Représentation spatiale des molécules

 

 

I. Représentation des molécules

1. Stéréoisomérie

Définition : On appelle stéréoisomérie une isomérie due à la disposition spatiale des atomes dans une molécule.

Remarque : Le passage d’un stéréoisomère à un autre peut se faire soit par rotation autour d’une liaison simple soit par rupture d’une liaison.

 

2 Formule topologique

La chaîne carbonée est représentée par des lignes brisées dont les extrémités et les sommets symbolisent chacun un atome de carbone. Selon que la liaison est simple ou multiple, la ligne est simple, double ou triple.

Les symboles des atomes sont représentés, sauf ceux des atomes de carbone et des atomes d'hydrogène qui leur sont liés.

Exemple : molécule de propan-2-ol

Formule semi-développée

Formule topologique

 

3. Représentation de Cram

*    Les liaisons dans le plan de la feuille sont symbolisées par un trait simple.

*    Les liaisons pointant  vers l’avant du plan sont symbolisées par un trait gras en forme de triangle.

*    Les liaisons pointant vers l’arrière du plan sont symbolisées par un trait en pointillés en forme de triangle.

Exemple : molécule d’alanine

Formule topologique

Représentation de Cram

 

II. Stéréoisomères de conformation

1. Définition

On appelle conformation d’une molécule, la disposition dans l’espace des atomes de cette molécule les uns par rapport aux autres.

Des isomères sont dits isomères de conformation s’ils diffèrent d’une rotation autour d’une liaison simple.

Exemple : 2 conformations différentes de la molécule de butane

 

2. Stabilité d’une conformation

Toutes les conformations d'une molécule 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.

Explication : 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.

 

3. Conformations de molécules biologiques

La forme des molécules biologiques dans l'espace a une grande importance. Pour accomplir leurs fonctions, les molécules doivent adopter des conformations leur permettant d'optimiser les interactions avec les autres molécules.

Par exemple, l’ADN est composé de deux brins se faisant face et formant une double hélice.

 

 

III. Stéréoisomères de configuration

Approche historique de la chiralité

Vers 1840, Louis Pasteur savait que certaines espèces dissoutes existent sous deux formes ayant des caractéristiques optiques différentes. En les observant à nouveau à l'échelle macroscopique après cristallisation, il mit en évidence deux structures cristallines différentes, l'une étant l'image de l'autre dans un miroir plan.

Après avoir trié les cristaux en fonction de leur forme puis dissous chaque type de cristaux, Pasteur vérifia que les propriétés optiques des deux solutions obtenues étaient différentes. Il établit ainsi un lien entre a dissymétrie d'un cristal et celle des molécules qui le constituent.

1. Atome de carbone asymétrique

Définition : On appelle atome de carbone asymétrique (noté C MathType@MTEF@5@5@+=feaafiart1ev1aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbwvMCKfMBHbqedmvETj2BSbqefm0B1jxALjhiov2DaerbuLwBLnhiov2DGi1BTfMBaebbnrfifHhDYfgasaacH8WjY=vipgYlh9vqqj=hEeeu0xXdbba9frFj0=OqFfea0dXdd9vqaq=JfrVkFHe9pgea0dXdar=Jb9hs0dXdbPYxe9vr0=vr0=vqpWqaaeaabaGaaiaacaqabeaadaabauaaaOqaaiaadoeadaahaaWcbeqaaiabgEHiQaaaaaa@3A16@  ) un atome de carbone lié à quatre atomes ou groupes d'atomes différents.

La molécule de butan-2-ol possède un carbone asymétrique

 

2. Chiralité - énantiomères

Définition : Un objet qui n'est pas superposable à son image dans un miroir plan est chiral. Dans le cas contraire, il est achiral.

Remarques :

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

*    Une molécule présentant un centre ou un plan de symétrie est achirale.

Définition : On appelle énantiomères deux molécules chirales (non superposables) et images l’une de l’autre dans un miroir plan.

Exemple : l’acide lactique est une molécule chirale.

Les mains sont chirales

 

Les deux énantiomères de la molécule d’acide lactique

 

La molécule de glycine est achirale

3. Chiralité des acides α MathType@MTEF@5@5@+=feaafiart1ev1aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbwvMCKfMBHbqedmvETj2BSbqefm0B1jxALjhiov2DaerbuLwBLnhiov2DGi1BTfMBaebbnrfifHhDYfgasaacH8WjY=vipgYlh9vqqj=hEeeu0xXdbba9frFj0=OqFfea0dXdd9vqaq=JfrVkFHe9pgea0dXdar=Jb9hs0dXdbPYxe9vr0=vr0=vqpWqaaeaabaGaaiaacaqabeaadaabauaaaOqaaiabeg7aHbaa@39D1@  -aminés

