STEREOCHIMIE DES MOLECULES

Stéréoisomérie de conformation Les conformations d’une molécule sont les différents arrangements de ses atomes qui peuvent être obtenus sans rupture de liaisons. On les obtient par rotation autour d’une liaison simple carbone-carbone. L’ADN, macromolécule support de l’hérédité, existe sous différentes conformations.

Stéréoisomérie de conformation Pour une molécule donnée, la conformation la plus stable est celle d’énergie minimale : Les groupes ou atomes portés par les atomes de carbone de la liaison autour de laquelle se fait la rotation sont alors le plus éloignés possible : Cas du butane :

Définition adaptée du site Wikipédia La chiralité (du grec ch[e]ir : main) est une importante propriété d’asymétrie dans diverses branches de la science. Un objet ou un système est appelé chiral s’il constitue l’image dans un miroir plan d’un autre objet ou système avec lequel il ne se confond pas.

Les objets suivants sont-ils chiraux ou achiraux ?

Une boule de cristal ACHIRAL

Une règle graduée CHIRAL

Des briques de construction ACHIRAL

Le soulier de Cendrillon… CHIRAL

Un avion sans nom de compagnie sur la carlingue ACHIRAL

A la cuisine… ACHIRAL CHIRAL CHIRAL CHIRAL

Le réfrigérateur est non superposable à son image dans un miroir plan Le réfrigérateur est non superposable à son image dans un miroir plan OBJET CHIRAL Miroir plan

Il en est de même pour cette horloge… Miroir plan

Stéréoisomères de configuration : les énantiomères On appelle stéréoisomères des molécules qui ont la même formule semi-développée mais des arrangements d’atomes différents dans l’’espace. Deux énantiomères sont des molécules images l’une de l’autre dans un miroir plan, mais non superposables, même après rotation autour de liaison simple.

Enantiomères et propriétés physiques Les propriétés physiques des composés chiraux sont identiques à l'exception de la capacité qu'ils ont de faire tourner le plan de polarisation d'une lumière incidente polarisée. Un des énantiomères fait tourner ce plan de polarisation dans le sens de rotation des aiguilles d'une montre, l'autre dans le sens inverse.

Mélange racémique C’est un mélange équimolaire d’un couple d’énantiomères Il est donc optiquement inactif

Miroir plan Ces deux molécules sont l’image l’une de l’autre dans un miroir plan. Elles ne sont pas en revanche superposables.

Les liaisons et les atomes sont dans le plan de la « feuille ». Représentation de Cram Les liaisons et les atomes arrivés sont en arrière du plan de la « feuille ». COOH H C 3 O COOH H C 3 O COOH H C 3 O Les liaisons et les atomes sont dans le plan de la « feuille ». Les liaisons et les atomes arrivés sont en avant du plan de la « feuille ».

COOH H C 3 O

Définition : Un atome de carbone est dit asymétrique s’il est lié à quatre atomes ou groupes d’atomes strictement différents. Un carbone asymétrique est repéré par un astérisque. Une molécule possédant un atome de carbone asymétrique est chirale.

Acide tartrique et Pasteur * * Présence de 2 carbones asymétriques Possibilité de chiralité

Un exemple d’un acide aminé : la leucine fonction acide carboxylique fonction amine

Un cas particulier : la glycine Comme le radical R de la glycine correspond à un hydrogène, le C situé en  n’est pas un carbone asymétrique. La glycine n’existe pas sous la forme de deux énantiomères.

Les deux énantiomères de l’alanine Miroir plan

Formation d’un dipeptide La liaison entre deux acides aminés se nomme liaison peptidique. Chimiquement parlant, il s’agit d’une fonction amide qui se forme lors de la réaction entre la fonction acide carboxylique de l’AA1 et la fonction amine de l’AA2.

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Enantiomères et propriétés biologiques Deux énantiomères ont des propriétés physiques et chimiques identiques tant que le réactif ou le phénomène mise en jeu et non chiral. La plupart des processus du vivant mettent en jeu des phénomènes chiraux : un récepteur biologique ne reconnaitra qu’une forme énantiomère d’une molécule chirale et pas l’autre : deux énantiomères ont des propriétés biologiques différentes. http://www.ac-creteil.fr/biotechnologies/doc_biochemistry-chirality.htm

Forme énantiopure Les deux énantiomères sont séparés et on isole l’un d’entre eux afin d’obtenir une forme énantiopure

Application industrielle de la chiralité dans le domaine chimique Les deux formes énantiomères de la « tristement célèbre » thalidomide

Quelques propriétés biologiques des formes énantiomères Morphine : propriété analgésique

Seul l’énantiomère du bas possède une activité pharmacologique Ibuprofène : propriété anti-inflammatoire Seul l’énantiomère du bas possède une activité pharmacologique *

Limonène : Propriétés odorantes Selon que l’on considère l ’énantiomère S ou R, le limonène a soit une odeur de citron soit une odeur d’orange. Les récepteurs olfactifs de l’être humain sont donc sensibles comme d’autres capteurs à la chiralité des molécules.

Pour la culture générale…

Stéréoisomères : les diastéréoisomères On appelle diastéréoisomères des molécules de même formule semi-développées, non superposables et qui ne sont pas images l’une de l’autre dans un miroir :

Stéréoisomères : les diastéréoisomères 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 :

Stéréoisomères de configuration : les diastéréoisomères Lorsqu’une molécule présente deux atomes de carbone asymétriques, il existe le plus souvent quatre stéréoisomères dont certains sont diastéréoisomères entre eux :

Les différentes configurations de la vitamine C Relation de diastéréoisomérie Relation d’énantiomérie

Propriétés des diastéréoisomères Certaines propriétés physiques et chimiques des diastéréoisomères peuvent être différentes (température de changement d’état, solubilité, pH...) Ils sont donc facilement séparables. Voir TP

A et B sont des isomères de constitution. NON NON Deux molécules A et B de même formule brute correspondent-elles à une même formule plane ? A et B sont des stéréoisomères de conformation. OUI OUI OUI OUI OUI OUI OUI A et B sont des stéréoisomères. Peut-on passer de A à B par des rotations autour de liaisons simples ? A et B sont des stéréoisomères de configuration. Pour passer d’une molécule à l’autre, il faut casser des liaisons NON NON NON NON NON A et B sont des énantiomères. A et B sont-ils images l’un de l’autre dans un miroir ? OUI NON NON NON NON NON A et B sont des diastéréoisomères.