STEREOCHIMIE.

Présentation au sujet: "STEREOCHIMIE."— Transcription de la présentation:

1 STEREOCHIMIE

2 On appelle isomères des composés qui ont même formule brute mais qui différent par l’ordre ou la nature des liaisons entre les atomes, par la disposition des atomes dans l’espace

3 I - ISOMERIE DE CONSTITUTION
I–1 Définition Des isomères de constitution sont des isomères qui ont une formule semi développée différente I–2 Isomérie de chaîne Des isomères de chaine ont un enchaînement des atomes de carbone différent

4 I–3 Isomérie de position
Des isomères de position ont la même chaîne carbonée, même fonction mais la position du groupe fonctionnel sur le squelette est différente

5 I–4 Isomérie de fonction
Des isomères de fonction ont des groupes fonctionnels différents Les propriétés chimiques des isomères de fonction sont différentes.

6 II - STEREOISOMERIE : GENERALITES
II-1 Définition Des stéréoisomères sont des isomères qui ne diffèrent que par l’arrangement spatial des atomes On distingue deux types de stéréoisomères : Stéréoisomères de conformation Stéréoisomères de configuration

7 II - STEREOISOMERIE : GENERALITES
II-2 Représentations des molécules II-2-a Représentations spatiales Sur ordinateur, différentes représentations peuvent être utilisées (fil de fer, bâtonnets, boules et bâtonnets, modèle compact)

8 Modèle fil de fer ou squelette Modèle bâtonnets
Modèle boules et bâtonnets Modèle compact

9 II-2-b Représentation plane des structures spatiales
Exemple : 1,2-dichloro-1-iodo-2-bromoéthane Représentation en perspective

10 II-2-b Représentation plane des structures spatiales
Exemple : 1,2-dichloro-1-iodo-2-bromoéthane Représentation de Cram ou conventionnelle

11 Dans le plan Cl Cl Br En avant En arrière I H H
II-2-b Représentation plane des structures spatiales Exemple : 1,2-dichloro-1-iodo-2-bromoéthane Représentation de Cram ou conventionnelle Dans le plan Cl Cl Br En avant En arrière I H H

12 Cl H Cl Br I Cl Br H I Cl Br I H H
II-2-b Représentation plane des structures spatiales Représentation de Newman Cl H Cl Br I Cl Br H I Cl Br I H H Chemdraw 3D

13 Remarque Cl Br H I Cl H I Br ≠ A ≠ B

14 III – STEREOISOMERES DE CONFIGURATION
III-1 Définitions III-1-a Stéréoisomères de configuration Des stéréoisomères de configuration sont des stéréoisomères dont le passage de l’un à l’autre nécessite la rupture d’une liaison III-1-b Enantiomères Deux stéréoisomères de configuration sont énantiomères s‘ils sont images l'un de l'autre dans un miroir

15 A et B sont énantiomères
Exemple : en représentation de Newman A et B sont énantiomères

16 A et B sont diastéréoisomères
III – STEREOISOMERES DE CONFIGURATION III-1 Définitions III-1-c Diastéréoisomères Deux stéréoisomères de configuration sont diastéréoisomères s‘ils ne sont pas images l'un de l'autre dans un miroir A et B sont diastéréoisomères A B Cl Br H I Cl H I Br

17 C et D sont diastéréoisomères
III – STEREOISOMERES DE CONFIGURATION III-1 Définitions III-1-c Diastéréoisomères Deux stéréoisomères de configuration sont diastéréoisomères s‘ils ne sont pas images l'un de l'autre dans un miroir C et D sont diastéréoisomères téb = 48°C téb = 60°C µ = 0 D µ = 1,89 D C D Les diastéréoisomères ne sont pas superposables, ils sont séparables et ont des propriétés différentes : températures de changement d'état, moment dipolaire,....

18 III – STEREOISOMERES DE CONFIGURATION
III-2 Stéréoisomérie optique III-2-a Chiralité Une molécule est chirale lorsqu'elle n'est pas superposable à son image dans un miroir

19 Exemple : acide 2-hydroxypropanoïque
formule topologique On appelle substituant un atome ou groupe d’atomes lié à un atome d’étude Un atome de carbone tétragonal (AX4E0) est dit asymétrique s’il est lié à 4 substituants différents , il est noté C*

20 * * 1 des 2 stéréoisomères

21 molécules chirales, énantiomères
 180° molécules chirales, énantiomères

22 Un carbone asymétrique n’est pas superposable à son image dans un miroir
La présence d’1 carbone asymétrique unique rend la molécule chirale Si une molécule présente plusieurs carbones asymétriques, elle peut être chirale ou achirale Dans certains cas bien particuliers, une molécule peut être chirale sans présenter de carbone asymétrique

23 Une molécule chirale et son énantiomère ont les mêmes propriétés physiques et chimiques mais des propriétés biochimiques et une propriété optique différente: Elles font tourner le plan de polarisation de la lumière polarisée d’un angle opposé. On dit qu’elles sont optiquement actives Un mélange contenant 50% de chaque énantiomère est appelé mélange racémique, il n’a aucun effet sur la lumière polarisée

