UE1. Stéréochimie. Représentation des molécules Représentation spatiale Isomérie Notion de chiralité

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1 UE1 Stéréochimie Représentation des molécules Représentation spatiale Isomérie Notion de chiralité

2 I. Représentation des molécules Il existe plusieurs formules: Formule brute: C C O On ne donne que la composition de la molécule mais aucune indication sur les arrangements des atomes. Formule semi développée: C C O On ne voit pas les liaisons simples entre les hydrogènes. Formule développée: On voit toutes les liaisons entre les atomes.

3 I. Représentation des molécules Formule topologique: Les atomes ne sont pas représentés exceptés les hétéroatomes (ex: O, Cl)

4 II. Représentation spatiale Utilisée pour représenter les molécules dans l espace: Liaison dans le plan Liaison en avant du plan Liaison en arrière du plan Dans les hybridations sp², les atomes sont dans le même plan. Par exemple: C2=C2

5 II. Représentation spatiale Projection de Newman: On se place du côté de la molécule, en face du carbone: Le carbone de devant est représenté par un cercle et celui de derrière est caché, les liaisons C- partent du cercle.

6 II. Représentation spatiale Projection de Fisher: Les liaisons en avant du plan sont représentées par un trait horizontal et celles en arrière, par un trait vertical. CO O C3 CO Pour les oses, acides aminés La chaine carbonée la plus longue doit être verticale. La fonction la plus oxydée doit être vers le haut. O C2O O

7 III. Isomérie Deux molécules sont isomères si elles ont la même formule brute, c est-à-dire constituées des mêmes atomes et en même quantité. Plusieurs types d isomérie: - En fonction de leur formule développée plane: isomérie plane - En fonction de leur forme spatiale: isomérie spatiale ou stéréoisomère Isomère plane Isomère de constitution: Ils ont la même formule brute mais des groupements fonctionnels différents. Cétone Aldéhyde

8 III. Isomérie Isomère de position: Ils ont la même formule brute et le même groupement fonctionnel mais celui-ci n a pas la même position sur la chaine carbonée ou la ramification est différente. Alcool II Alcool I Résumé: Même formule brute Isomérie plane Groupements fonctionnels différents Même groupements fonctionnels Mais position différente Isomérie de constitution Isomérie de position

9 III. Isomérie Isomérie spatiale ou stéréoisomère Stéréoisomère: deux molécules qui ont la même formule brute et le même enchainement d atome (= même formule plane) mais n ont pas la même disposition spatiale. Configuration: C est la structure invariable de la molécule. Elle dépend de sa nature et c est elle qui la définit. Si on modifie sa configuration, on doit casser une liaison et en reformer une. Un changement de configuration conduit à une nouvelle molécule. Conformation : Ce sont les différentes formes que peut prendre une molécule par simple rotation d une liaison SIMPLE C-C

10 III. Isomérie Exemple de conformation: Forme éclipsée Forme décalée ATTENTION: ne pas confondre configuration et conformation

11 IV. Notion de chiralité Une molécule chirale est une molécule non superposable à son image dans un miroir. Elle ne possède ni plan ni axe de symétrie (C est une condition à la chiralité, si elle a un plan ou un axe de symétrie, elle n est pas chirale). Toute molécule chirale correspond à une autre molécule chirale qui est son image dans un miroir. Les deux ont une relation d énantiomérie. Deux énantiomères ont les mêmes propriétés physico-chimiques mais ont des propriétés optiques différentes. Activité optique Les molécules chirales sont optiquement actives: elles dévient le plan de polarisation de la lumière. S il est dévié sur la droite: α > 0, la molécule est dextrogyre et donc son énantiomère le déviera vers la gauche: α < 0, il sera lévogyre.

12 IV. Notion de chiralité Mélange racémique: mélange équimolaire de 2 énantiomères. Il n a pas d activité optique. Carbone asymétrique C est un carbone lié à 4 substituants différents. 2 configurations possibles: * * On veut pouvoir nommer et distinguer les stéréoisomères. Pour cela il faut hiérarchiser les carbones asymétriques d une molécule: il faut utiliser les règles de Cahn, Ingold et Prelog (CIP).

13 IV. Notion de chiralité Règles de CIP 1/ Le premier substituants sera celui avec le numéro atomique (Z) le plus élevé I > Br > Cl > S > F > O > N > C > 2/ Si les substituants sont les mêmes, on regarde l atome qui suit. * C C * C C O C2O est prioritaire. 3/Il suffit d un atome prioritaire dans le groupement pour que celui-ci soit prioritaire. C3 * C C * C C C3 C3 C2O est prioritaire O

14 IV. Notion de chiralité Règles de CIP 4/ Pour les liaisons multiples: Une liaison multiple avec un atome est considérée comme autant de liaisons simples avec cet atome. Par exemple: Exemple: CO prioritaire 2 ème rang: O 2 ème rang: O + (O) La deuxième liaison sera liée à un atome fantôme. Un atome est prioritaire sur son fantôme.

15 IV. Notion de chiralité Détermination de la configuration d un C*: Pour déterminer la configuration d un C*, on numérote les substituants selon les règles de CIP et on regarde dans quel sens on passe d un numéro à l autre. Si on tourne dans le sens des aiguilles d une montre, le carbone est Rectus (R), sinon il est sinister (S).

16 IV. Notion de chiralité Exemple pour les molécules à un carbone asymétrique: S R C3 C3 Br Cl Cl Br

17 IV. Notion de chiralité Règle générale: Pour nc*, on aura 2 stéréoisomères et 2 d énantiomères. couples Exemple pour les molécules à 2 C*: CO CO CO CO O O O O O O O O C2O C2O C2O C2O 2R, 3R 2S, 3S 2S, 3R 2R, 3S Erythroses Thréoses Couple like Couple unlike

18 IV. Notion de chiralité Si les substituants tournent dans le même sens: Couple Erythro S ils ne tournent pas dans le même sens: Couple Thréo Diastéréoisomères: Ce sont des stéréoisomères qui ne sont pas des énantiomères. Enantiomère 2R, 3R 2S, 3S Diastéréoisomère Diastéréoisomère Diastéréoisomère 2S, 3R 2R, 3S Enantiomère

19 IV. Notion de chiralité Cas particuliers: Acide tartrique C est une molécule à 2C* mais seulement 3 substituants différents, 3 stéréoisomères: 2 thréo et 1 érythro. COO COO COO COO O O O O O O O O COO COO Thréo Ils sont énantiomères COO COO Erythro Ils ne sont pas énantiomères car il existe un plan de symétrie entre les deux. Ils sont superposables. 1 seul erythro appelé «méso»

20 Exemple de QCM