FC3 - Représentations des molécules organiques - Final PDF

Représentations des molécules organiques et mésomérie Professeur : JEANMAIRE FC N°3 DATE : 05/09/2023 SOMMAIRE I. REPRESENTATIONS EN DEUX DIMENSIONS « PLANES » (2D) ................................................................................................... 1 II. REPRESENTATIONS TRIDIMENSIO...

Représentations des molécules organiques et mésomérie Professeur : JEANMAIRE FC N°3 DATE : 05/09/2023 SOMMAIRE I. REPRESENTATIONS EN DEUX DIMENSIONS « PLANES » (2D) ................................................................................................... 1 II. REPRESENTATIONS TRIDIMENSIONNELLES (EN 3D) ................................................................................................................ 2 1. REPRESENTATION DE CRAM ...................................................................................................................................................... 2 2. REPRESENTATION DE NEWMAN (PROJECTION DE NEWMAN) ......................................................................................................... 4 3. REPRESENTATION DE FISCHER (OU PROJECTION DE FISCHER) .......................................................................................................... 5 4. COMPOSES A DOUBLE LIAISON (SP2)............................................................................................................................................. 6 III. LA RESONANCE-MESOMERIE ................................................................................................................................................. 7 1. HISTOIRE ............................................................................................................................................................................... 7 2. COMPOSES POUR LESQUELS ON PEUT ECRIRE PLUSIEURS FORMES LIMITES ............................................................................................... 9 3. POIDS STATISTIQUE DANS L’HYBRIDE ........................................................................................................................................... 11 En cas de questions sur ce cours, vous pouvez écrire à l’adresse suivante : [email protected] Les règles de courtoisies sont à respecter lors de l’envoi d’un mail. L’équipe des tuteurs se réserve le droit de répondre ou non à un mail. En cas de questions récurrentes, les tuteurs pourront faire un point lors des colles hebdomadaires. I. Représentations en deux dimensions « planes » (2D) • Représentation plane (non spatiale) de l’enchainement des atomes d’une molécule o Constitution de la molécule FORMULES CARACTERISTIQUES EXEMPLES • Développe toutes les liaisons. Formule développée Formule semidéveloppée • Précise o Ingérable avec complexes. des molécules • Simplification : o Ne développe pas les liaisons C-H. • On ne note pas les éléments carbones et hydrogène. • Seuls apparaissent les hétéroatomes Formule (Cl, N, F...). simplifiée • Un coude liaison (flèche bleue) (=topographique correspond à un carbone. = topologique) • Très utilisée pour les cycles. • Attention à ne pas oublier hydrogènes lors de la lecture. Représentation divers Remarque les • Les atomes sont tous présent mais pas les liaisons. • En chimie organique une formule développée désigne également toutes les représentations planes. Groupes représentés sous forme condensée 1 SIMPLIFICATION DES REPRÉSENTATIONS ET FACILITER LA CONSTRUCTION Utilisation de parenthèses • Pour indiquer un enchaînement de la même unité ; • Pour indiquer des ramifications. • « R » groupe ou atome quelconque monovalent. o Attaché par liaison simple à une structure. Utilisation de « R » o Si plusieurs R : R et R’ ou R1, R2, R3, R4 ect. • On peut également restreindre R à des groupements spécifiques. o Exemple : R = H ou alkyle (groupement carboné). II. Représentations tridimensionnelles (en 3D) 1. Représentation de CRAM REPRÉSENTATION DE CRAM (POUR UNE MOLÉCULE) • Représentation tridimensionnelle (de CRAM) o Structure en perspective par rapport au plan formé ▪ Par la feuille ou l’écran Définition • Donne une idée de la forme 3D. • Représente disposition dans l’espace des atomes autour carbone sp 3. (4 liaisons simples autour du C). o C'est à dire lié à 4 atomes. Principe ▪ 2 liaisons dans le plan ▪ 1 en avant ▪ 1 en arrière o Angle entre les 2 liaisons dans le plan : 110-120° sur le dessin. ▪ En réalité d’environ 109°. 