Thème : Lois et modèles Partie : Structure et transformation de la matière Cours 24 : Représentation spatiale des molécules

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1 1 Thème : Lois et modèles Partie : Structure et transformation de la matière Cours 24 : Représentation spatiale des molécules I. Isomérie : Isomères de constitution et stéréoisomères. 1. Isomères. Des isomères sont des molécules qui possèdent la même formule brute, mais pas la même formule semidéveloppée. Isomérie de Formule brute Isomères constitution C4H10 CH3-CH2- CH2- CH3 butane méthylpropane position C3H7Cl CH3-CH2-CH2-Cl 1-chlorobutane Fonction C2H6O CH3-CH2-OH éthanol 2-chlorobutane CH3 O CH3 méthoxyméthane L organisation des liaisons covalentes ne sont pas identiques dans les isomères de constitution. 2. Stéréoisomères. Les stéréoisomères ne sont pas des isomères de constitution. Des stéréoisomères sont des molécules qui ne diffèrent uniquement que par l arrangement spatial de leurs atomes. Nous allons nous intéresser dans ce cours aux différentes catégories de stéréoisomères. Isomères (Composés ayant la même formule brute) Isomères de constitution (isomères n ayant pas la même formule semi-développée) Stéréoisomères (Isomères ayant la même formule brute, mais pas le même arrangement spatial) Enantiomères (Stéréoisomères qui sont images l un de l autre dans un miroir) Diastéréoisomères Stéréoisomères qui ne sont pas images l un de l autre dans un miroir

2 2 3. Notion de chiralité Que signifie des molécules «images l une de l autre dans un miroir»? Superposable signifie que l on peut placer un objet au-dessus d un autre objet, et que chaque point de chaque objet coïncide. Prenons le cas de deux molécules «images l une de l autre dans un miroir». Rotation de 180 de la molécule n 1 : Molécule n 1 Molécule n 2 La molécule n 1 est-elle maintenant superposable à la molécule n 2? On constate que les atomes de brome et d iode ne sont pas à la même place. Les molécules n 1 et n 2 ne sont pas superposables.

3 Chiralité. Une molécule chirale est une molécule qui n est pas superposable à son image dans un miroir. «chirale» vient du grec Cheir qui signifie main. Une molécule est chirale dès lors qu elle ne présente aucune symétrie intrinsèque Pour aller plus loin : Il existe des molécules chirales qui ne possèdent de carbones asymétriques. Elles ne présentent simplement aucune symétrie. Exemple de molécule chirale : Exemple de molécule achirale : Cette molécule présente un plan de symétrie II. Carbone asymétrique. 1. Définition. Un carbone asymétrique est un carbone tétraédrique qui est lié à 4 substituants différents. Exemples : Remarque : Le cholestérol possède plusieurs carbones asymétriques. Il faut vérifier au-delà des premiers carbones, s il y a une différence sur les carbones suivants. On constate que les carbones suivants ne sont pas identiques : Par contre, ce carbone n est pas asymétrique :

4 4 III. Chiralité des acides aminés. On a vu que pour qu une molécule soit chirale, il faut et il suffit que son image dans un miroir ne lui soit pas superposable ou encore que la molécule possède un seul carbone asymétrique. Un carbone dans une molécule est chiral s il possède 4 substituants différents. 1. Les acides aminés possède un seul carbone asymétrique (C*), ils sont donc chiraux. Valine Tyrosine Sérine 2. Importance biologique de la chiralité. Nos capteurs biologiques de l odorat sont capables de reconnaitre les différents énantiomères d une molécules. Par exemple : le limonène présente deux formes que l on retrouve dans le citron et dans l orange. 3. Mélange racémique. Si la valine, par exemple est chirale, cela signifie qu il existe une molécule qui est image dans un miroir de la valine. L D Il existe potentiellement donc deux valines. Lorsque l on effectue une synthèse chimique classique de la valine, on produit en égales proportions la version L et la version D. On dit dans ce cas, que l on obtient un mélange racémique. Un mélange racémique est un mélange en proportions égales (50/50) des énantiomères L et D. Remarque : Dans le corps humain et dans la nature seule la version L existe!

5 5 IV. Diastéréoisomérie (Z/E ou avec 2 C*) 1. Définition. Deux stéréoisomères qui ne sont pas énantiomères sont diastéréoisomères. Des diastéréoisomères sont des stéréoisomères qui ne sont pas images l un de l autre dans un miroir. On remarquera par la suite que les diastéréoismères peuvent chiraux ou achiraux. 2. Diastéréoisomérie Z/E. Les stéréoisomères ne sont pas des isomères de constitution. Des stéréoisomères sont des molécules qui ne diffèrent uniquement que par l arrangement spatial de leurs atomes. (Z)- dichloroethène (E)- dichloroethène L organisation des liaisons covalentes sont identiques dans les stéréoisomères. (Ce ne sont pas des isomères de constitution). Les deux atomes de carbone sont liés dans les deux cas, à un atome de chlore et à un atome d hydrogène. Seul l arrangement spatial diffère : dans un cas les deux hydrogènes sont du même côté de la double liaison (Z) et dans l autre, ils sont de part et d autre (E). 3. Diastéréoisomérie avec 2C* Cas de l acide 2,3,4-trihydroxybutanoïque Cette molécule possède deux carbones asymétriques. Il existe donc plusieurs stéréoisomères possibles. Activité Compléter le schéma suivant représentant les différents stéréoisomères en utilisant les définitions vues précédemment

6 6 Astuce : Pour passer d un énantiomère à un autre, il faut changer la configuration des deux carbones asymétriques. Enantiomères Astuce : Pour passer d un diastéréoisomère à un autre, il suffit de changer la configuration d un seul carbone asymétrique. diastéréoisomères Réponse : Source : Université de Jussieu

7 7 Tableau de méthode pour reconnaitre les isomères. Source : Université de Nantes V. Conformation : Rotation autour d une simple liaison. (Voir TP). 1. Définition. Les isomères de conformation sont les différentes formes d une molécule obtenues par libre rotation autour d une liaison chimique simple. Ces différents isomères de conformation ou conformères, sont isolables. A remarquer, que pour passer d une forme à l autre, il n est pas nécessaire de casser une liaison covalente. 2. Exemple de deux conformères possibles d une même molécule.