I- La chiralité.

1)- Définition :

-  Un objet est chiral s’il n’est pas superposable à son image dans un miroir.

-  La chiralité est la propriété d'un objet de ne pas être superposable à son image dans un miroir.

-  Donner un exemple d'un objet chiral. (Une main)

 

-  La chiralité a été étendue aux molécules par PASTEUR en 1848.

2)- La chiralité au niveau moléculaire.

a)-   Expérience :

  Construire une molécule A possédant :

  Un carbone tétragonal et quatre groupes différents (prendre une boule rouge, une verte, une boule jaune et une boule blanche).

  Placer la liaison carbone-boule jaune verticalement.

  Mettre la molécule A devant un miroir et construire la molécule B image de A dans le miroir.

   Représenter les deux molécules A et B à l'aide de la représentation conventionnelle.

 Les molécules A et B sont-elles superposables ?

 

 

Animation CabriJava

b)-  Conclusions :

-  Les molécules A et B ne sont pas superposables, elles sont image l'une de l'autre dans un miroir.

-  Ce sont des molécules chirales.

-  Une molécule est chirale si elle n’est pas superposable à son image dans un miroir.

II- Représentation des molécules organiques.

1)- Formules planes.  Structure d'une molécule colorée.  La chimie organique.

►   Une molécule peut être représentée par :

-  Sa formule développée,

-  Sa formule semi-développée,

-  Sa formule topologique.

-  Cours de première S. De la structure aux propriétés des alcanes et des alcools

 Donner les représentations de la molécule de butan-2-ol.

-  Modèle moléculaire :

 

-  Formule développée :

 

-  Formule semi-développée :

 

-  Formule topologique :

 

2)- Formules spatiales des molécules.

a)-   Représentation de CRAM.

-  Convention :

-  Un trait plein –– représente une liaison entre deux atomes situés dans le plan de la figure

-  Un triangle allongé plein  représente une liaison entre un atome situé dans le plan de la figure et un atome situé en avant de ce plan.

-  Un trait hachuré   ou un triangle hachuré représente une liaison entre un atome situé dans le plan de la figure et un atome situé en arrière de ce plan.

b)-  Exemple :

-  Cas du carbone dans la molécule de méthane :

ou

-  Exercice : La molécule de butan-2-ol :

-  Représenter cette molécule en utilisant la représentation de Cram et en considérant les groupes suivants : – OH, –H, –CH₃ et – C₂H₅.

-  La représentation de Cram permet de rendre compte de la géométrie tétraédrique autour de l’atome de carbone.

III- Les différentes relations de stéréoisomérie.

1)- Stéréoisomérie.

a)-   Définition.

Stéréoisomères : -  Deux corps sont stéréoisomères lorsqu'ils ont : -  Même constitution (même formule plane). -  Mais des structures spatiales différentes -  Ils différent par l'agencement spatial de leurs atomes. -   On distingue : -  Les stéréoisomères de conformation. -  Les stéréoisomères de configuration.

b)-  Stéréoisomères de conformation :

-  On passe d’un stéréoisomère de conformation à un autre par libre rotation autour d’une liaison simple.

-  Exemple : libre rotation de 120 ° autour de la simple liaison verticale

 

-  On passe d’un stéréoisomère de conformation à un autre par rotation autour de la simple liaison verticale C – C.

-  On est en présence de deux agencements spatiaux différents d’une même molécule.

c)-   Stéréoisomères de configuration.

-  Pour passer d’un stéréoisomère de configuration à un autre, il faut briser des liaisons chimiques.

-  Exemple :

-  Stéréoisomères obtenus après avoir cassé puis reformé deux liaisons chimiques.

 

d)-  Conclusion.

-  Deux stéréoisomères de configuration sont deux molécules différentes.

-  Deux stéréoisomères de conformation sont deux agencements spatiaux d’une même molécule.

2)- Stéréoisomérie de configuration : Cas des composés à un atome de carbone asymétrique.

a)-   Carbone asymétrique :

-  C'est un atome de carbone tétragonal lié à quatre atomes ou groupes différents.

-  On le repère par un astérisque.

 

 Exercice :

-  la molécule de butan-2-ol possède-t-elle un carbone asymétrique ? Si oui représenter les deux énantiomères.

 

 

-  La molécule A n’est pas superposable à son image (la molécule B) dans un miroir.

-  Une molécule possédant un seul atome de carbone asymétrique est toujours chirale.

b)-  Énantiomérie et propriétés :

-  Toute molécule possédant un atome de carbone asymétrique peut exister sous deux configurations différentes, images l’une de l’autre dans un miroir.

-  Les stéréoisomères correspondant sont appelés énantiomères.

-  Énantiomères : stéréoisomères de configuration qui sont image l'un de l'autre dans un miroir.

-  Énantiomérie : relation existant entre deux stéréoisomères de configuration images l’un de l’autre dans un miroir.

-  Mélange racémique :

-  On appelle mélange racémique un mélange de quantités égales de deux énantiomères.

-  Les énantiomères présentent très souvent des propriétés physiques et chimiques identiques.

-  Par contre les propriétés biologiques et pharmacologiques de deux énantiomères sont presque toujours différentes.

-  Deux énantiomères n'ont pas le même effet sur la lumière polarisé rectilignement.

-  La solution d'une substance chirale peut faire tourner le plan de polarisation de la lumière, on dit que cette substance est optiquement active.

-  Elle possède un pouvoir rotatoire.

-  Une substance qui fait tourner le plan de polarisation de la lumière dans le sens des aiguilles d'une montre est dite dextrogyre notée (+).

