himie, hapitre 4 Terminale S REPRESENTATION SPATIALE DES MOLEULES I REPRESENTATION DE RAM 1) Modèle de Gillespie La représentation de Lewis ne donne pas d'indication sur la géométrie de la molécule. L'explication de cette géométrie est donnée par le modèle de Gillespie. Dans les molécules, les liaisons covalentes sont constituées d'électrons qui sont chargés négativement. Les doublets d'électrons, qu'ils soient liants ou non liants, exercent donc les uns sur les autres des forces de répulsion. Les doublets non liants sont plus répulsifs que les doublets liants. Dans le modèle de Gillespie, les doublets liants et non liants s'orientent dans l'espace de façon à minimiser les répulsions, donc à être le plus loin possible les uns des autres. La représentation de la molécule en 3 dimensions rendra compte de la géométrie de la molécule. omment dessiner une molécule en 3 dimensions sur une feuille à deux dimensions? 2) ram Donald James ram, chimiste américain (1919 2001) inventa en 1953 une nouvelle représentation des molécules utilisant la perspective afin de représenter la disposition spatiale des atomes d une molécule. Les 3 conventions dites de ram sont les suivantes : Un trait plein ( ) représente une liaison entre deux atomes situés dans le plan de la figure ; les angles entre les liaisons ainsi représentées sont respectés. Un triangle allongé plein ( ) représente une liaison entre un atome situé dans le plan de la figure (à la pointe du triangle) et un atome situé en avant de ce plan (à la base du triangle). Un triangle allongé hachuré ( ) représente une liaison entre un atome situé dans le plan de la figure (à la pointe) et un atome situé en arrière de ce plan (à la base) Remarque : Les doublets non liants ne sont pas représentés dans la représentation de ram. Exemples : Nom Formule brute Lewis Géométrie ram Dihydrogène Molécule linéaire Dichlore Molécule linéaire hlorure d hydrogène Molécule linéaire OMPRENDRE Page 1 sur 7 Structure et transformation de la matière
himie hapitre 4 : Représentation spatiale des molécules Nom Formule brute Lewis Géométrie ram Méthane (1 et des ) Molécule tétraédrique Ammoniac (1 N et des ) Molécule pyramidale Eau Molécule plane II - ISOMERIE ET STEREOISOMERIE 1) Isomérie de constitution (rappel PS) Exemple : Deux composés de même formule brute 2 6 O, sont des isomères : Remarque : Les isomères n'ont pas les mêmes propriétés physiques et chimiques. 2) Stéréoisomérie a) Définition b) Différents cas de stéréoisomérie Les différents cas de stéréoisomérie peuvent être décomposés en deux grandes catégories : La stéréoisomérie de conformation La stéréoisomérie de configuration, qui peut être décomposée en : énantiomérie diastéréoisomérie OMPRENDRE Page 2 sur 7 Structure et transformation de la matière
himie hapitre 4 : Représentation spatiale des molécules III - LA STEREOISOMERIE DE ONFORMATION 1) Définition Exemple : l éthane ( 2 6 ) onformation ram Deux vues du modèle moléculaire Éclipsée Décalée 2) Aspects énergétiques a) Stabilité d une conformation haque atome de la molécule possède son nuage électronique chargé négativement donc les différents nuages interagissent en se repoussant. est pourquoi, il existe une infinité de conformations. Une conformation est d autant plus stable que les groupes d atomes sont éloignés les uns des autres, et donc que son énergie potentielle de torsion est la plus faible. Exemple : l éthane ( 2 6 ) La conformation la plus stable est la conformation décalée. La conformation la moins stable est la conformation éclipsée. b) hangement de conformation L écart énergétique entre la conformation la plus stable et celle la moins stable est suffisamment faible pour qu une molécule passe incessamment d une conformation à une autre. La rotation des deux tétraèdres l un par rapport à l autre est très rapide : 10 10 tours par seconde. Exemple : le butane ( 4 10 ) E (kj.mol -1 ) 25 A G 13,8 E 3,3 0 B F D 60 120 180 240 300 360 ( ) OMPRENDRE Page 3 sur 7 Structure et transformation de la matière
