isomérie plane conformationelle et de configuration

Par quoi un édifice moléculaire est-il caractérisé en premier lieu ?

Par sa composition chimique.

Que sont des isomères ?

Des structures moléculaires différentes correspondant à une même formule brute.

Quelles sont les deux grandes catégories d'isomérie distinguées en comparant les enchaînements des atomes ?

L'isomérie de constitution et la stéréoisomérie.

Qu'est-ce que des isomères de constitution ?

Des molécules qui possèdent la même formule brute mais des formules développées planes différentes.

Qu'est-ce que des stéréoisomères ?

Des molécules qui possèdent la même formule brute et la même formule développée plane, mais dont la disposition des atomes dans l'espace est différente.

Quels sont les 3 types d'isomérie de constitution ?

L'isomérie de fonction, l'isomérie de position et l'isomérie d'enchaînement.

Qu'est-ce que des isomères de fonction ?

Des isomères de constitution qui ont des fonctions principales différentes.

Quelles sont les propriétés des isomères de fonction ?

Ils ont des propriétés chimiques et physiques différentes.

Quels sont les exemples d'isomères de fonction cités pour la formule  ?

Le propènol (), la propanone ou acétone () et le cyclooxabutane.

Qu'est-ce que des isomères de position ?

Des isomères de constitution qui ont le même groupement caractéristique et le même squelette carboné, mais où la position de la fonction diffère.

Quelles sont les propriétés des isomères de position ?

Ils ont des propriétés chimiques proches mais des propriétés physiques différentes.

Quels sont les exemples d'isomères de position cités pour la formule  ?

Le propan-1-ol () et le propan-2-ol ().

Qu'est-ce que des isomères d'enchaînement ?

Des isomères de constitution qui ont la même fonction chimique mais une chaîne carbonée différente.

Quelles sont les propriétés des isomères d'enchaînement ?

Ils ont des propriétés chimiques proches mais des propriétés physiques différentes.

Quels sont les exemples d'isomères d'enchaînement cités pour la formule  ?

Le butane () et le 2-méthylpropane ou isobutane ().

Pourquoi la représentation statique d'une molécule est-elle une simplification qui ne traduit pas la réalité ?

Parce qu'une molécule n'est pas un assemblage rigide d'atomes et subit de nombreuses déformations sans rupture de liaisons.

Quelles sont les 3 représentations spatiales des molécules citées dans le cours ?

La perspective (dont la représentation de Cram est une variante), la projection de Newman et la projection de Fischer.

Dans la représentation de Cram, comment sont représentées les liaisons vers l'avant ?

En triangle plein.

Dans la représentation de Cram, comment sont représentées les liaisons vers l'arrière ?

En triangle hachuré.

Dans la représentation de Cram, comment sont représentées les liaisons dans le plan ?

En trait plein.

Dans la projection de Newman, comment est effectuée la projection de la molécule ?

Dans un plan suivant l'axe de liaison entre 2 atomes de carbone définis.

En projection de Newman, que devient la liaison entre les deux carbones observés ?

Elle est écrasée (projetée à plat sur le papier) et devient invisible.

En projection de Newman, pourquoi l'atome de carbone arrière n'est-il pas visible directement au centre ?

Parce qu'il est caché par l'atome de carbone au premier plan.

En projection de Newman, quel élément graphique permet de distinguer le carbone au premier plan ?

Un grand cercle.

En projection de Newman, où se rejoignent les trois liaisons du carbone du premier plan ?

Elles se rejoignent en son centre.

En projection de Newman, où s'arrêtent les trois liaisons du carbone du second plan (arrière) ?

Elles ne se rejoignent pas et s'arrêtent au bord du cercle.

Dans quel domaine la représentation de Fischer est-elle beaucoup utilisée par les chimistes et biologistes ?

Pour les acides aminés et les sucres.

Quels sont les deux types de stéréoisomères identifiés au sein des stéréoisomères ?

Les isomères de configuration (énantiomères / diastéréoisomères) et les isomères de conformation (conformères).

De quoi résultent exclusivement les conformations (arrangements) d'un conformère ?

De la libre rotation autour de liaisons simples.

Les conformères correspondent-ils à des molécules différentes ?

Non, il s'agit d'une même molécule dans des dispositions spatiales différentes.

Que représentent les différentes conformations d'une molécule au cours du temps ?

Des photographies distinctes d'une molécule donnée en 3D reflétant les différentes formes qu'elle peut prendre.

Combien de conformères existe-t-il pour une molécule donnée en raison de la libre rotation autour de la liaison  C-C ?

Une infinité de conformations pour un tour complet de 360°.

Quelles sont les deux conformations principales à retenir entre lesquelles on compare la stabilité ?

La conformation éclipsée et la conformation décalée (ou étoilée).

Qu'est-ce que la conformation éclipsée ?

Une conformation qui présente des atomes en vis-à-vis ; c'est la moins stable.

Qu'est-ce que la conformation décalée (ou étoilée) ?

Une conformation qui présente des substituants les plus éloignés les uns des autres ; c'est la plus stable.

Quels sont les 2 facteurs pris en considération pour comparer la stabilité des conformères ?