-  Une substance qui fait tourner le plan de polarisation de la lumière dans le sens trigonométrique est dite lévogyre notée (–).

-  L'angle de rotation du plan de polarisation est appelé pouvoir rotatoire.

-  Deux énantiomères ont des pouvoirs rotatoires opposés.

-  Un mélange racémique ne possède pas de pouvoir rotatoire.

 

3)- Stéréoisomérie de configuration : Cas des composés à deux atomes de carbone asymétrique.

a)-   Exercice :

  La molécule de 1-bromo-1,2-dichloro-2-fluoroéthane possède 2 atomes de carbone asymétrique. 

  Chacun de ces atomes de carbone asymétrique peut se trouver, indépendamment de l’autre dans l’une des deux configurations possibles.

 Représenter les deux configurations possibles et leurs énantiomères.

-  Formule développée de la molécule :

 

-  Configurations possibles et énantiomères :

-  Premier cas :

 

-  Deuxième cas :

 

-  Remarque 1 :

 

-  Remarque 2 :

 

-  Les molécules A et B sont images l’une de l’autre dans un miroir : ce sont des énantiomères.

-  Les molécules D et C sont images l’une de l’autre dans un miroir : ce sont des énantiomères.

-  Les molécules A et C sont des isomères de configuration non images l’un de l’autre dans un miroir : ce sont des diastéréoisomères.

-  Les molécules B et D sont des isomères de configuration non images l’un de l’autre dans un miroir : ce sont des diastéréoisomères.

-  Les molécules C et C’ sont des stéréoisomères de conformation : ce sont des conformères (deux agencements spatiaux d’une même molécule).

-  Les molécules D et D’ sont des stéréoisomères de conformation : ce sont des conformères (deux agencements spatiaux d’une même molécule).

b)-  Conclusions :

-  Les diastéréoisomères sont des stéréoisomères de configuration qui ne sont pas énantiomères.

-  Les stéréoisomères présentent des propriétés physiques et chimiques différentes.

4)- Stéréoisomérie de configuration : diastéréoisomères Z / E.  Isomérie Z / E : cours première S

►    Isomérie Z et E :

Isomérie Z et E : -  Si, dans un alcène de formule générale CHX = CHY, les deuxatomes d’hydrogène sont dans le même demi-plan par rapport à l’axe de la double liaison C = C, le stéréo-isomère est Z, dans le cas contraire, il est E.

 

a)-   Exercice :

-  Construire la molécule de but-2-ène.

-  Donner la formule semi-développée et la formule topologique des isomères Z et E.

-  Comment passe-t-on d'un isomère à l'autre ?

-  Réponses :

(E) but-2-ène Entgegen (en face, opposé), les hydrogènes sont situés de part et d'autre de la double liaison	(Z) but-2-ène Zusammen (ensemble), les hydrogènes sont situés du même côté de la double liaison.

-  Le (Z) but-2-ène et le (E) but-2-ène sont des stéréoisomères de configuration.

-  Ce sont des corps purs distincts.

-  Il n'y a pas libre rotation autour de la double liaison à température ambiante.

-  Pour passer d'un stéréoisomère à l'autre, il faut briser et reformer une liaison chimique.

b)-  Conclusion.

-  Deux isomères Z et E sont des diastéréoisomères.

-  Les isomères Z et E sont des corps purs distincts que l'on peut isoler.

-  Ils ont des propriétés physiques, chimiques, biologiques différentes.

-  La température d'ébullition normale du (Z)-but-2-ène est de 3,7 °C alors que celle de l'isomère (E)-but-2-ène est de 0,9 °C

5)- Stéréoisomérie de conformation.

a)-   Conformations de l'éthane.  Conformations de l'éthane

-      On appelle conformation d'une molécule les différentes structures spatiales qu'elle peut prendre par suite de la rotation autour de ses liaisons simples.

►   Projection de NEWMAN :

  Construire la molécule d'éthane. Noter α et β chaque atome de carbone.

  Regarder la molécule suivant l'axe de la liaison carbone-carbone.

  Représenter les deux conformations remarquables (conformation décalée et conformation éclipsée).

-  Réponses :

-  Formule semi-développée de la molécule d'éthane :

 

-  Le conformère E et le conformère D sont des stéréoisomères de conformation.

-  À température ambiante, il y a libre rotation autour de la simple liaison.

-  Le passage de l'un à l'autre se fait sans rupture de liaison.

►   Aspect énergétique.

-  Laquelle des deux conformations est la plus stable ?

 

Animation CabriJava

 

Vidéo

-  Les conformations décalées sont plus stables que les conformations éclipsées car les liaisons C ‑‑ H sont les plus éloignées possibles dans les conformations décalées.

-  La conformation la plus stable d’une molécule est celle pour laquelle les interactions répulsives entre les doublets de liaisons et les interactions stériques dues à l’encombrement des gros substituants sont les plus faibles.

6)- Récapitulatif.

 

IV- Applications.

1)- QCM.

QCM sous forme de tableau.

QCM réalisé avec le logiciel Questy

2)- Exercices :   Exercices : énoncé et correction

a)- Exercice 7 page 270 : Reconnaître une molécule chirale.

b)- Exercice 8 page 270 : Utiliser la représentation topologique.

c)- Exercice 10 page 270 : établir une représentation de Cram.

d)- Exercice 15 page 271 : Représenter un couple d’énantiomères.

e)- Exercice 17 page 272 : de la formule semi-développée à la formule topologique.

f)- Exercice 20 page 272 : La vitamine C.

g)- Exercice 22 page 273 : Autour des acides α–aminés.

h)- Exercice 28 page 275 : Phéromone sexuelle de coléoptère.