Thème 2 : Lois et modèles

LM 14 Stéréoisomérie des molécules organiques.

I) Les chaînes carbonées et les ramifications. A Les chaînes carbonées saturées Chaîne saturée Une chaîne saturée est une chaîne composée d'atomes de carbone reliés entre eux uniquement par des liaisons simples. La formule de la molécule d'éthane est la suivante : CH3−CH3 Il s'agit d'une chaîne saturée car elle ne contient pas de liaisons doubles ou triples. Alcane Un alcane est une chaîne saturée ouverte dont la formule générale s'écrit : CnH2n+2 Les molécules de méthane (CH4) et d'éthane (C2H6) sont des alcanes. Les composés chimiques ne comportant que des atomes d'hydrogène et de carbone sont appelés des hydrocarbures.

B Les chaînes carbonées insaturées. Chaîne insaturée Une chaîne insaturée est une chaîne composée d'atomes de carbone comportant au moins un carbone lié par une liaison double (ou une liaison triple) appelée insaturation. La formule de l'éthène est la suivante : CH2=CH2 Il s'agit d'une chaîne insaturée car les deux carbones sont liés par une liaison double. Alcène Un alcène est une chaîne insaturée ouverte dont la formule générale s'écrit : CnH2n Le propène est un exemple d'alcène. Sa formule brute est : C3H6 Et sa formule semi-développée est : CH2=CH−CH3

(chaîne principale) −CH2−CH3 C Les chaînes ramifiées Chaîne ramifiée Une chaîne ramifiée est une chaîne carbonée, appelée chaîne principale, sur laquelle sont liés un ou plusieurs groupements d'atomes, appelés ramifications, qui peuvent être : Des groupes fonctionnels Des groupements alkyles Groupement alkyle Un groupement alkyle est un alcane ayant perdu un atome d'hydrogène pour se ramifier à une chaîne principale. Sa formule générale est : CnH2n+1 Le groupement suivant est un groupement alkyle relié à une chaîne principale par son premier carbone : (chaîne principale) −CH2−CH3 Groupe fonctionnel Un groupe fonctionnel est un groupe d'atomes ayant une réactivité caractéristique et similaire quelle que soit la molécule dont il fait partie, définissant ainsi une famille de composés chimiques. Le groupement O−H est un exemple de groupe fonctionnel. Les groupements alkyles ne sont pas considérés comme étant des groupes fonctionnels. Famille de composés chimiques Une famille de composés chimiques est composée par toutes les molécules possédant un même groupe fonctionnel. Le groupement O−H définit la famille des alcools dont l'éthanol fait partie.

II) Nomenclature des molécules organiques. Voir le livre fiche méthode 7 page B7 Le nom d'une chaîne carbonée est décomposé en deux parties : le préfixe et le suffixe. Le préfixe indique le nombre de carbone formant la chaîne. Le suffixe indique la famille définie par la chaîne.

Les groupements alkyles Les groupements alkyles étant des dérivés des alcanes, leur nomenclature est similaire : Un préfixe qui indique le nombre de carbone du groupement. Un suffixe en -yle

Les groupes fonctionnels (ou les fonctions) Les groupes fonctionnels sont nommés par un suffixe apposé au nom de la chaîne principale

Le nom final d'une molécule se décompose en quatre parties : La structure du nom Le nom final d'une molécule se décompose en quatre parties : Formule développée du 2-méthylbutane

Formule développée du butanol

2-méthylbutanoate d'éthyle

Cette molécule s'appelle donc N-méthyléthanamine. Dans la nomenclature des amines et des amides, il faut toujours mettre en préfixe le nom des ramifications rattachées à l'atome d'azote précédé d'un N. Voici un exemple d'une molécule portant une fonction amine : CH3−CH2−NH−CH3 La fonction est la fonction amine donc le suffixe sera -amine. La chaîne principale est la chaîne la plus longue donc la chaîne composée de deux carbones est appelée éthane. L'atome d'azote est lié à un groupement méthyle . Cette molécule s'appelle donc N-méthyléthanamine.

