Stéréochimie de conformation Analyse de structures cycliques

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1 V. Prévost, BCPST TP Stéréochimie de conformation Lycée Hoche, Versailles, 0 0 TP Stéréochimie de conformation Analyse de structures cycliques Table des matières Stéréochimie de conformation du cyclohexane. Conformation chaise Cyclohexanes substitués. Méthylcyclohexane et interaction butane gauche. Autres cyclohexanes monosubstitués Cyclohexane disubstitué Autres conformations remarquables du cycle à six atomes. Conformation bateau Conformation croisée ou twist Pour aller plus loin : système décaline (à ne faire que s il reste du temps). Présentation du système Transdécaline Cisdécaline Stéréochimie de conformation du cyclohexane. Conformation chaise Construire la molécule de cyclohexane et placer deux disques opaques sur les liaisons C C et C C. Placer des atomes blancs pour les atomes d hydrogène axiaux et d une autre couleur pour les atomes d hydrogène équatoriaux.. Dessiner la conformation chaise en projection plane et en projection de Newman. Dans les deux représentations suivant qu on regarde les disques opaques dans un sens ou dans l autre ; identifier les atomes d hydrogène axiaux H a et équatoriaux H é et numéroter les atomes de carbone sur toutes les représentations.

2 Lycée Hoche, Versailles, 0 0 TP Stéréochimie de conformation V. Prévost, BCPST Prendre en photo le modèle moléculaire dans la position correspondant à votre dessin. Réaliser l inversion de la chaise et observer l inversion des positions axiales et équatoriales. Cyclohexanes substitués. Méthylcyclohexane et interaction butane gauche Construire la molécule de méthylcyclohexane (figure ). Utiliser les couleurs suivantes : liaisons C C et C C en vert, liaisons C C et C C en jaune, liaisons C C et C C en blanc et liaison C C 7 en bleu. Réaliser l inversion chaise-chaise afin de placer le groupe méthyle en position axiale. Figure Méthylcyclohexane. Quelle est le nom de l interaction justifiant que cette conformation chaise est moins stable que celle présentant le groupe méthyle en position équatoriale? 7 Construire d autre part la molécule de butane (uniquement le squelette carboné!), en utilisant les couleurs suivantes : liaison C C en bleu, liaison C C en vert et liaison C C en jaune. Placer cette molécule de butane en conformation décalée gauche. Superposer cette molécule dans cette conformation avec le méthylcyclohexane précédent en conformation axiale.. Combien d interactions butane gauche pouvez-vous identifier dans le méthylcyclohexane axial? Combien en identifiez-vous dans le méthylcyclohexane équatorial? Mettre en évidence une des interactions butane gauche dans une projection de Newman bien choisie.. Autres cyclohexanes monosubstitués La valeur A mesure la préférence équatoriale d un substituant. Pour le groupe méthyle, elle est de 7, kj mol, pour le groupe isopropyle de 9, kj mol et pour le groupe tert-butyle de 0 kj mol. Construire les squelettes carbonés du méthylcyclohexane, puis de l isopropylcyclohexane,

3 V. Prévost, BCPST TP Stéréochimie de conformation Lycée Hoche, Versailles, 0 0 puis du tert-butylcyclohexane (on ne gardera que les atomes d hydrogène des atomes de carbone C et C ).. En analysant la rotation autour de la liaison C C 7 axiale, expliquer pourquoi les groupes méthyle et isopropyle ont des valeurs A proches, alors qu il y a une grosse différence avec le groupe tert-butyle. Faire des projections planes illustrant votre propos.. Cyclohexane disubstitué Construire le squelette carboné d un trans-,-diméthylcyclohexane : un groupe méthyle est en position axiale, tandis que l autre est en position équatoriale. Réaliser l interconversion chaise-chaise.. Quelle est la différence d énergie potentielle molaire entre ces deux conformations. Construire le squelette carboné d un cis-,-diméthylcyclohexane : les deux groupes mé- thyle sont en position axiale. Réaliser l interconversion chaise-chaise.. Une nouvelle interaction de gène stérique apparaît, appelée interaction,-diaxiale. Justifiez ce terme. Vous paraît-elle notable ou négligeable?

4 Lycée Hoche, Versailles, 0 0 TP Stéréochimie de conformation V. Prévost, BCPST Autres conformations remarquables du cycle à six atomes. Conformation bateau Certaines molécules bloquent les cycles à six atomes qu elles contiennent, notamment par la formation de pont polycyclique. C est le cas de l isobornéol, dont la représentation topologique est donnée figure. OH Figure Formule topologique en projection de Cram de l isobornéol Construire uniquement le squelette carboné de la molécule d isobornéol. Placer deux disques opaques sur les liaisons C C et C C. 7. Dessiner la molécule en projection plane et en projection de Newman. Le nom de conformation «bateau» vous semble-t-il justifié? Construire le cyclohexane en conformation bateau. Faire une photo permettant de bien comprendre pourquoi la conformation s appelle bateau, et une photo permettant de bien voir cette conformation en projection de Newman. 8. Cette conformation est beaucoup moins stable que la conformation chaise. Proposer deux interactions qui justifient cette différence de stabilité.

5 V. Prévost, BCPST TP Stéréochimie de conformation Lycée Hoche, Versailles, 0 0 On peut noter que pour un cyclohexane donnée, il existe trois conformations bateaux : les atomes de proue et de poupe peuvent être respectivement (C, C ) ou (C, C ) ou (C, C ). La conséquence immédiate est que dans une conformation bateau, il y a deux sortes d atomes de carbone différents : ceux de proue et de poupe d une part et ceux des côtés du bateau d autre part.. Conformation croisée ou twist La conformation croisée s obtient en passant d un bateau à l autre, mais il est difficile de s y arrêter en raison de la flexibilité des ces conformations. Cependant, il existe des molécules pour lesquelles cette conformation est bloquée. C est le cas du twistane, représenté figure. Construire le modèle moléculaire de la molécule de twistane (uniquement le squelette carboné). Le prendre en photo dans une position qui permet de justifier la représentation en projection proposée. Figure Formule topologique en projection de Cram du twistane 9. Observer le cycle C C C C C C. Est-il en conformation chaise? Est-il en conformation bateau? Les liaisons carbone carbone sont-elle éclipsées? En déduire si cette conformation est plus basse ou plus haute en énergie que la conformation bateau. Pour aller plus loin : système décaline (à ne faire que s il reste du temps). Présentation du système Les décalines sont les molécules de formule topologique plane présentée figure. Les décalines existent en configuration cis et trans Transdécaline 8 7 Figure Formule topologique plane des décalines Construire le squelette carboné de la transdécaline en conformation chaise-chaise. Placer les trois disques opaques sur les liaisons C C, C C et C 9 C 8. Prendre une photo qui permet de comprendre la projection de Newman.

6 Lycée Hoche, Versailles, 0 0 TP Stéréochimie de conformation V. Prévost, BCPST 0. Dessiner la projection de Newman de cette conformation. Essayer de réaliser l inversion chaise-chaise des deux cycles carbonés.. Pourquoi cette inversion est-elle impossible?. Cisdécaline Recommencer les mêmes opérations que précédemment sur la cisdécaline.. Représenter l inversion chaise-chaise en projection plane et une des conformations en projection de Newman. Imprimer les photos sur une seule page (par exemple au CDI) et les coller sur la fin de ce document.