L6 I- Représentations des molécules Représentation spatiale des molécules 1) Représentation de CRAM Pour représenter dans un plan la géométrie spatiale des molécules, on utilise les conventions de Donald James Cram. Liaisons dans le plan Liaisons en avant du plan Liaisons en arrière du plan Conventions de Cram 2) Stéréoisomérie Deux molécules de même formule semi-développée peuvent correspondre à des espèces chimiques différentes, selon la position de leurs atomes dans l’espace : on parle alors de stéréoisomérie. Les espèces chimiques sont appelées des stéréoisomères. II- Stéréoisomères de conformation 1) Définition On appelle conformation d’une molécule la disposition dans l’espace des atomes de cette molécule les uns par rapport aux autres. Deux structures sont dites stéréoisomères de conformation si l’on peut passer de l’une à l’autre par rotation autour d’une ou plusieurs liaisons simples. On passe ainsi d’une conformation à l’autre sans rompre de liaison. 2) Conformation la plus stable La conformation qui possède l’énergie potentielle la plus faible correspond à la conformation la plus stable. III Stéréoisomères de configuration Deux stéréoisomères sont dits de configuration si, pour passer de l’un à l’autre, il est nécessaire de rompre et créer des liaisons. 1) Enantiomères a) Chiralité Un objet est dit chiral s’il n’est pas superposable à son image dans un miroir plan. Dans le cas contraire, il est dit achiral. Un objet présentant un élément de symétrie (plan ou centre) est achiral. b) Atome de carbone asymétrique Parmi les atomes de carbone tétraédrique, on distingue l’atome de carbone asymétrique, lié à quatre atomes ou groupes d’atomes tous différents. On le note C*. Une molécule possédant un seul carbone asymétrique et chirale. c) Couple d’énantiomères Deux molécules chirales et images l’une de l’autre dans un miroir plan sont dites énantiomères l’une de l’autre. Chacune constitue alors l’énantiomère de l’autre. Les chimistes synthétisent souvent des espèces chimiques sous forme d’un mélange équimolaire d’un couple d’énantiomères. Ce mélange est appelé mélange racémique. d) Chiralité des acides α-aminés Tous les acides aminés naturels présentent, sur le même atome de carbone, appelé carbone α, le groupe caractéristique carboxyle –COOH et le groupe amino –NH2. A l’exception de la glycine, les acides α-aminés naturels possèdent un atome de carbone asymétrique et sont donc chiraux. La plupart des acides α-aminés naturels existent sous la forme de deux énantiomères, appelés D et L, selon l’agencement des groupes d’atomes autour du C*. Les acides aminés L représentent la quasi-totalité des acides aminés dans les protéines. En effet, les enzymes dégradent les D. e) Importance de la chiralité dans la nature Lors des processus de reconnaissance entre une molécule et des sites récepteurs, la réponse physiologique peut être différente selon l’énantiomère impliqué. Le pouvoir tératogène, toxique ou thérapeutique, ou l’odeur sont ainsi différents selon l’énantiomère qui interagit avec le site récepteur : Carvone S sent le cumin et R la menthe fraîche. L-Dopa : un énantiomère traite la maladie de Parkinson, l’autre est toxique. 2) Diastéréoisomères On appelle diastéréoisomères des molécules de même formule semi-développée, non superposables et qui ne sont pas images l’une de l’autre dans un miroir plan. a) Diastéréoisomérie Z/E Elle est due à l’impossibilité de rotation rapide autour des doubles liaisons C=C. Pour qu’une diastéréoisomérie Z/E existe, il est nécessaire que la molécule possède une double liaison et que chaque atome engagé dans cette double liaison soit lié à deux groupes d’atomes différents. b) Molécules à deux atomes de carbone asymétriques