III- Représentation des molécules organiques. 1)- Formules planes.               Une molécule peut être représentée par : -     Sa formule développée, -     Sa formule semi-développée, -     Sa formule topologique. Revoir le cours de première S Modèle moléculaire : butan-2-ol

Formule semi-développée : Formule développée : Formule topologique : Formule semi-développée :

IV. Formules spatiales des molécules. a) Représentation de CRAM. Convention : -     Un trait plein –– représente une liaison entre deux atomes situés dans le plan de la figure -     Un triangle allongé plein   représente une liaison entre un atome situé dans le plan de la figure et un atome situé en avant de ce plan. -     Un trait hachuré    ou un triangle hachuré  représente une liaison entre un atome situé dans le plan de la figure et un atome situé en arrière de ce plan.

EX: la molécule de butan-2-ol :  La représentation de Cram permet de rendre compte de la géométrie tétraédrique autour de l’atome de carbone.

b) La chiralité. Définition : -     Un objet est chiral s’il n’est pas superposable à son image dans un miroir.  La chiralité a été étendue aux molécules par PASTEUR en 1848.

c) Importance de la chiralité dans la nature : Les systèmes biologiques sont souvent constitués de molécules chirales ( acides aminés, protéines, glucides., acides nucléiques ..) Lors des processus de reconnaissance entre une molécule et des sites récepteurs ( d'une enzyme par exemple), la réponse physiologique est différente selon l'énantiomère impliqué. Ici, l'énantiomère de droite ne peut pas interagir avec le site récepteur.

d) acide 𝛼 -aminés Chiralité des acides α - aminés : Les acides α - aminés sont les constituants des protéines. A l'exception de la glycine, ils présentent tous sur le même carbone appelé α , le groupe -CO2H (carboxyle) et le groupe amino -NH2. Ils possèdent un carbone asymétrique et sont chiraux. (glycine : R = H , H2N-CH2-CO2H )

- Les stéréoisomères de conformation. V- Les différentes relations de stéréoisomérie. Définition.  Deux corps sont stéréoisomères lorsqu'ils ont :  -     Même constitution (même formule plane).  -     Des structures spatiales différentes.  -     Ils différent par l'agencement spatial de leurs atomes.  -     Les stéréoisomères de conformation.  -     Les stéréoisomères de configuration.  On distingue : 

1) Stéréoisomères de conformation : -     On passe d’un stéréoisomère de conformation à un autre par libre rotation autour d’une liaison simple.   Deux stéréoisomères de conformation sont deux agencements spatiaux d’une même molécule.

  À température ambiante, il y a libre rotation autour de la simple liaison.  -     Le passage de l'un à l'autre se fait sans rupture de liaison.     Les conformations décalées sont plus stables que les conformations éclipsées car les liaisons C ‑‑ H sont les plus éloignées possibles dans les conformations décalées.

2) Stéréoisomères de configuration. -    Pour passer d’un stéréoisomère de configuration à un autre, il faut briser des liaisons chimiques. Deux stéréoisomères de configuration sont deux molécules différentes.

a) Cas des composés à un atome de carbone asymétrique. C'est un atome de carbone tétragonal lié à quatre atomes ou groupes différents.  -     On le repère par un astérisque.    Ex: la molécule de butan-2-ol possède-t-elle un carbone asymétrique?  OUI

  La molécule A n’est pas superposable à son image (la molécule B) dans un miroir. -     Une molécule possédant un seul atome de carbone asymétrique est toujours chirale. Énantiomères : stéréoisomères de configuration qui sont image l'un de l'autre dans un miroir. Les stéréoisomères correspondant sont appelés énantiomères.

Deux énantiomères ont des pouvoirs rotatoires opposés.  b) Mélange racémique :   On appelle mélange racémique un mélange de quantités égales de deux énantiomères.  Les propriétés biologiques et pharmacologiques de deux énantiomères sont presque toujours différentes.  Deux énantiomères n'ont pas le même effet sur la lumière polarisé rectilignement.  sens des aiguilles d'une montre: dextrogyre notée (+).  sens trigonométrique: lévogyre notée (–).   Deux énantiomères ont des pouvoirs rotatoires opposés.  -     Un mélange racémique ne possède pas de pouvoir rotatoire.

3) Diastéréosiomères. 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 ; ce sont donc des stéréoisomères qui ne sont pas énantiomères. a) Stéréoisomérie de configuration : diastéréoisomères Z / E. (Voir cours de 1ere S) .

Exemple : 2,3,4trihydroxybutanal b)  Cas des composés à deux atomes de carbone asymétrique. Lorsqu'une molécule présente deux carbones asymétriques, il existe le plus souvent quatre stéréoisomères, dont certains sont diastéréoisomères entre eux. Exemple : 2,3,4trihydroxybutanal

FIN LM14