2 REPRÉSENTATION DE CRAM (POUR PLUSIEURS MOLÉCULES) • 2 molécules associées ensemble besoin Principe o Configuration spatial optimal pour stabilité • Atomes placés en différent plan de l’espace Exemple • Forme éclipsée o Deux atomes dans le plan sont du même côté • Forme décalée o Atomes dans le plan sont de part et d’autre 3 2. Représentation de NEWMAN (projection de NEWMAN) REPRESENTATION DE NEWMAN • Visualiser disposition relative dans l’espace des atomes liés à deux carbones sp3 adjacents Principe • Forme décalée : o Un hydrogène en haut Conventions o Un en bas • Forme éclipsée : o Superposés sur le même axe • On réalise une libre rotation pour passer d’une forme éclipsée à une forme décalée. • Regarde dans l’axe d’un carbone. • Faire un premier cercle constitué de 3 branches Comment faire du Newman ? o Intersection des branches correspond au carbone o Branches correspondent aux hydrogènes • Si 2 hydrogènes du premier carbone en bas mettre deux branches en bas. • Inverse les branches pour deuxième carbone 4 3. Représentation de FISCHER (ou projection de FISCHER) REPRÉSENTATION DE FISHER • Représentation très utilisée en biochimie (acides aminés et sucres) Caractéristiques • Représentation en croix o Carbone au centre de la croix • Ne pas confondre avec formule développée. • Liaisons horizontales en avant du plan de projection • Liaisons verticales en arrière du plan de projection • Molécule avec plusieurs carbones Conventions o Placer chaîne carbonée la plus longue à la verticale • En biochimie, il existe une convention en plus : o Placer le carbone le plus oxydé (CO, CHO...) en haut o Pas toujours respecté en chimie organique Exemple 5 4. Composés à double liaison (sp2) COMPOSÉS À DOUBLE LIAISON Caractéristiques 2 façons de les représenter • Carbones liés par une double liaison sont sp2 o Configuration sp2 = géométrie plane • Sur le plan de la feuille • Sur le plan perpendiculaire à la feuille Exemple du (Z)But-2-ène Exemple du (E)But-2-ène • Z : les 2 méthyls sont du même côté, dans le plan haut ou bas • E : ils sont du côté opposé, de part et d’autre de la rotation Conformation Z ou E • Spécifique aux alcènes • On ne passe pas de l'un à l’autre, pas de rotation. • Ce sont donc des isomères de configuration. • Allez voir la vidéo sur chaîne AT2S pour mieux comprendre : [Les Tutos du Tuto] UE1 : Descripteurs stéréochimiques - YouTube → à 2 minute 51 Astuces • Z comme Zusammen = ensemble / E Entgegen = contraire en Allemand • E comme Égyptien, donc gros groupements de part et d’autre 6 III. La résonance-mésomérie 1. Histoire HISTORIQUE : ÉTUDE DU BENZÈNE • 1856 : Friedrich August Kekulé von Stradonitz, chimiste allemand, cherche la formule développée du benzène C6H6. o Respectant tétravalence du C (sa théorie) et la monovalence de H. • Propose cycle à 6 carbones et trois doubles liaisons. 1ère hypothèse de Kékulé o Vérification règle octet. ▪ Chaque carbone est entouré de 4 électrons. • Découvre les hybrides. o Deux formules différentes en équilibre l’une avec l’autre. o Les deux formes s’épousent parfaitement sont superposables. En pratique • Pour les molécules plus complexes o Théorie de la résonance 7 Théorie des orbitales • Structures de ce type o Électrons partagés entre plus de 2 atomes o Sont dites conjuguées. • Représentations classiques fixant les électrons = formes limites (mésomères) • La structure réelle (hybride) = « moyenne » entre les différentes formes limites qu’on peut écrire. • Représente généralement composé conjugué par forme limite la plus contributive • Combinaison des 6 OA (orbital atomique) ensemble dans l’hybride • = Fusion d'électrons • Respecter règle octet Orbitales moléculaires • Double liaison conjuguée o Alternance de liaisons simples et doubles, o Communiquent entre elles grâce liaison simple • Représentée par toutes les formes limites 8 2. Composés pour lesquels on peut écrire plusieurs formes limites MOTIFS DE CONJUGAISON [n-𝞂-𝝿] [𝝿-𝞂-𝝿] [orbitale vacante -𝞂-𝝿] [e- non apparié𝞂-𝝿] [orbitale vacante -𝞂-n] Règles d’écriture des formes limites • Conservation de la constitution atomique : seuls les électrons π ou n changent d‘emplacement, jamais les électrons σ • Conservation des charges : ni gain ni perte d’électrons d’une forme limite à une autre • Pas plus de huit électrons autour d’un élément (sauf cas particulier S et P) 9 CONSÉQUENCES DE LA MÉSOMÉRIE • Les éléments (A, Het) impliqués dans une conjugaison doivent être dans un même plan : sp2. o De même symétrie de recouvrement • Si elles ne sont pas de même plan, on ne peut pas faire les formes limites. • 4 électrons mis en commun Planéité du système conjugué • 4 électrons mis en commun • 2 électrons mis en commun • 1 électron mis en commun • 6 électrons mis en commun Stabilité du composé conjugué • Plus on peut écrire de formes limites pour un composé, et plus il est stable. 10 3. Poids statistique dans l’hybride POIDS STATISTIQUE DE L’HYBRIDE Poids statistique • Chaque forme limite n’a pas forcément le même poids statistique dans l’hybride. • Forme limite la plus contributive = la plus stable • Respect de la règle de l’octet o 2 électrons par liaison et 2 électrons par doublet libre. • Exemple : 1. Nombre maximal d’atomes avec un octet d’électrons en périphérie • Dans la molécule B, il y a un carbocation qui ne respecte pas la règle de l’octet. o Le composé A est donc le plus stable des deux. • Molécule C o Carbocation = moins stable. 2. La forme ne faisant pas apparaître de dispersion de charge • Molécule A et B : o Respect règle octet. • Départager molécule A et B : o Molécule B présence oxygène chargé (+) ▪ Dispersion de charge o Molécule A pas de dispersion de charge. ▪ Forme limite la plus stable • Forme limite possède distribution de charges en concordance avec l’électronégativité des atomes = la plus stable. 3. Dans le cas d’une structure chargée o Généralement = forme la plus contributive o Utilisée en pratique pour représenter le composé • Formes limites moins contributives intérêt pour expliquer réactivité des composés. 11