Chapitre 10 : Représentation spatiale des molécules Chapitre 10

Chapitre 10 : Représentation spatiale des molécules
Chapitre 10 : Représentation spatiale des molécules
Compétences à acquérir :
 Reconnaître des espèces chirales à partir de leur représentation.
 Utiliser la représentation de Cram.
 Identifier les atomes de carbone asymétrique d’une molécule donnée.
 Reconnaître si des molécules sont identiques, énantiomères ou diastéréoisomères.
 Pratiquer une démarche expérimentale pour mettre en évidence des propriétés différentes de diastéréoisomères.
 Visualiser, à partir d’un modèle moléculaire ou d’un logiciel de simulation, les différentes conformations d'une molécule.
 Utiliser la représentation topologique des molécules organiques.
 Extraire et exploiter des informations sur :
- les propriétés biologiques de stéréoisomères,
- les conformations de molécules biologiques,
pour mettre en évidence l’importance de la stéréoisomérie dans la nature.
I Représentation des molécules
I.1 Représentation topologique
La représentation topologique ne fait apparaître ni les atomes de carbone, ni les atomes d'hydrogène liés aux atomes
de carbone : y figurent uniquement les autres atomes et les liaisons autres que les liaisons C – H.
A chaque extrémité d'un segment se trouve un atome de ………………………………., entouré des atomes
d'hydrogène nécessaire pour que la règle …………………………………. soit satisfaite.
I.2 Représentation de Cram
La représentation de Cram permet de visualiser la structure tridimensionnelle des molécules. Les liaisons
dans le plan de la feuille sont symbolisées par un trait simple, les liaisons en avant par un triangle plein et
celles en arrière par un triangle hachuré.
.
La représentation de Cram est parfois utilisée sur une partie uniquement d'une molécule, afin d'indiquer la
structure tridimensionnelle adoptée par un atome particulier et ses voisins.
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II Conformations d’une molécule
Les conformations d'une molécule correspondent aux différentes dispositions spatiales adoptées par les
atomes qui la composent.
La rotation des groupes d'atomes autour de l' axe C – C est possible. La rotation autour des liaisons doubles n'est
pas possible.
En première approche, une conformation est d'autant plus stable que les atomes ou les groupes d'atomes les
plus volumineux sont éloignés les uns des autres. Les conformations les plus stables correspondent aux plus bas
niveaux d’énergie de la molécule.
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III Stéréoisoméries des molécules
III.1 Définition
Deux structures moléculaires dont l'enchainement des liaisons et des atomes est le même, mais qui diffèrent
par la disposition des atomes dans l'espace, sont appelés stéréoisomères.
Les stéréoisomères ont la même formule semi-développée.
On distingue alors 2 types de stéréoisomères :
• les stéréoisomères de conformation, on passe de l'un à l'autre en effectuant une rotation autour d'une ou
plusieurs liaisons simples.
• les stéréoisomères de configuration, on passe de l'un à l'autre en rompant et créant des liaisons. On distingue
parmi les isomères de configuration les énantiomères et les diastéréoisomères.
III.2 Les énantiomères
Deux stéréoisomères de configuration images l'un de l'autre dans un miroir plan sont appelés énantiomères.
Deux énantiomères sont forcément chiraux. La chiralité est la propriété d'un objet ou d'une molécule d'être
non superposable à son image dans un miroir plan.
On ne peut pas superposer les molécules de part et d’autre de la ligne pointillée, images l’une de l’autre dans un
miroir, donc ces molécules sont des énantiomères.
Si une molécule possède un unique atome de carbone asymétrique, alors elle est chirale. Dans une entité
moléculaire, un atome de carbone est dit asymétrique s'il est lié à quatre atomes ou quatre groupes d'atomes
différents. Il est parfois noté avec un astérisque (C*).
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Une molécule possédant un seul atome de carbone asymétrique est chirale, elle a donc une énantiomère : la molécule
qui est son image dans un miroir.
Les énantiomères ont les mêmes propriétés physiques (à part les propriétés optiques) mais des propriétés biologiques
différentes.
Un mélange équimolaire de 2 énantiomères est dit racémique.
III.3 Les diastéréoisomères
Les stéréoisomères qui ne sont pas énantiomères (ni des stéréoisomères de conformation) sont appélés
diastéréoisomères.
Les diastéréoisomères ont des propriétés chimiques et physiques différentes.
III.3.a Diastéréoisomérie Z-E
Contrairement à la simple liaison, la double liaison carbone-carbone ne permet pas de rotation autour de son axe.
Les positions des groupes d’atomes autour de la double liaison carbone-carbone sont désignées par :
- E lorsque les plus groupes d’atomes sont de part et d’autre de la double liaison,
- Z lorsque les plus groupes d’atomes sont du même coté de la double liaison.
Les isomères E et Z sont des diastéréoisomères.
III.3.b Diastéréoisomérie due à plusieurs atomes de carbone asymétriques
Exemple avec 2 atomes de carbone asymétriques.
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IV Propriétés biologiques des stéréoisomères
Les molécules biologiques comme les protéines réagissent différemment avec les stéréoisomères d’une molécule de
même formule semi-développée. Cela montre que la géométrie des molécules influence leur propriété chimique.
Cas des molécules médicamenteuses :
La plupart des médicaments sont utilisés sous la forme de leur racémique. C'est le cas par exemple des bétabloquants (comme le propranolol, Avlocardyl®) utilisés la plupart du temps sous leur forme racémique notamment
comme agents anti-hypertenseurs et dont les énantiomères lévogyres sont beaucoup plus actifs que les
énantiomères dextrogyres.
Exemple 1 :
Certains médicaments sont cependant et depuis longtemps utilisés sous la forme du
seul de leurs stéréoisomères actifs. C'est le cas par exemple de la lévo dopa
(Sinemet®), l'énantiomère lévogyre de la dopa, un précurseur de la dopamine utilisé
dans le traitement de la maladie de Parkinson. Celle-ci, en effet, doit se présenter
sous la même forme énantiomérique que la dopa naturelle et ce d'autant plus qu'elle
doit, pour être transformée en dopamine, subir l'action d'une enzyme spécifique de la
forme lévogyre : la dopadécarboxylase.
Exemple 2 :
L’ibuprofène existe sous deux formes, R et S, ce sont deux énantiomères. La forme S est a des propriétés
anti-inflammatoires alors que la forme R est inactive.
V Pour s’y retrouver dans les isomères
Voir le diagramme « relations d’isomérie » du manuel Hachette, page 266.
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