Classe de BTS AB2 Chapitre 2 : Stéréochimie Chapitre de Chimie n
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Classe de BTS AB2 Chapitre 2 : Stéréochimie Chapitre de Chimie n°2 Stéréochimie La stéréochimie étudie les relations entre des stéréoisomères : Ce sont des composés qui possède la même formule semideveloppée mais dont les atomes n'ont pas la même disposition dans l'espace. I- Stéréoisomères de conformation ou conformères 1- Libre rotation autour d'une liaison simple C-C L'agitation thermique naturelle engendre des mouvements internes dans le squelette carboné d'une molécule. Des rotations autour des simples liaisons C-C s'observent et permettent à la molécule de prendre des « positions » plus ou moins stables. 2- Conformères Ces différentes positions que peut prendre une même molécule s'appellent des conformations. Chaque forme prise que décrit la molécule est un conformère (ou stéréosiomère de conformation). Deux conformères ne sont pas des isomères : il s'agit d'une même et unique molécule « articulée » différemment. Exemple : Voici deux conformères du 1,2-dichloroéthane CH2Cl-CH2Cl conformère décalé conformère éclipsé La stabilité relative des conformères dépend de l'encombrement stérique, c'est-à-dire de la gène due aux groupements volumineux et aux répulsions électroniques entre les groupements chargés ou fortement électronégatifs. Ici, dans le conformère décalé, les deux groupements chlore occupent deux espaces éloignés, ce qui permet de minimiser les répulsions électroniques. Ce conformère sera donc plus stable que le conformère éclipsé. Sur le graphique suivant, on peut observer les différences relatives d'énergie entre les conformères : le plus haut en énergie est le moins stable, le plus bas, le plus stable. 1 Classe de BTS AB2 Chapitre 2 : Stéréochimie 3- Représentation de Newman Cette représentation permet de mieux visualiser les conformères dans l'espace. Il faut visualiser la molécule selon un axe carbone-Carbone, puis ensuite placer les différents atomes attachés à ces carbones. Exemple 1 : Le 1,2-dichloroéthane CH2Cl-CH2Cl Exemple 2 : Le cyclohexane II- Stéréoisomères de configuration A la diiférence des stéréoisomères de conformation, pour passer d'un stéréoisomère de configuration à un autre, il faut casser au moins une liaison. 1- Chiralité Une structure est chirale (du grec Kiros = main) si elle n'est pas superposable à son image dans un miroir (plan). Par exemple : vos deux mains sont images l'une de l'autre dans un miroir et vous ne pouvez pas les superposer, ce sont donc des structures chirales. 2- Activité optique Une molécule chirale possède une activité optique : elle dévie le plan d'une lumière polarisée. Si le plan de polarisation tourne vers la droite par rapport à l'observateur, la substance est dite dextrogyre. Si le plan de polarisation tourne vers la gauche par rapport à l'observateur, la substance est dite lévogyre. 2 Classe de BTS AB2 Chapitre 2 : Stéréochimie 3- Enantiomères Une molécule chirale et son image dans un miroir forment un couple d'énantiomères. Ces deux molécules ne sont pas superposables, elles sont images l'une de l'autre. Leurs propriétés physiques et chimiques sont quasiment identiques, seules leurs propriétés biologiques et leur activité optique diffèrent. Remarque : Un mélange équimolaire de deux énantiomères n'a pas d'activité optique, on parle de mélange racémique. 4- Carbone asymétrique Un carbone est dit asymétrique s'il possède 4 substituants différents. Il est forcément tétragonal. On le note C*. Une molécule ayant un seul carbone asymétrique est forcément chirale. Attention : une molécule ayant plusieurs carbones asymétriques, ne l'est pas forcément. Remarque : autour d'un carbone asymétrique, il y a deux façons de placer les 4 substituants, une nomenclature est donc nécessaire. 5- Les règles de Cahn-Ingold-Prelog Il s'agit de classer par ordre de priorité décroissante, les groupes liés à un carbone asymétrique, dit atome central. Règle 1 : La priorité des atomes diminue quand leur numéro atomique Z diminue : O>N>C>H Règle 2 : Les isotopes ayant un nombre de masse A plus élevé sont prioritaires : T(ritium) > D(euterium) > H Règle 3 : Lorsque deux atomes ne peuvent pas être classer « au premier rang », on va classer les atomes du rang suivant : -NH2CH3 > -NH3 Règle 4 : Si un atome A est lié à un atome B par une liaison double (ou triple), on considère, pour déterminer les ordres de priorité, que l'atome A est lié à deux atomes B : -CH=CH2 > -CH2-CH3 Ces quatre règles sont les plus couramment utilisées. Exemple : Z(H) = 1 ; Z(O) = 6 ; Z(C) = 4 6- Configuration absolue R et S d'un carbone asymétrique Une fois les substituant classés, on regarde dans l'axe du carbone asymétrique vers le 4ème substituant. Si on passe de 1 à 2 puis 3 en tournant dans le sens des aiguilles d'une montre, le carbone a pour configuration absolue R (pour Rectus). Si on passe de 1 à 2 puis 3 en tournant dans le sens inverse des aiguilles d'une montre, le carbone a pour configuration absolue S (pour Sinister) 3 Classe de BTS AB2 Chapitre 2 : Stéréochimie 7- Diastéréoisomères Dans le cas où une molécule possède plusieurs carbones asymétriques, on peut obtenir des diastéréoisomères : ce sont des isomères de configuration qui ne sont pas énantiomères. Deux diastéréoisomères ont souvent des propriétés physiques ou chimiques très différentes. 8- Isomérie Z et E (diastéréoisomérie) Cette isomérie ne concerne que les doubles liaisons Carbone-Carbone. On classe, avec les règles de Cahn-Ingold-Prelog, les deux substituant de chaque carbone : Si les substituant prioritaires sont du même côté de la double liaison, on utilise la désignation Z (pour Zusammen = ensemble en allemand) Si les substituant prioritaires sont de part et d'autre de la double liaison, on utilise la désignation E (pour Entgegen = opposé en allemand) Deux stéréoisomères Z et E ont le plus souvent des propriétés physiques ou chimiques très différentes. 4
