Chapitre X Stéréoisomérie

I – Représentation spatiale des molécules 1 – Représentation de Cram Les représentations des molécules vues précédemment sont des représentations planes. La représentation de Cram permet de visualiser la structure tridimensionnelle des molécules.

Exemple : Le méthane L’angle existant entre deux liaisons voisines dans le plan est voisin de 109°. Rappel : Un atome de carbone a une géométrie tétraédrique s’il est engagé dans quatre liaisons covalentes : il est au centre d’un tétraèdre dans les quatre sommets sont occupés par les atomes qui lui sont liés.

La représentation de Cram autour d’un atome de carbone peut se faire en utilisant les formules développée, semi-développée ou topologique.

2 – Stéréoisomérie Deux molécules qui ont la même formule semi-développée (même enchaînement des liaisons et des atomes) mais qui diffèrent par la disposition des atomes dans l’espace sont appelés des stéréoisomères. Le passage d’un stéréoisomère à l’autre peut se faire soit par rotation rapide autour d’une liaison simple, soit par rupture d’une liaison.

II – Carbone asymétrique 1 – Chiralité Activité 1: Sur les traces de Pasteur

2 – Carbone asymétrique Parmi les atomes de carbone tétraédrique, on distingue l’atome de carbone qui est lié à quatre atomes ou groupes d’atome tous différents. Ex : 1-bromo-1-chloroéthane Un atome de carbone asymétrique est un atome de carbone tétraédrique lié à quatre atomes (ou groupes d’atomes) tous différents. Il est noté est un astérisque (C*).

3 – Reconnaître des espèces chirales Une molécule est chirale si elle n’est pas superposable à son image dans un miroir plan. Il existe plusieurs méthodes pour reconnaître une molécule chirale.

- Une molécule possédant un unique atome de carbone asymétrique est chirale.

- Une molécule possédant un plan de symétrie est achirale - Si une molécule n’est pas superposable à son image dans un miroir plan, alors elle est chirale. En pratique, il faut dessiner l’image dans un miroir plan de la molécule en représentation de Cram, puis vérifier s’il elle lui est superposable ou non, en retournant la molécules de 180° selon un axe vertical au besoin.

III – Stéréoisomères de configuration Deux stéréoisomères sont dits de configurations si, pour passer de l’un à l’autre, il est nécessaire de rompre et créer des liaisons. Ce sont deux molécules différentes.

Activité 2: Stéréoisomères de configuration

1 – Enantiomère Une molécule chirale et son image dans un miroir plan forment un couple de molécules. Deux molécules chirales et images l’un de l’autre dans un miroir plan sont appelés énantiomères. Chacune constitue l’énantiomère de l’autre. Un couple d’énantiomères a les mêmes propriétés physiques (température de changement d’état, masse volumique) excepté l’action sur la lumière polarisée. Ils ont presque les mêmes propriétés chimiques. Ils ont des propriétés biochimiques différentes.

Exemples: Les deux énantiomères de la thalidomide ont des propriétés biochimiques différentes : l’énantiomère a est tératogène (provoque des graves malformations sur les fœtus) alors que l’énantiomère b est sédatif.

Il est courant d’aboutir lors d’une synthèse organique à un mélange de deux produits énantiomères. Un mélange racémique est un mélange contenant en proportions égales les deux énantiomères.

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. Deux diastéréoisomères ont des propriétés chimiques et physiques différentes. Voir TP16.

a – Z/E Exemple du butène a – Z/E Exemple du butène. Il existe deux stéréoisomères Z et E, due à l’impossibilité de rotation autour de la double-liaison C=C.

Deux stéréoisomères Z et E sont des diastéréoisomères Deux stéréoisomères Z et E sont des diastéréoisomères. Il faut 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 – Présence de deux carbones asymétriques Lorsqu’une molécule présente deux atomes de carbone asymétriques, il existe le plus souvent quatre stéréoisomères, dont certains sont diastéréoisomères.