Représentation spatiale des molécules

ACTIVITES

A1 Représentation de Cram

A11 Exemple :

A12 A partir de représentations 3D :

Donner une formule semi-développée de la molécule, puis la représentation de Cram autour de la liaison 1 – 2.

1.

2.

3.

4.

A2 Isomérie

A21 Rappel :

           Donner la définition du mot isomère.

A22 A partir de la formule brute :

On considère les molécules suivantes : C₃H₆O ; C₄H₈ ; C₄H₁₀ ; C₄H₁₀O ; C₆H₁₄.

· Pour chaque molécule donner la représentation topologique et nommer les isomères.

· Qu'est-ce qui différencie ces isomères ? (famille, position)

A23 A partir de la semi-développée ou topologique :

· Pour chaque molécule donner la représentation de Cram et nommer les isomères (on placera la liaison rouge dans le plan de la feuille)

· Qu'est-ce qui différencie ces isomères ? (famille, position)

1.

2.

3.

A3 Chiralité

A31 Exemples de la vie courante :

          Rechercher la définition du mot "chiral".

Justifier les affirmations ci-dessus.

A32 Application :

Justifier la chiralité des molécules ci-dessous.

A4 Isomérié de configuration.

· Rechercher la définition des termes "stéréoisomère", diastéréoisomère" et "énantiomère".

· Représenter tous les stéréoisomères de la molécule ci-dessous. Donner les relations d'isomérie entre chaque stéréoisomère.

A5 Conformations et énergie.

A51 La molécule d'éthane.

· Expliquer les raisons de ces variations énergétiques.

· Déterminer alors quelle est la conformation (éclipsée ou décalée) la plus stable.

A52 La molécule de 1-2, dichloroéthane.

· A l'aide d'une boite de modèle moléculaire, représenter la molécule.

· Donner les représentations (éclipsées et décalées) de Cram.

· Donner l'allure de la courbe énergétique en justifiant votre choix.

A53 La molécule de butane.

Effectuer la même étude que précédemment (l'observateur regarde la molécule dans la direction des deuxième et troisième atomes de carbone).

A6 Propriétés des diastéréoisomères

Dans les ruines d'un vieux laboratoire, on a découvert deux flacons contenant des solides blancs. Ils sont rangés dans la catégorie des acides. Mais les étiquettes sont dégradées et une partie des indications a disparu :     Après un début d'étude, on a récolté les informations suivantes :

Nom	acide (E)-but-2-ène-1,4-dioïque	acide (Z)-but-2-ène-1,4-dioïque
Nom courant	acide fumarique	acide maléique
Formule topologique
Solubilité dans l'eau à 25°C (g/L)	6,3	780
Sécurité	irritant	toxique et irritant
Température de fusion (°C)	287	131

Comment identifier le contenu de chaque flacon?

A61. A l'aide des premières informations :

A61a. Proposer une formule brute pour chaque molécule.

A61b. Justifier qu'il y ait deux flacons.

A61c. Proposer une formule semi-développée pour chacune.

A62. Proposer différentes expériences permettant de les différencier.

A63. En fonction du matériel disponible, établir le protocole correspondant.

A64. Une fois le protocole validé, le mettre en œuvre et étiqueter les deux flacons correctement.

COURS

C1 Introduction à l'isomérie

C11 Définition.

Deux molécules sont dites isomères si et seulement si :

• Elles ont la même formule brute.
• Et si elles diffèrent :
• Soit par leur formule développée.
• Soit par leur représentation dans l'espace.

Exemple : Le butane de formule brute C₄H₁₀ et le méthylpropane, de formule brute C₄H₁₀.

C12 Isomérie de chaîne.

Les chaînes principales ne sont pas les mêmes.

C'est le cas dans l'exemple ci-dessus.

C13 Isomérie de position.

C131 Positions des ramifications: 

Les chaînes principales sont les mêmes, mais les ramifications ne sont pas positionnées aux mêmes endroits.

Exemple : 

C132 Positions des fonctions : 

Les chaînes principales sont les mêmes, mais la(es) fonction(s) ne sont pas positionnées aux mêmes endroits.

Exemple : 

C133 Positions des insaturations : 

Les chaînes principales sont les mêmes, mais l'(es) insaturation(s) ne sont pas positionnées aux mêmes endroits.

Exemple : 

C14 Isomérie de fonctions.

Les fonctions ne sont pas les mêmes.

C15 Isomérie d'insaturation.

Les insaturations ne sont pas du même type.

C16 Autres cas.

Deux molécules peuvent avoir la même formule brute et ne différer que de par leurs structures spatiales.

On parle alors de stéréoisomères.

Il existe deux types de stéréoisoméries :

• La stéréoisomérie de configuration.
• La stéréoisomérie de conformation.

C2 Stéréoisomérie de configuration.

C21 Définition.

Deux stéréoisomères ont la même formule semi-développée, mais des structures spatiales différentes.

Ils sont dits stéréoisomères de configuration s'il faut rompre des liaisons pour passer de l'un à l'autre.

Exemples:

C22 La chiralité.

C221 Définition.

Une molécule est dite chirale si et seulement si elle n'est pas superposable à son image dans un miroir.

	Ces deux molécules sont images l'une de l'autre dans un miroir plan. Elles ne sont pas superposables. Ce sont des molécules chirales. La chiralité est due à un carbone asymétrique (portant quatre substituants différents).
	Ces deux molécules sont images l'une de l'autre dans un miroir plan. Elles ne sont pas superposables. Ce sont des molécules chirales.   La chiralité n'est donc pas forcément due à un carbone asymétrique.

C222 Condition de chiralité.

Une molécule est dite chirale si et seulement si elle n'est pas identique à elle-même après rotation de 2π/n autour d'un axe suivie d'une symétrie plane.

Exemples:

Remarque :

C23 Les énantiomères et les diastéréoisomères.

C231 Définitions.

• Deux énantiomères sont deux molécules images l'une de l'autre dans un miroir plan (mais qui ne sont pas superposables)
• Deux diastéréoisomères sont deux molécules stéréoisomères qui ne sont pas énantiomères.

Ces quatre molécules sont des stéréoisomères de configuration

C232 Propriétés comparées d'énantiomères.

L'interaction entre le site récepteur et la molécule est possible.	L'interaction entre le site récepteur et la molécule n'est pas possible.

C233 Propriétés physiques des énantiomères et des diastéréoisomères.

• Deux diastéréoisomères ont des propriétés physiques différentes (températures de changement d'état, densité…) et sont donc facilement séparables.
• Deux énantiomères ont toutes les propriétés physiques identiques à l'exception de leur pouvoir rotatoire : ils n'interagissent pas de la même façon sur une onde plane polarisée rectilignement.

La lumière est déviée d'un angle α pour un énantiomère et d'un angle –α  pour l'autre.

Si α  = 0, soit la molécule est chirale, soit le mélange est racémique (50% de chaque)

C3 Stéréoisomérie de conformation.

C31 Rotation autour d'une liaison simple.

Ci-dessous, quelques conformations de la molécule :

configuration éclipsée	configuration décalée	configuration éclipsée	configuration décalée	configuration éclipsée	configuration décalée

C32 Différence d'énergie entre les conformations

• Les répulsions électroniques entre les groupements.
• Les répulsions entre les doublets de liaison (et/ou non liants)
• Gêne stérique.