La répulsion électrostatique entre électrons entourant les atomes et la répulsion entre substituants (gêne ou encombrement stérique).

Quand la répulsion électrostatique entre les électrons des liaisons est-elle minimale ?

Lorsque les liaisons sont les plus éloignées, comme dans la conformation étoilée.

Qu'est-ce que l'encombrement stérique (ou gêne stérique) ?

La répulsion entre des substituants, d'autant plus importante que le substituant est volumineux.

Quand l'encombrement stérique entre substituants est-il minimal ?

Lorsque les substituants sont les plus éloignés les uns des autres.

Qu'est-ce que l'analyse conformationnelle ?

L'étude des stabilités relatives de différentes conformations d'une molécule d'après l'analyse de leur énergie potentielle respective.

Quel angle est visualisé en projection de Newman lors de l'analyse conformationnelle ?

L'angle dièdre , angle formé entre un substituant du carbone de devant et un substituant du carbone de derrière.

Quelle est la hiérarchie de stabilité des conformères selon l'analyse conformationnelle ?

étoilée > gauches > éclipsée.

Comment est définie la courbe d'énergie potentielle lors d'une analyse conformationnelle ?

De manière relative, la convention étant de placer l'origine () à la valeur d'énergie de la conformation la plus stable.

Quelle est l'hybridation des atomes de carbone du cyclohexane ?

Hybridation .

Le cyclohexane a-t-il une structure plane ?

Non, le cyclohexane n'a pas de structure plane.

Quelle est la conformation la plus stable du cyclohexane ?

La conformation chaise.

En conformation chaise du cyclohexane, à quoi correspondent les positions axiales ?

Aux liaisons C-H perpendiculaires au plan moyen du cycle (verticales, parallèles entre elles, alternativement au-dessus et au-dessous).

En conformation chaise du cyclohexane, à quoi correspondent les positions équatoriales ?

À des liaisons orientées à environ 20° par rapport au plan moyen du cycle.

Pourquoi la forme chaise du cyclohexane est-elle plus stable que la forme bateau ?

Parce que la forme bateau possède une plus haute énergie.

Qu'est-ce que le basculement conformationnel du cyclohexane ?

C'est l'interconversion des hydrogènes axiaux et équatoriaux.

Dans la forme chaise du cyclohexane, quel est l'angle entre les substituants portés par les carbones ?

Environ 109°.

Dans la forme chaise du cyclohexane, quel est le niveau des interactions stériques ?

Au minimum possible.

Combien de conformations chaises de même énergie existent à l'équilibre pour le cyclohexane non substitué ?

Deux conformations chaises de même énergie en équilibre.

Dans le méthylcyclohexane, quelle interaction défavorable a lieu si le groupement méthyle est en position axiale ?

Des interactions stériques défavorables avec l'hydrogène sur le carbone n°3, appelées interactions 1,3-diaxiales.

Quelle position du groupement méthyle permet d'obtenir la chaise la plus stable pour le méthylcyclohexane ?

La position équatoriale.

Que provoque l'introduction d'un substituant très encombré comme le tert-butyle sur le cyclohexane ?

Elle rompt l'équilibre conformationnel et bloque la conformation avec le tert-butyle en position équatoriale.

De manière générale, quel conformère est le plus stable pour un cyclohexane substitué ?

Celui ayant le maximum de gros groupements en position équatoriale.

Comment passe-t-on d'une représentation de Cram à une projection de Newman ?

En regardant la molécule dans l'axe de la liaison C-C choisie, le carbone le plus proche devenant le premier plan (centre) et le carbone éloigné le second plan (cercle).

Comment passe-t-on d'une représentation de Cram à une projection de Fischer ?

En plaçant la chaîne carbonée verticale en arrière par rapport à l'observateur (regardant depuis le haut/dessus), les liaisons horizontales venant vers l'avant.

Quelle est la comparaison de stabilité entre les conformères 1 (étoilée anti), 2 (éclipsée) et 3 (décalée gauche) de l'entraînement ?

.

Qu'est-ce qui caractérise les stéréoisomères de configuration ?

Ce sont des molécules différentes ayant la même formule semi-développée, mais des arrangements spatiaux de leurs substituants différents.

Qu'est-ce qu'un élément stéréogène ?

Un atome ou un groupe d'atomes qui est à l'origine de la stéréoisomérie.

Que faut-il obligatoirement faire pour passer d'un stéréoisomère de configuration à un autre ?

Il faut impérativement casser au moins 1 liaison (tourner les liaisons ne suffit pas).

Qu'est-ce qu'un stéréodescripteur ?

Un préfixe utilisé en nomenclature systématique IUPAC pour qualifier les configurations des stéréoisomères.

Que décrit le stéréodescripteur  ?

La configuration absolue d'un carbone asymétrique.

Que décrit le stéréodescripteur  ?

La configuration d'une double liaison.

Que décrit le stéréodescripteur  ?

La position relative de groupes (notamment sur un cycle).

Que décrit le stéréodescripteur  ?

La configuration relative (notamment pour les sucres et acides aminés).

Qu'est-ce qu'un carbone asymétrique () ou carbone chiral ?