himie hapitre 4 : Représentation spatiale des molécules Les dessins ci-dessus correspondent à une représentation dite «Projection de Newman». Pour la comprendre, il suffit d observer une molécule (ici la molécule d éthane) selon un axe de visée correspondant à l axe d une liaison. Le seul atome de carbone visible est alors celui représenté par un cercle rouge. Les trois liaisons qui lui sont associées sont pleinement visibles (en rouge), tandis que les trois liaisons qui sont associées à l atome de carbone noir caché ne sont que partiellement visibles. Les trois atomes d hydrogène rouges sont toujours visibles. Les trois atomes d hydrogène noirs sont visibles lorsque la conformation le permet. 3) Propriétés des stéréoisomères de conformation De nombreuses petites protéines se replient spontanément en une durée de l'ordre d'une milliseconde. ertaines protéines mal repliées, appelé prions, sont responsables de maladies comme la maladie de reutzfeldt Jakob chez l'homme, ou encéphalopathie spongiforme bovine (ESB ou encore maladie de la vache folle) chez les vaches. es protéines peuvent exister selon deux conformations : la conformation «repliée», présente dans un cerveau sain. la conformation «allongée», présente dans le cerveau d'un sujet malade. La conséquence de la perte de la conformation de référence d'une protéine peut avoir des conséquences excessivement graves pour la santé. IV - LA STEREOISOMERIE DE ONFIGURATION 1) Définition 2) Enantiomérie a) Notion de chiralité Exemples : Une main est un objet chiral. L image dans un miroir plan d une main droite correspond à une main gauche : ces deux objets ne sont pas superposables. La molécule de glycéraldéhyde (ou 2,3-dihydroxypropanal) est chirale. O O O 2 O O 2 O b) Le carbone asymétrique OMPRENDRE Page 4 sur 7 Structure et transformation de la matière
himie hapitre 4 : Représentation spatiale des molécules Exemple : le méthane : Exemple : le butan-2-ol : 2 5 2 5 3 3 Remarque : O O Une molécule possédant un carbone asymétrique est nécessairement chirale. Définition * c) Notion de couple d énantiomères * Le mélange racémique d) Propriétés des énantiomères La prise en compte de l énantiomérie est capitale pour la compréhension des phénomènes biologiques : lors des processus de reconnaissance entre une molécule et des sites récepteurs (enzymatiques par exemple), la réponse physiologique peut être différente selon l énantiomère impliqué. Exemples : La L-Dopa possède un énantiomère traitant la maladie de Parkinson alors que l autre est toxique. Le Maxiton possède un énantiomère psychostimulant alors que l autre est inactif. La carvone possède un énantiomère sentant le cumin alors que l autre sent la menthe fraîche. OMPRENDRE Page 5 sur 7 Structure et transformation de la matière
himie hapitre 4 : Représentation spatiale des molécules 3) Diastéréoisomérie a) Présentation b) La stéréoisomérie Z/E La stéréoisomérie Z/E (f. cours 1 ère S) est une diastéréoisomérie due à l'impossibilité de rotation rapide autour des doubles liaisons, en particulier des doubles liaisons carbone - carbone. Exemple : Le but-2-ène c) as des molécules possédant plusieurs atomes de carbone asymétriques onsidérons la molécule d acide 2,3-dihydroxy-4-oxobutanoïque : O O O OO ette molécule possède 4 isomères de configuration dont les représentations de ram sont les suivantes : OO O O O O O OO O O OO O O O O OO Les représentations et d une part et et d autre part sont images l une de l autre par un miroir plan : ils forment des couples d énantiomères. Les représentations et, et, et, et ne sont pas images l une de l autre par un miroir plan : ils forment des couples de diastéréoisomères. d) Propriétés des diastéréoisomères Des diastéréoisomères possèdent des propriétés physiques, chimiques et biologiques différentes. Exemple : L acide but-2-ènedioïque possède deux diastéréoisomères : Acide maléique Acide fumarique Température de fusion 131 287 Solubilité dans l eau 780 g.l -1 6,3 g.l -1 O Formule semi-développée OMPRENDRE Page 6 sur 7 Structure et transformation de la matière
himie hapitre 4 : Représentation spatiale des molécules V OMMENT TROUVER LA RELATION D ISOMERIE ENTRE DEUX MOLEULES? Pour trouver la relation d'isomérie TV de molécules A et B non identiques, il faut suivre l'organigramme ci dessous : A et B correspondent-elles à une même formule développée? NON A et B sont des isomères de constitution. OUI A et B sont des stéréoisomères. Peut-on passer de A à B ou de B à A par des rotations autour de liaisons simples? OUI A et B sont des stéréoisomères de conformation. NON A et B sont des stéréoisomères de configuration. A et B sont-elles images l'une de l'autre dans un miroir? OUI A et B sont des énantiomères. NON A et B sont des diastéréoisomères isomère. OMPRENDRE Page 7 sur 7 Structure et transformation de la matière