• Stéréochimie

UE1
• Stéréochimie
Représentation des molécules
Représentation spatiale
Isomérie
Notion de chiralité
I. Représentation des molécules
 Il existe plusieurs formules:
 Formule brute: CH CH OH
On ne donne que la composition de la molécule mais aucune indication
sur les arrangements des atomes.
 Formule semi développée: CH − CH − OH
On ne voit pas les liaisons simples entre les hydrogènes.
 Formule développée:
On voit toutes les liaisons entre les atomes.
I. Représentation des molécules
 Formule topologique:
Les atomes ne sont pas représentés exceptés les hétéroatomes (ex: OH,
Cl)
II. Représentation spatiale
Utilisée pour représenter les molécules dans l’espace:
Liaison dans le plan
Liaison en avant du plan
Liaison en arrière du plan
Dans les hybridations sp², les atomes sont dans le même plan. Par
exemple: CH2=CH2
II. Représentation spatiale
• Projection de Newman:
On se place du côté de la molécule, en face du carbone:
Le carbone de devant est représenté par un cercle et celui de derrière est
caché, les liaisons C-H partent du cercle.
H
H
H
H
H
H
II. Représentation spatiale
 Projection de Fisher:
Les liaisons en avant du plan sont représentées par un trait horizontal et celles en
arrière, par un trait vertical.
CHO
H
OH
CH3
Pour les oses, acides aminés… La chaine carbonée la plus
longue doit être verticale. La fonction la plus oxydée doit
être vers le haut.
CHO
OH
H
H
OH
CH2OH
III. Isomérie
Deux molécules sont isomères si elles ont la même formule brute, c’est-à-dire
constituées des mêmes atomes et en même quantité.
Plusieurs types d’isomérie:
- En fonction de leur formule développée plane: isomérie plane
- En fonction de leur forme spatiale: isomérie spatiale ou stéréoisomère
Isomère plane
 Isomère de constitution: Ils ont la même formule brute mais des groupements
fonctionnels différents.
Cétone
Aldéhyde
III. Isomérie
 Isomère de position: Ils ont la même formule brute et le même groupement
fonctionnel mais celui-ci n’a pas la même position sur la chaine carbonée ou la
ramification est différente.
Alcool II
Alcool I
Résumé:
Même
formule
brute
Isomérie
plane
Groupements
fonctionnels
différents
Isomérie de
constitution
Même
groupements
fonctionnels
Mais position
différente
Isomérie de
position
III. Isomérie
Isomérie spatiale ou stéréoisomère
Stéréoisomère: deux molécules qui ont la même formule brute et le même
enchainement d’atome (= même formule plane) mais n’ont pas la même
disposition spatiale.
 Configuration: C’est la structure invariable de la molécule. Elle dépend de sa
nature et c’est elle qui la définit. Si on modifie sa configuration, on doit casser
une liaison et en reformer une.
Un changement de configuration conduit à une nouvelle molécule.
 Conformation : Ce sont les différentes formes que peut prendre une molécule
par simple rotation d’une liaison SIMPLE C-C
III. Isomérie
Exemple de conformation:
H H
H
H
H
H
H
Forme éclipsée
H
H
H
H
H
Forme décalée
ATTENTION: ne pas confondre configuration et conformation
IV. Notion de chiralité
Une molécule chirale est une molécule non superposable à son image dans un
miroir. Elle ne possède ni plan ni axe de symétrie (C’est une condition à la
chiralité, si elle a un plan ou un axe de symétrie, elle n’est pas chirale).
Toute molécule chirale correspond à une autre molécule chirale qui est son image
dans un miroir. Les deux ont une relation d’énantiomérie.
Deux énantiomères ont les mêmes propriétés physico-chimiques mais ont des
propriétés optiques différentes.
Activité optique
Les molécules chirales sont optiquement actives: elles dévient le plan de
polarisation de la lumière. S’il est dévié sur la droite: α > 0, la molécule est
dextrogyre et donc son énantiomère le déviera vers la gauche: α < 0, il sera
lévogyre.
IV. Notion de chiralité
Mélange racémique: mélange équimolaire de 2 énantiomères. Il n’a
pas d’activité optique.
Carbone asymétrique
C’est un carbone lié à 4 substituants différents . 2 configurations possibles:
*
*
On veut pouvoir nommer et distinguer les stéréoisomères. Pour cela il faut
hiérarchiser les carbones asymétriques d’une molécule: il faut utiliser les règles de
Cahn, Ingold et Prelog (CIP).
IV. Notion de chiralité
Règles de CIP
1/ Le premier substituants sera celui avec le numéro atomique (Z) le plus élevé
I > Br > Cl > S > F > O > N > C > H
2/ Si les substituants sont les mêmes, on regarde l’atome qui suit.
*C
C
H
H
H
H
*C
C
H
O
CH2O est prioritaire
3/Il suffit d’un atome prioritaire dans le groupement pour que celui-ci soit
prioritaire.
CH3
H
*C
CH3
C
*C C H
CH2O est prioritaire
CH3
O
.
IV. Notion de chiralité
Règles de CIP
4/ Pour les liaisons multiples: Une liaison multiple avec un atome est considérée
comme autant de liaisons simples avec cet atome. Par exemple:
Exemple:
CHO prioritaire
2ème rang: O
2ème rang: O + (O)
La deuxième liaison sera liée à un atome fantôme. Un atome est prioritaire sur
son fantôme.
IV. Notion de chiralité
Détermination de la configuration d’un C*:
Pour déterminer la configuration d’un C*, on numérote les substituants selon les
règles de CIP et on regarde dans quel sens on passe d’un numéro à l’autre.
Si on tourne dans le sens des aiguilles d’une montre, le carbone est Rectus (R),
sinon il est sinister (S).
IV. Notion de chiralité
Exemple pour les molécules à un carbone asymétrique:
3
3
2
4
1
2
4
1
S
R
CH3
CH3
Cl
Br
H
Br
Cl
H
IV. Notion de chiralité
Règle générale: Pour nC*, on aura 2 stéréoisomères et 2
d’énantiomères.
couples
Exemple pour les molécules à 2 C*:
CHO
CHO
CHO
H
OH
OH
H
OH
H
OH
OH
H
H
CH2OH
2R, 3R
Erythroses
Couple like
CHO
H
H
OH
OH OH
H
CH2OH
CH2OH
CH2OH
2S, 3S
2S, 3R
2R, 3S
Thréoses
Couple unlike
IV. Notion de chiralité
Si les substituants tournent dans le même sens: Couple Erythro
S’ils ne tournent pas dans le même sens: Couple Thréo
Diastéréoisomères: Ce sont des stéréoisomères qui ne sont pas des énantiomères.
2R, 3R
Enantiomère
2S, 3S
Diastéréoisomère
Diastéréoisomère
Diastéréoisomère
2S, 3R
Enantiomère
2R, 3S
IV. Notion de chiralité
Cas particuliers: Acide tartrique
C’est une molécule à 2C* mais seulement 3 substituants différents, 3
stéréoisomères: 2 thréo et 1 érythro.
COOH
H
OH
COOH
COOH
COOH
OH OH
H
H
OH OH
H
H
OH
H
OH OH
H
H
COOH
COOH
Thréo
Ils sont énantiomères
COOH
COOH
Erythro
Ils ne sont pas énantiomères car il existe un
plan de symétrie entre les deux. Ils sont
superposables. 1 seul erythro appelé « méso »
Exemple de QCM