Un atome de carbone hybridé  lié à 4 substituants différents.

Quelle est la géométrie et le type de liaisons d'un carbone hybridé  ?

4 liaisons simples, géométrie tétraédrique.

Quelle est la géométrie et le type de liaisons d'un carbone hybridé  ?

1 liaison double et 2 liaisons simples, géométrie plane.

Quelle est la géométrie et le type de liaisons d'un carbone hybridé  ?

1 liaison triple et 1 liaison simple, géométrie linéaire.

Selon les règles CIP, comment classe-t-on les liaisons multiples (insaturations) ?

Elles correspondent à autant de liaisons simples (ex:  est considéré comme un C lié à 2 C).

Comment sont classés les 4 substituants d'un  selon les règles CIP (Cahn, Ingold, Prelog) ?

Par ordre décroissant de numéro atomique () de l'atome directement lié au carbone asymétrique (rang 1).

Selon les règles CIP, si deux atomes de rang 1 ont le même numéro atomique, que fait-on ?

On considère les atomes suivants (rang 2), et ainsi de suite.

Lors de la détermination de la configuration , que fait-on si le plus petit substituant (rang 4) est à l'arrière du plan ?

On conserve la configuration absolue trouvée à l'étape 4.

Lors de la détermination de la configuration , que fait-on si le plus petit substituant (rang 4) est à l'avant du plan ?

On inverse la configuration absolue trouvée à l'étape 4 (ex: si S, la configuration retenue est R).

Lors de la détermination de la configuration , que fait-on si le plus petit substituant (rang 4) est dans le plan ?

On effectue la méthode de l'éolienne pour faire passer le substituant 4 à l'arrière du plan.

Quelle est la configuration absolue si le sens de rotation  se fait dans le sens des aiguilles d'une montre ?

Configuration absolue R.

Quelle est la configuration absolue si le sens de rotation  se fait dans le sens inverse des aiguilles d'une montre ?

Configuration absolue S.

Qu'est-ce qu'une molécule chirale ?

Une molécule non superposable à son image dans un miroir plan, ne possédant ni plan ni centre de symétrie.

Qu'est-ce qu'une molécule achirale ?

Une molécule superposable à son image dans un miroir plan (image spéculaire).

Quel est l'élément de chiralité le plus fréquemment utilisé en chimie organique ?

L'atome de carbone asymétrique ().

Qu'est-ce que le pouvoir rotatoire (ou activité optique) d'une molécule ?

La capacité de dévier d'un certain angle le plan de polarisation d'une onde polarisée.

Selon le principe de Pasteur, quelle condition est nécessaire et suffisante pour qu'une molécule soit optiquement active ?

Elle doit être chirale (toute molécule chirale est optiquement active et inversement).

Toute molécule possédant un seul carbone asymétrique est-elle chirale ?

Oui, une molécule possédant 1 seul  est forcément chirale.

Quelle est la cause fondamentale de la chiralité ou de l'activité optique d'une molécule ?

L'absence de plan de symétrie et de centre d'inversion (et non pas simplement la présence de ).

Une molécule possédant plusieurs carbones asymétriques est-elle nécessairement chirale ?

Non, elle peut être achirale si elle possède un élément de symétrie (ex: composé méso).

Qu'est-ce qu'un composé méso ?

Une molécule possédant au moins 2 centres de chiralité () mais qui est globalement achirale et optiquement inactive en raison d'un plan de symétrie interne.

Quelles sont les caractéristiques des configurations des carbones asymétriques dans un composé méso à 2  identiques ?

Elles sont inverses ( ou ).

Que sont deux énantiomères ?

Deux stéréoisomères de configuration images l'un de l'autre dans un miroir plan et non superposables (ils sont chiraux).

Pour une molécule à  carbones asymétriques, comment sont les configurations absolues () de son énantiomère ?

Toutes les configurations absolues des  carbones asymétriques sont inversées.

Quelle est la propriété du pouvoir rotatoire de deux énantiomères ?

Ils ont des pouvoirs rotatoires opposés (égaux en valeur absolue, signes contraires).

Qu'est-ce qu'un mélange racémique ?

Un mélange équimolaire (50/50) de deux énantiomères.

Quel est le pouvoir rotatoire d'un mélange racémique ?

Un pouvoir rotatoire nul (aucune activité optique).

Comment sont les propriétés physiques, chimiques et biologiques de deux énantiomères ?

Leurs propriétés physiques et chimiques sont identiques, mais leurs propriétés biologiques peuvent être radicalement différentes.

Quelle particularité de structure présente la famille des allènes par rapport à la chiralité ?

Les allènes ne possèdent pas de  mais présentent un axe de chiralité.

Quelle est la règle d'or pour qu'un allène soit chiral ?

Chacun des deux carbones des extrémités doit être lié à deux groupes différents.

Que se passe-t-il si au moins un côté d'un allène possède deux groupes identiques ?

La molécule possède un plan de symétrie et est achirale.

Que sont des diastéréoisomères (ou isomères géométriques) ?

Tous les stéréoisomères de configuration (non superposables) qui ne sont pas des énantiomères.