Aurélie 01/04/08
 

 

Chiralité et énantiomérie ; diastéréoisomérie Capes 2008

 

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Le mot chiral vient du grec cheir ( qui signifie main )

Justifier l'éthymologie du mot chiral. Donner un exemple d'objet chiral.

Une espèce chimique est chirale si elle n'est pas superposable à son image dans un miroir ( ou dans une symétrie par rapport à un plan).

Une main n'est pas superposable à son image dans un miroir.

Une molécule comptant un atome de carbone asymétrique est chirale.

Qu'appelle t-on substance optiquement active ?

substance optiquement active : solide, liquide ou substance dissoute en solution provoquant une rotation du plan de polarisation de la lumière polarisée traversant la substance.

Décrire une expérience d'optique permettant de mettre en évidence l'activité optique d'une substance naturelle optiquement active. Préciser le rôle de chaque partie du dispositif. Donner un exemple de substance organique courante utilisable dans cette expérience.

L'axe de l'analyseur est perpendiculaire au polariseur. L'intensité de la lumière transmise par le dispositif est nulle.

En remplissant la cuve d'eau, composé optiquement inactif, l'intensité de la lumière transmise est nulle.

En remplissant la cuve d'une solution aqueuse de saccharose, composé optiquement actif, l'intensité de la lumière transmise n'est pas nulle : on retrouve une intensité nulle, en tournant l'analyseur d'un angle a.  


Quelle(s) grandeur(s) mesure t-on alors ? De quoi dépend(ent)-elle(s) ?

La loi de Biot traduit la proportionnalité entre le pouvoir rotatoire d'un milieu et les concentrations en produits optiquement actifs (dextrogyres ou lévogyres) :

a = [a]l, T.C.l

a (°) angle de rotation du plan de vibration des ondes lumineuses ; [a] : pouvoir rotatoire spécifique ( ° m2 kg-1 ); C: concentration ( kg m-3 ) ; l : longueur (m) de cuve.

La longueur d'onde et la température doivent être fixées.

 


Molécules à un atome de carbone asymétrique

Définir ce qu'est une molécule chirale, une molécule achirale.

Une molécule chirale n'est pas superposable à son image dans un miroir ( ou dans une symétrie par rapport à un plan).

Une molécule possédant un plan ou un centre de symétrie n'est pas chirale : elle n'a aucune action sur la lumière polarisée.

Dessiner en représentation plane un exemple de molécule contenant un atome de carbone asymétrique puis représenter ces deux énantiomères en utilisant la notation de Cram.

 alanine ou acide 2-aminopropanoïque :

le carbone asymétrique ( carbone tétragonal lié à 4 groupes différents ) est responsable de l'isomérie optique.

Expliquer ce qu'est un mélange racémique.

Mélange en proportions égales de deux énantiomères.

Les molécules du tableau ci-après peuvent-elles être chirales ? Si oui dessiner les couples d'énantiomères possibles.
2-méthylbutan-2-ol
butan-2-ol
bromochlorométhane
3-méthylnitrobenzène
Seul le butan-2-ol possède un atome de carbone asymétrique : il est chiral

Quant au cycle benzénique, ce dernier est plan.

 





Indiquer ce que sont les règles dites de Cahn, Ingold, Prelog permettant de décrire la configuration R ou S d'un atome de carbone asymétrique.

 

numéroter de façon décroissante chacun des quatre substituants selon son numéro atomique.

NH2 (1) ; COOH (2) ; CH3 (3) ; H (4).

On place alors l'atome (ou le groupement) de numéro le plus élevé derrière.

On regarde dans quel sens, sens horaire ou trigonométrique, on passe du numéro 1, au 2, au 3.

- Si le sens de rotation est le sens horaire (ou anti-trigonométrique), le carbone est Rectus (R),

- Si le sens de rotation est le sens trigonométrique (ou anti-horaire), le carbone est Sinister (S).

Parmi les propriétés physiques suivantes, lesquelles sont identiques ou différentes pour deux énantiomères.
température de fusion
température d'ébullition
masse molaire
solubilité
pouvoir rotatoire spécifique
spectre IR







Deux énantiomères ont les mêmes propriétés physiques et chimiques excepté le pouvoir rotatoire spécifique.

Les allènes.

Certaines molécules, telles que les allènes substitués, peuvent présenter une activité optique. A partir de l'exemple fourni ci-dessous et en s'appuyant sur des connaissances relatives à la géométrie des doubles liaisons, expliquer à l'aide d'un schéma pourquoi un allène peut avoir une activité optique. ( les liaisons représentées par des zigzags correspondent à des stéréochimies non précisées ici ).

Pas de rotation possible autour de la liaison C=C ; les substituants des atomes de carbone extrèmes sont dans des plans perpendiculaires.

Dessiner en perspective un couple d'énantiomères possibles.

 

 

Molécules à plusieurs atomes de carbone asymétriques.

S'il y a n atomes de carbone asymétriques, combien peut-on envisager, à priori, au maximum de stéréoisomères puis de couples d'énantiomères ?

 2n stéréoisomères et 2 n-1 couples d'énantiomères.

Pour la molécule suivante combien peut-on envisager de couples d'énantiomères ?

CH3-CH(OH)-CH Cl-C2H5.

Deux couples d'énantiomères 

Comment qualifie t-on la relation qui lie deux stéréoisomères non énantiomères de cette molécule ?

Diastéréoisomères

Résumer sous forme d'un tableau qui montrera les différentes relations ( énantiomèrie, autre...) qui relient ces isomères.

 




L'acide tartrique ( ou diacide-2,3-dihydroxobutanoïque) est un diacide.

Représenter en utilisant la représentation de Cram les deux isomères suivants de l'acide tartrique :

(+)-(2R, 3R)-2,3-dihydroxybutanedioique et (-)-(2S, 3S)-2,3-dihydroxybutanedioique.

 

Quelle est la signification de (+) et (-) ?

+, - sont liés au pouvoir rotatoire.

Molécule qui a la propriété de faire dévier le plan de polarisation de la lumière dans le sens des aiguilles d'une montre ( +), dans le sens contraire des aiguilles d'une montre (-).

Que peut-on dire de l'acide (2R, 3S) de l'acide tartrique ? Justifier.

Quelle(s) propriété(s) physique(s) le distingue(nt) à priori des deux isomères précédents ?

Cet acide est un composé méso : il possède un centre de symétrie et, de ce fait, est achirale.

Parmi les propriétés physiques suivantes, lesquelles sont à priori identiques ou différentes pour deux diastéréoisomères ? 
température de fusion
température d'ébullition
masse molaire
solubilité
pouvoir rotatoire spécifique
spectre IR
différente
identique
différente

identique





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