Les stéréoisomères sont des molécules qui ont la même formule plane mais qui différent par la disposition des atomes dans l espace. On distingue : des isomères de conformation ( conformères) et des isomères de configuration. I. stéréoisomérie de conformation Au sein d une molécule, des mouvements de rotation ont lieu en permanence autour de chaque liaison simple et conduisent à des dispositions différentes des atomes les uns par rapport aux autres. Les conformères sont des molécules pour lesquelles on passe d un isomère à l autre par libre rotation autour d une simple liaison. A. La molécule d éthane. Utiliser les modèles moléculaires mis à disposition pour construire le modèle éclaté de l éthane. Regarder la molécule selon l axe C - C. Placer le groupe méthyle - C3 de derrière de telle sorte que qu une liaison C- soit en position verticale, puis le maintenir fixe et faire tourner le groupe - C3 de devant. L angle de torsion α, défini sur la figure ci- contre, peut varier de 0 à 360. 1. Combien de conformations différentes peut- on obtenir? Une infinité : une conformation pour tout angle compris entre 0 et 360 Parmi toutes les conformations possibles, on distingue : - les conformations éclipsées, dans lesquelles les atomes d hydrogène placés devant occultent - ceux de derrière ; les conformations décalées, dans lesquelles les atomes d hydrogène placés devant sont situés exactement à la même distance de deux atomes d hydrogène de derrière. 2. Pour quelles valeurs de l angle α les conformations sont- elles éclipsées? décalées? Les conformations éclipsées sont obtenues pour α= 0, 120, 240 et 360. Les conformations décalées correspondent à α = 60, 180 et 300. Des analyses conformationnelles, permettent de tracer la courbe représentant l évolution de l énergie de la molécule en fonction de l angle α ( voir la figure ci- contre ), en prenant comme origine des énergies la conformation la plus stable. 3. D après la courbe d énergie conformationnelle de l éthane, est- ce la conformation éclipsée ou la conformation décalée qui est la plus stable? La conformation décalée est la plus stable. éclipsée Représentation 1 décalée Les conformations les moins stables sont celle
Tp chimie B. La molécule de 1,2 - dichloroéthane Sur le modèle éclaté de l éthane, substituer deux atome d hydrogène par deux atomes de chlore pour former 1,2- dichloroéthane Regarder la molécule selon l axe C- C, en commençant par placer les deux liaisons C- Cl vers le haut et en position verticale, puis maintenir fixe l atome de carbone de derrière et faire tourner l atome de carbone placé devant, faisant ainsi varier l angle α, repéré entre les deux atomes de chlore, de 0 à 360. La courbe qualitative donnant l énergie de la molécule en fonction de la valeur de l angle α est donnée sur la figure ci- contre : 1. D après la figure, pour quel(s) angle(s) obtient- t- on la conformation la plus stable? Interpréter qualitativement ce résultat. La conformation la plus stable est obtenue pour α = 180 : c est pour cette valeur que les atomes de chlore se gênent le moins. Cette conformation est appelée conformation anti. II. stéréoisomérie de configuration Les isomères de configuration sont des molécules dont la disposition des atomes dans l espace est différente quelles que soient les rotations autour des liaisons simples envisagées. a) Carbone asymétrique et chiralité Dans la nature il existe de nombreuses molécules possédant la propriété de ne pas être superposables à leur image dans un miroir ( on les appelle molécules chirales). Cette propriété géométrique est aussi observable à notre échelle. Nos mains possèdent en effet cette propriété et constituent donc des objets chiraux ( voir figure ci- contre). La chiralité d une molécule chimique peut être reliée à la présence d un ou plusieurs atomes de carbone asymétrique dans la molécule, c est à dire, un atome de carbone lié à quatre atomes ou groupes d atomes différents. A l aide du logiciel ChemSketch, construire les modèles moléculaires de chacune des molécules ci- dessous : 2
Représenter sa conformation la plus probable en cliquant sur «3D Optimisation» Transférer chaque structure dans le 3D Viewer ( icône )et utiliser la représentation en boules et bâtons ( icône ) Copier la molécule dans un fichier texte Créer l énantiomère du modèle construit en cliquant sur l icône «miroir» Copier cette molécule dans le fichier texte 1. Les deux molécules ainsi crées sont- elles superposables? 2. Peut- on passer d une forme à l autre sans rompre de liaison? 3. Conclusion : parmi proposées identifier celles qui sont chirales. Les molécules B et D sont chirales. b) énantiomères et diastéréoisomères Deux isomères de configuration images l un de l autre dans un miroir sont appelés énantiomères ou isomères optiques, sinon ce sont des diastéréoisomères. A l aide du logiciel ChemSketch ou des modèles moléculaires, on souhaite déterminer, dans chaque lot ci- dessous, : - qui sont identiques ; - qui sont images l une de l autre dans un miroir plan sans être identiques ; - qui ne sont ni identiques, ni images l une de l autre dans un miroir plan ; 1. Reproduire et compléter le tableau ci- dessous avec des lots 1, 2 et 3 : 3
Enantiomères Diastéréoisomères Molécules identiques 2. Parmi les 9 molécules ci- dessus, repérer celles qui possèdent des atomes de carbone asymétrique. Les molécules du lot 1 contiennent un atome de carbone asymétrique. Les molécules du lot 2 contiennent deux atomes de carbone asymétrique. 4
Le logiciel «ChemSketch» En cliquant sur l icône, on choisit l atome ou groupe d atomes à représenter. Permet d effacer un atome et de le remplacer ensuite par un autre atome choisi parmi la liste ci-contre. Pour sélectionner une molécule afin de la représenter en trois dimensions, il faut cliquer dans le menu «Edit» puis «Select All». Ensuite il est possible de visionner la molécule dans l espace de la manière suivante : Permet de visualiser la molécule sélectionnée en représentation dans l espace. Une fois, en représentation spatiale, les icônes permettent de déplacer la molécule et d effectuer des rotations. Les élèves vont donc pouvoir percevoir la notion de conformation. Ceci permettra d introduire le chapitre suivant sur la conformation et la stabilité des différents conformères. Les molécules représentées ci-dessous présentent des conformations différentes. On peut également choisir le mode de représentation des atomes et des liaisons à l aide des icônes suivants : La représentation de l image par symétrie plane de la molécule se fait à l aide de l icône. 5