Représentation spatiale des molécules

I. Représentation de Cram
a) Définition
Elle permet de visualiser la structure tridimensionnelle des molécules. Ainsi :
 Les liaisons dans le plan sont représentées par un trait plein simple
 Les liaisons en avant du plan sont représentées par un triangle plein
 Les liaisons en arrière du plan sont représentées par un triangle hachuré




Le carbone au centre est le carbone asymétrique.

Les substituants de ce carbone sont placés de façon
arbitraire.


b) Représentation des molécules complexes
La représentation de Cram est parfois utilisée sur une partie uniquement d’une molécule,
afin d’indiquer la structure tridimensionnelle adoptée par un atome particulier et ses voisins.




II. Conformations
a) Définition
La rotation de groupes d’atomes autour de l’axe de liaisons simples est possible. Les atomes
peuvent donc adopter différentes positions spatiales au sein des molécules.
Les conformations d’une molécule correspondent aux différentes dispositions spatiales
adoptées par les atomes qui la composent. On passe ainsi d’une conformation à une
autre sans rompre de liaison
Les différentes conformations d’une même molécule sont aussi appelées Stéréoisomères de
conformation.
On s’intéressera uniquement aux rotations autour de liaisons simples carbone-carbone
b) Stabilité d’une conformation
Toutes les conformations n’ont pas la même stabilité. La molécule adopte plus
fréquemment une conformation dans laquelle les groupes d’atomes les plus
volumineux sont le plus éloignés les uns des autres

Chaque conformation possède une énergie potentielle. Cette énergie est au plus bas quand la
molécule est dans la conformation la plus stable et elle est au plus haut quand la molécule
adopte la conformation la moins stable (c’est-à-dire quand les groupes d’atomes les plus
volumineux sont en vis-à-vis)

Le passage d’une conformation stable à une conformation moins stable nécessite de franchir
une barrière d’énergie pouvant atteindre une dizaine de KJ.mol-1 au maximum (cette valeur
est inférieure à celle pour rompre une liaison covalente)

L’écart d’énergie entre les différentes conformations est suffisamment faible pour que, à la
température ambiante, une molécule passe incessamment d’une conformation à une autre :
toutes les conformations sont présentes, les conformations les plus stables sont très
largement majoritaires
III. Carbone asymétrique et chiralité
a) Atome de carbone asymétrique
Un atome de carbone lié à 4 atomes ou groupes d’atomes différents est dit
asymétrique, on le note : C*
Une molécule peut avoir plusieurs carbones asymétriques.




b) Chiralité
Une molécule est dite chiral si elle n’est pas superposable à son image dans un miroir
plan (exemple : la main gauche et droite). Une molécule qui a un seul carbone
asymétrique est chiral.
Une molécule présentant un élément de symétrie (plan ou centre) est achirale

Méthode pour reconnaitre une molécule chirale :
 Dessiner l’atome de carbone asymétrique en représentation de Cram
 Représenter son image par un miroir (symétrie axiale)
 Chercher à superposer les 2 images à l’aide d’une rotation de 180° autour de l’axe
verticale
IV. Stéréoisomères
a) Définition
2 molécules sont Stéréoisomères lorsqu’elles correspondent à la même formule plane mais ne sont pas
superposables. Ainsi elles diffèrent par les dispositions de leurs atomes dans l’espace. Il existe 2 types :
 Les Stéréoisomères de conformation : on passe d’une molécule à une autre par rotation autour d’une
liaison simple
 Les Stéréoisomères de configuration : on passe d’une molécule à une autre en brisant des liaisons
chimiques




b) Enantiomères
Une molécule chirale et son image par un miroir sont liées par une relation d’isomérie appelée
énantiomérie. Les molécules sont alors appelées énantiomères. Une molécule chirale ne possède qu’un
seul énantiomère.

Un mélange équimolaire de 2 énantiomères (même quantité de matière des 2 composés) est appelé
mélange racémique.
Les énantiomères présentent les mêmes caractéristiques physiques (température de changement d’état,
masse volumique, …) et chimiques (à condition que les réactifs ou catalyseurs soient achiraux) sauf des
propriétés optiques et biochimiques différentes


c) Diastéréoisomères
Les Stéréoisomères qui ne sont pas des énantiomères sont appelés des diastéréoisomères. Leur
existence peut être due à la présence (IL FAUT AVOIR L’UNE DES CONDITIONS SUIVANTES) :
 De 2 atomes de carbones asymétriques dans la molécule
 D’une isomérie Z/E (uniquement avec une double liaison carbone-carbone)


Les Diastéréoisomères présentent des propriétés physiques et chimiques différentes
 Cas n°1 : 2 atomes asymétriques
 Représenter la molécule avec les conventions de Cram autour des 2 atomes asymétriques : molécule (a)
 Après s’être assuré que (a) est chirale, on dessine son énantiomère à travers un miroir plan : molécule (b)
 A partir de la molécule (a), on échange la position de 2 groupements d’un des carbones asymétriques en
gardant l’autre inchangé : molécule (c)
 Après s’être assuré que (c) est chirale, on dessine son énantiomère à travers un miroir plan : molécule (d)




Remarque : si (a) et (c) sont achirales, il y a que 3 Diastéréoisomères



Cas n°2 : isomérie Z/E
Contrairement à la simple liaison, la liaison double carbone-carbone ne permet pas de libre rotation
autour de son axe.
Les positions relatives des groupes autour d’une double liaison sont décrites par :
 La lettre E : si les gros groupes sont de part et d’autre de l’axe de la liaison
 La lettre Z : si les gros groupes sont du même côté que l’axe de la liaison
 Pas de lettre : si les 2 groupes portes par le même carbone sont identiques




 Pour connaitre le nombre de stéréo-isomère ( enantio + dia )= 2(a+b)
Avec « a » le nombre de carbone asymétrique
Avec « b » le nombre de double liaison carbone-carbone donnant une Z/E
Remarque : s’il y a des plans ou axe de symétrie il y a en aura 1 en moins
  Pour connaitre toutes les possibilités :

est-ce qu'il y a
un plan de
symetrie?




OUI NON




il y a combien
la molecule
de carbone
est Achirale
asymetrique ?



il y a que des
1 2
DIA




molecule de depart molecule de depart
+ 1 enantio + 1 enantio + 2 dia




 Comment savoir si c’est ENANTIO ou DIA ou MEME MOLECULE ? :
Il faut mettre les 2 molécules dans la même représentation à savoir que les liaisons dans le plan doivent être
du même côté.



il y a combien de
carbon asymetrique ?




1 2




si sur un des carbone
si rien n'a changé sauf
si on a permuté QUE 2 asymetrique, les 3 si sur les 2 carbones
si on a permuté les 3 une permutation sur
liaisons (ex: avant - liaisons sont bloqués et asymetriques, les 3
liaisons les 2 carbones
arriere) sur l'autre, 2 liaisons liaisons ont permutées
asymetriques
ont permutées




c'est un enatiomere c'est la meme molecule c'est un dia c'est un enantiomere c'est la meme molecule
(configuration) (conformation) (configuration) (configuration) (conformation)