24 Propriétés biochimiques différentes :

25 2 énantiomères ont même nom : acide 2-hydroxypropanoïque
Or ce sont des molécules différentes. Il faut les nommer différemment : On les distinguera en donnant la configuration absolue du carbone asymétrique (R ou S) en utilisant les règles de priorité décrites par Cahn Ingold Prelog

26 Z(O) > Z(N) > Z(C) > Z(H)
III-2-b Règles de Cahn, Ingold Prelog Règle 1 : Un atome de numéro atomique (Z) plus élevé a la priorité sur un atome de numéro atomique plus faible CH2OH OH NH2 H Z(O) > Z(N) > Z(C) > Z(H)

27 III-2-b Règles de Cahn, Ingold Prelog
Quand deux substituants directement liés au centre étudié (substituant de premier rang) ont même priorité, on examine les atomes qui leur sont liés (deuxième rang).

28 * III-2-b Règles de Cahn, Ingold Prelog Règle 3 :
Si au rang n°2, on ne peut pas conclure, on choisit la route prioritaire correspondant à l'atome prioritaire. Dans le cas où il n'y aurait pas d'atome prioritaire, on étudie les branches prioritaires jusqu'à la première différence. *

29 III-2-b Règles de Cahn, Ingold Prelog
Les liaisons doubles et triples sont traitées comme si elles étaient saturées. Pour deux atomes doublement liés, on attache à chacun d'eux une réplique de l'autre atome. Pour deux atomes triplement liés, on attache à chacun d'eux deux répliques de l'autre atome

30 III-2-c Configuration absolue d’un carbone asymétrique : R ou S
On classe les substituants selon les règles de préséance de Cahn, Ingold et Prelog (N° 1>2>3>4)

31 III-2-c Configuration absolue d’un carbone asymétrique : R ou S
On classe les substituants selon les règles de préséance de Cahn, Ingold et Prelog (N° 1>2>3>4) On regarde la molécule suivant l'axe de la liaison C*(4)

32 III-2-c Configuration absolue d’un carbone asymétrique : R ou S
On classe les substituants selon les règles de préséance de Cahn, Ingold et Prelog (N° 1>2>3>4) On regarde la molécule suivant l'axe de la liaison C*(4) R Si la rotation (1) vers (2) vers (3) se fait dans le sens des aiguilles d'une montre, le carbone asymétrique est dit R ("rectus")

33 III-2-c Configuration absolue d’un carbone asymétrique : R ou S
On classe les substituants selon les règles de préséance de Cahn, Ingold et Prelog (N° 1>2>3>4) On regarde la molécule suivant l'axe de la liaison C*(4) R S Si la rotation (1) vers (2) vers (3) se fait dans le sens inverse des aiguilles d'une montre, le carbone asymétrique est dit S (« sinister")

34 III-2-c Configuration absolue d’un carbone asymétrique : R ou S
Acide (R)-2-hydroxypropanoïque Acide (S)-2-hydroxypropanoïque

35 III-2-d Cas des molécules à deux carbones asymétriques
 Cas de deux carbones asymétriques non identiques Il existe 2 configurations pour chaque atome de carbone soit 4 stéréoisomères (2n avec n nombre de C ici égal à 2) énantiomères R,R S,S Diastéréoisomères énantiomères R,S S,R

36 Exemple : 3-chlorobutan-2-ol CH3-CHOH-CHCl-CH3
* * * * ou mieux

37 Exemple : 3-chlorobutan-2-ol CH3-CHOH-CHCl-CH3
1 des 4 stéréoisomères :

38 Exemple : 3-chlorobutan-2-ol CH3-CHOH-CHCl-CH3
Permutation de 2 substituants Permutation de 2 substituants énantiomères (2R,3R) (2S,3S)

39 Exemple : 3-chlorobutan-2-ol CH3-CHOH-CHCl-CH3
énantiomères (2R,3R) (2S,3S)

40 Permutation de 2 substituants
Exemple : 3-chlorobutan-2-ol CH3-CHOH-CHCl-CH3 énantiomères (2R,3R) (2S,3S) Permutation de 2 substituants Sur C3 Diastéréoisomères énantiomères (2S,3R) (2R,3S)

41  Cas de deux carbones asymétriques portant exactement les mêmes substituants

42 Exemple : HOOC-CHOH-CHOH-COOH
énantiomères

43 Exemple : HOOC-CHOH-CHOH-COOH
énantiomères =

44 = Exemple : HOOC-CHOH-CHOH-COOH
énantiomères Dans ce cas, il existe seulement 3 stéréoisomères : R, R et S, S qui sont des énantiomères R, S qui possède un plan de symétrie donc achirale Dia Dia = Le stéréoisomère R,S est appelé composé MESO: c’est une molécule qui présente plusieurs C* avec des substituants identiques et qui est achirale Propriété : molécule optiquement inactive

