5 C 2
CH3
CH3
C
C
H
OH
180°
H
HO
C 2 H5
CH3
Doc. 5 : Le butan-2-ol est chiral :
C
H5C2
H
OH
Miroir plan
H5 C 2
CH3
CH3
C
C
H
OH
180°
H
HO
C 2 H5
CH3
Doc. 5 : Le butan-2-ol est chiral :
C
H5C 2
H
OH
Miroir plan
Cl
H
Cl
C
Br
H
H
C
60°
H
Br
Cl
Cl
Doc. 6 : Le
chlorobromométhane est-il
chiral ?
H
H
CC
Br
Br
H
H
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 :
H5 C 2
CH3
CH3
C
C
H
OH
H
HO
C 2 H5
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 :
H3C
CH2
HC
CH3
CH
C
CH
CH
C
CH
COOH
HC
CH3
Un des énantiomères est un anti-douleur, anti-inflammatoire, l’autre est
quasiment inactif !
O
O
H
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 :
Les acides a-aminés sont les …
R
C
H
R
*
*
CO2H
NH2
HO2C
H2N
C
H
Doc. 8 : Les acides a-aminés naturels existent sous la forme
de deux énantiomères, à l’exception de la glycine (R = H)
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
H
CH3
C
H3C
H
H
C
C
H
H3C
Doc. 9 : Deux diastéréoisomères Z/E :
(E)-but-2-ène et (Z)-but-2-ène
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
A
B
HO
H
HO 2C
HO
H
*
C
*
C
OH
*
OH
CO2H
H
HO 2C
C
*
C
H
CO2H
Doc. 10 : Deux diastéréoisomères (A et B) de l’acide tartrique
Un des deux est chiral. Lequel ?
A
B
HO
H
HO 2C
HO
H
*
C
*
C
OH
*
OH
CO2H
Diastéréoisomères
Température de fusion (°C)
Densité
Solubilité dans l’eau à 25 °C (g.mL-1)
H
C
*
C
HO 2C
Doc. 10 A
170
1,58
1,4
H
CO2H
Doc. 10 B
140
1,67
1,2
Doc. 11 : Quelques propriétés des diastéréoisomères (A et B) de l’acide
tartrique
Deux diastéréoisomères ont généralement des
propriétés …
NON
NON
A et B sont des isomères de
constitution.
Deux molécules A et B de même
formule brute correspondent-elles à
une même formule plane ?
OUI
OUI
OUI
A et B sont des
stéréoisomères.
OUI
OUI
OUI
OUI
A et B sont des stéréoisomères
de conformation.
Peut-on passer de A à B
par des rotations autour
de liaisons simples ?
NON
NON
NON
NON
NON
A et B sont des stéréoisomères
de configuration.
Pour passer d’une molécule à
l’autre, il faut casser des liaisons
Doc. 12 : En résumé …
A et B sont des énantiomères.
OUI
A et B sont-ils images l’un
de l’autre dans un
miroir ?
NON
NON
NON
NON
NON
A et B sont des
diastéréoisomères.
Trouver les stéréoisomères de l’acide 2,3-dihydroxybutanoïque
énantiomère
diastéréoisomère
diastéréoisomère
diastéréoisomère
énantiomère
diastéréoisomère