Définition : Les acides α MathType@MTEF@5@5@+=feaafiart1ev1aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbwvMCKfMBHbqedmvETj2BSbqefm0B1jxALjhiov2DaerbuLwBLnhiov2DGi1BTfMBaebbnrfifHhDYfgasaacH8WjY=vipgYlh9vqqj=hEeeu0xXdbba9frFj0=OqFfea0dXdd9vqaq=JfrVkFHe9pgea0dXdar=Jb9hs0dXdbPYxe9vr0=vr0=vqpWqaaeaabaGaaiaacaqabeaadaabauaaaOqaaiabeg7aHbaa@39D1@  -aminés naturels possèdent sur même atome de carbone (carbone α MathType@MTEF@5@5@+=feaafiart1ev1aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbwvMCKfMBHbqedmvETj2BSbqefm0B1jxALjhiov2DaerbuLwBLnhiov2DGi1BTfMBaebbnrfifHhDYfgasaacH8WjY=vipgYlh9vqqj=hEeeu0xXdbba9frFj0=OqFfea0dXdd9vqaq=JfrVkFHe9pgea0dXdar=Jb9hs0dXdbPYxe9vr0=vr0=vqpWqaaeaabaGaaiaacaqabeaadaabauaaaOqaaiabeg7aHbaa@39D1@  ) le groupe carboxyle COOH MathType@MTEF@5@5@+=feaafiart1ev1aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbbjxAHXgarmWu51MyVXgaruWqVvNCPvMCG4uz3bqefqvATv2CG4uz3bIuV1wyUbqee0evGueE0jxyaibaieYdf9irVeeu0dXdh9vqqj=hEeeu0xXdbba9frFj0=OqFfea0dXdd9vqaq=JfrVkFHe9pgea0dXdar=Jb9hs0dXdbPYxe9vr0=vr0=vqpWqaaeaabaGaaiaacaqaaeaadaabauaaaOqaaiaadoeacaWGpbGaam4taiaadIeaaaa@3B09@  et le groupe amino N H 2 MathType@MTEF@5@5@+=feaafiart1ev1aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbbjxAHXgarmWu51MyVXgaruWqVvNCPvMCG4uz3bqefqvATv2CG4uz3bIuV1wyUbqee0evGueE0jxyaibaieYdf9irVeeu0dXdh9vqqj=hEeeu0xXdbba9frFj0=OqFfea0dXdd9vqaq=JfrVkFHe9pgea0dXdar=Jb9hs0dXdbPYxe9vr0=vr0=vqpWqaaeaabaGaaiaacaqaaeaadaabauaaaOqaaiaad6eacaWGibWaaSbaaSqaaiaaikdaaeqaaaaa@3A54@ .

A l’exception de la glycine, les acides α MathType@MTEF@5@5@+=feaafiart1ev1aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbbjxAHXgarmWu51MyVXgaruWqVvNCPvMCG4uz3bqefqvATv2CG4uz3bIuV1wyUbqee0evGueE0jxyaibaieYdf9irVeeu0dXdh9vqqj=hEeeu0xXdbba9frFj0=OqFfea0dXdd9vqaq=JfrVkFHe9pgea0dXdar=Jb9hs0dXdbPYxe9vr0=vr0=vqpWqaaeaabaGaaiaacaqaaeaadaabauaaaOqaaiabeg7aHbaa@396B@  -aminés naturels possèdent un atome de carbone asymétrique et sont donc chiraux. Ils possèdent deux énantiomères.

Exemple : la molécule d’alanine possède un carbone asymétrique et est chirale.

Les deux énantiomères de la molécule d’alanine

 

4. Diastéréoisomères

Définition : 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.

a. Diastéréoisomérie Z/E

Il n’y a pas de possibilité de rotation autour d’une double liaison. Cette propriété entraîne l’existence d’une isomérie particulière, l’isomérie Z/E.

Pour qu’une isomérie Z/E existe, il est nécessaire que:

*      La molécule possède une double liaison.

*      Chaque atome engagé dans la double liaison soit lié à deux groupes d’atomes différents.

Exemple: La molécule de but-2-ène possède deux isomères:

(E)-but-2-ène

(Z)-but-2-ène

 

Exemple : Dans le mécanisme de la vision, la molécule de Z-rétinal subit une isomérisation en E-rétinal sous l’action d’un photon (voir cours 1S).

 

b. Molécules à deux atomes de carbone asymétriques

Lorsqu'une molécule présente deux atomes de carbone asymétriques, il existe le plus souvent quatre stéréoisomères, dont certains sont diastéréoisomères entre eux.

Exemple : Le 2,3,4-trihydroxybutanal existe sous la forme de quatre stéréoisomères.