45 III-2-e Complément : séparation de 2 énantiomères

46 III-3 Stéréoisoméres Z-E
but-2-ène isomère E isomère Z Si les substituants prioritaires sont de part et d'autre de la double liaison, c'est l'isomère E (Entgegen : contraire) Si les substituants prioritaires sont d'un même coté de la double liaison, c'est l'isomère Z (Zusammen : ensemble)

47 III-3 Stéréoisoméres Z-E
but-2-ène diastéréoisomères isomère E isomère Z Si les substituants prioritaires sont de part et d'autre de la double liaison, c'est l'isomère E (Entgegen : contraire) Si les substituants prioritaires sont d'un même coté de la double liaison, c'est l'isomère Z (Zusammen : ensemble)

48 2-chlorobut-2-ène Dans le cas où les deux atomes de carbone possèdent des substituants différents, il faut identifier le substituant prioritaire sur chaque C en utilisant les règles de Cahn, Ingold, Prelog

49 III-3 Stéréoisoméres Z-E
2-chlorobut-2-ène 1 2 Dans le cas où les deux atomes de carbone possèdent des substituants différents, il faut identifier le substituant prioritaire sur chaque C en utilisant les règles de Cahn, Ingold, Prelog

50 III-3 Stéréoisoméres Z-E
2-chlorobut-2-ène 1 1 2 2 isomère Z Dans le cas où les deux atomes de carbone possèdent des substituants différents, il faut identifier le substituant prioritaire sur chaque C en utilisant les règles de Cahn, Ingold, Prelog

51 III-3 Stéréoisoméres Z-E
2-chlorobut-2-ène 1 2 1 1 2 2 1 2 isomère Z isomère E Dans le cas où les deux atomes de carbone possèdent des substituants différents, il faut identifier le substituant prioritaire sur chaque C en utilisant les règles de Cahn, Ingold, Prelog

52 III-4 Stéréoisomérie cis-trans des cycles
Pour un composé cyclique, les substituants peuvent se trouver d'un même coté du plan moyen du cycle ou de part et d'autre Si les substituants sont d'un même coté du plan moyen du cycle, il s'agit de l'isomère cis Si les substituants sont de part et d'autre du plan moyen du cycle, c'est l'isomère trans Cis Trans

53 IV – STEREOISOMERES DE CONFORMATION
Des stéréoisomères de conformation sont des stéréoisomères dont le passage de l’un à l’autre ne nécessite pas la rupture d’une liaison mais se fait par simple rotation autour des liaisons simples Les isomères de conformation ne sont pas séparables

54 IV – STEREOISOMERES DE CONFORMATION
IV-1 Le 1,2-dichloroéthane CH2ClCH2Cl La courbe d'énergie du 1,2-dichloroéthane montre que les formes les plus stables correspondant à l'énergie minimale, sont les formes décalées 60° 180°

55 IV – STEREOISOMERES DE CONFORMATION
IV-1 Le 1,2-dichloroéthane CH2ClCH2Cl Les formes éclipsées ont une énergie plus forte 0° 120°

56 Conformation Chaise et Bateau
IV – STEREOISOMERES DE CONFORMATION IV-2 Le cas du cyclohexane Conformation Chaise et Bateau Conformation Chaise du Cyclohexane Conformation Bateau du Cyclohexane Conformation Chaise du Cyclohexane

57 IV – STEREOISOMERES DE CONFORMATION
IV-2 Le cas du cyclohexane Dessiner un cyclohexane en conformation Chaise avec les atomes d’hydrogène

58 IV – STEREOISOMERES DE CONFORMATION
IV-2 Le cas du cyclohexane Dessiner un cyclohexane en conformation Chaise avec les atomes d’hydrogène

59 IV – STEREOISOMERES DE CONFORMATION
IV-2 Le cas du cyclohexane Dessiner un cyclohexane en conformation Chaise avec les atomes d’hydrogène

60 IV – STEREOISOMERES DE CONFORMATION
IV-2 Le cas du cyclohexane Dessiner un cyclohexane en conformation Chaise avec les atomes d’hydrogène

61 IV – STEREOISOMERES DE CONFORMATION
IV-2 Le cas du cyclohexane Dessiner un cyclohexane en conformation Chaise avec les atomes d’hydrogène

62 Conformation Chaise et Bateau avec les atomes d’hydrogène
IV – STEREOISOMERES DE CONFORMATION IV-2 Le cas du cyclohexane Conformation Chaise et Bateau avec les atomes d’hydrogène Film 1 basculement utilisant conf. bateau Film2 basculement simultané

63 Représentation en Newman

64 Représentation en Newman

65 Représentation en Newman

66 Représentation en Newman

67 Représentation en Newman

68 Représentation en Newman

69 Représentation en Newman

70 Représentation en Newman

71 Représentation en Newman

72 Représentation en Newman

73 Représentation en Newman

74 Représentation en Newman

75 Représentation en Newman

76 Représentation en Newman

77 Représentation en Newman avec un groupement
Conformation avec un groupement en position axiale peu favorisée (moins stable qu’en position équatoriale)

78 EXERCICE N°40

79