Transcript chapitre 10
SYNTHESE DE MOLECULES 1 – REPRESENTATION SPATIALE DES MOLECULES - CHAPITRE 10 COURS I. L’isomérie 1 Définition Deux molécules sont dites isomères si elle possèdent la même formule brute mais ont des formules semidéveloppées ou des formules développées différentes. Remarque : Des molécules isomères ont des propriétés physiques, chimiques et biologiques différentes. 2 Isomérie de constitution et stéréoisomérie L’isomérie de constitution correspond aux isoméries désignant différents enchaînements d’atomes. Deux isomères de constitution ont des formules semi-développées différentes. Exemples : H3C CH3 CH3 H3C CH OH H3C CH3 H3C CH O CH3 CH2 CH2 CH3 CH2 H3C OH Isomérie de position CH2 isomérie de chaîne CH2 H3C OH isomérie de fonction La stéréoisomérie correspond aux isoméries désignant des molécules identiques mais dont l’organisation spatiale des atomes est différente. Deux stéréoisomères ont des formules semi-développées identiques. 3 Conclusion Il existe deux types d’isoméries : - l’isomérie de constitution - la stéréoisomérie Isomérie Isomérie de constitution Stéréoisomérie formules semi-développées différentes II. formules semi-développées identiques. Stéréoisomérie de conformation Les liaisons simples, contrairement aux liaisons multiples, sont sujettes à la libre rotation. H3C CH3 C H H H3C H C C H H Libre rotation possible H C CH3 Libre rotation impossible Une même molécule peut, du fait de cette libre rotation, exister sous différents agencements spatiaux. Exemple : H3C C CH3 H3C H H H H C H H C 180° H H H3C CH3 H H 120° H CH3 C C C H Ces trois molécules sont dites stéréoisomères de conformation On passe d’un stéréoisomère de conformation à un autre par simple rotation autour d’une liaison simple. Toutes les conformations d’une molécule n’ont pas la même stabilité. 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. Conclusion : Isomérie Isomérie de constitution Stéréoisomérie De conformation IV. De configuration Stéréoisomérie de configuration 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. molécule A molécule B 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! 1 Les énantiomères Un atome de carbone asymétrique, noté C*, est un atome de carbone tétragonal lié à quatre atomes ou groupes d’atomes différents. Quelles sont, parmi les molécules ci-dessous, celles dont le carbone tétragonal est asymétrique ? Cl NH2 Br OH Cl molécule 1 H OH OH CH3 molécule 2 H H OH CH3 molécule 3 H H H OH CH3 molécule 4 Cl OH Cl molécule 5 Br OH CH3 molécule 6 Une molécule possédant un atome de carbone asymétrique peu 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. 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. Une molécule possédant un seul carbone asymétrique est toujours chirale A noter : La chiralité (du grec kheir = main) est une forme d’asymétrie où deux objets se présentent sous deux formes qui sont l’image miroir l’une de l’autre. De tels objets ne sont donc pas superposables. Exemple : molécule image dans miroir Br Br H H3C Figure 1 : Nos deux mains sont chirales * * Cl Cl H CH3 Br 180° * Cl H La molécule de départ et son image dans le miroir ne sont pas superposables à cause de leur carbone asymétrique. Ces deux molécules sont dites chirales. CH3 molécule tournée de 180 ° • • Deux molécules chirales sont énantiomères. Un mélange contenant les deux énantiomères en proportions égales est appelé mélange racémique. 2 Les diastéréoisomères Les diastéréoisomères sont des isomères 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. 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, les deux atomes d'hydrogène se trouve 'ensemble' du même coté de la double liaison. - Dans le diastéréoisomère E, les deux atomes d'hydrogène se trouve de part et d'autre de la double liaison. A et B ont-ils la même formule brute et développée plane? non oui A et B sont des stéréoisomères A et B sont des isomères de constitution exemple: CH3-O-CH3 est isomère de constitution avec CH3-CH2-OH (même formule brute mais formule plane différente) peut-on passer de A à B par rotation autour d'une simple liaison? oui non A et B sont des isomères de conformation (A et B sont des agencements spatiaux différents d'une même molécule) exemple: A et B sont des stéréoisomères de configuration A et B sont des diastéréoisomères (propriétés chimiques et physiques différentes) exemple 1: non A est-il l'image de B dans un miroir? oui exemple 2: A et B sont des énantiomères (même propriétés physiques et chimiques mais propriétés biologique différentes exemple: