La structure des molécules
(représentation des molécules)
1
Voici une formule de structure du propane examinée de tous les côtés.Indiquez la formule de Newmann que va écrire chaque observateur ( Les méthyles latéraux seront notés simplement CH3 ).
2
Suivent les formules planes développées de substances célèbres. On demande d’écrire la formule stylisée:le méthacrylate de méthyle ( 2-méthylpropénoate de méthyle) est le monomère qui sert à fabriquer le plexiglas par polymérisation radicalaire.
la pyridoxine ( vitamine B6 ) est un coenzyme indispensable au métabolisme des protéines.
C C C O
O H
H
C H H H
C H
H H I _
_ I
_
\ _
_
_ _
I C C
C C N C
C C O
C H
H
H H
O O H
H H
H
H H H
la sulfanilamide est la molécule de base des sulfonamides, médicaments utilisés pour combattre les infections
la pénicilline, isolée à partir d’une moisissure, est le premier antibiotique connu
( molécules “identiques” )
3
Lesquelles des molécules suivantes sont“identiques” ( dans le sens de la définition pg 17) ? HH H
Br H
F
Cl F
C C
Br
Br H
Cl F
H
C C
F BrH Br
ClH
H
H H
H
C C
Br FH
H Cl Br
Br F Cl
Br F
Cl
Cl
Br
Br Br Br
Br
( a ) ( b ) ( c ) ( d )
( e ) ( f ) ( g )
Si on tourne une structure de Newman autour d’un axe horizontal passant par le centre de la molécule, le sens rotatoire sous lequel on voit le triplet d’atomes attachés à un atome C s’inverse, par exemple:
H H Br Br
F
.
Cl.
Cl Br Br H H F
Dans la formule de gauche, le triplet (H,Cl,Br) figurait dans le sens de rotation des aiguilles d’une montre, dans celle de droite nous le voyons dans l’autre sens, de même pour le triplet (H,Br,F)
La comparaisom est plus facile en écrivant d’abord toutes les molécules indiquées comme formules de Newman, en les tournant de telle manière qu’un triplet, par exemple (H,Cl,Br) soit dirigé vers l’avant.
C C C
C C C N
H H
S H H
N O O H
H
H H I
I I I
_ _ _
_
C
C N
S C C C
O C
C H H H
HH C
N C C
H H O
O O
H H C
C C
C C C
H H
H H H H
I I
I I
/ _ _
_
_ Na _
F
F F F F
F
F
F F
F F
F
Imaginez que vous tournez les molécules pour les amener en coïncidence!
5.
Lesquelles des molécules suivantes sont “identiques”?C
Cl H
Br F C
Cl F Br
H C
F H
Cl Br C
Cl H
Br F
Deux méthodes: a) Faites comme pour l’exercice précédent. 2) Choisissez un atome, par exemple l’atome de fluor et placez-vous sur l’axe F-C de telle manière que l’atome de carbone vous cache l’atome de fluor entièrement. Tracez alors les structures de Newmann et comparez les sens de rotation des triplets (H, Cl, Br ). Vous trouverez par exemple pour la 2e molécule:
Br H Cl
( molécules conformères )
6.
Indiquez les molécules conformères!Cl H H H I
H H
I H
H Cl
H H
Cl H Cl H H
H I
I H H
H I
H
H H
H Cl
(1) (2) (3) (4) (5)
7.
Dites laquelledes formules suivantes connaît des molécules conformères différentes et précisez, le cas échéant, combien!(1) (2) (3)
( molécules isomères )
8.
Trouvez dans chaque cas si toutes les molécules sont isomères:a)
b)
c)
d)
e)
f)
[( CH3)2CH]2CHOH (CH3)2CH-CHOH-CH(CH3)2 (CH3)2CH-C(CH3)2CHO
9.
Dans une molécule, deux atomes d’hydrogène sont équivalents, si leur remplacement par un même substituant conduit à la même substance. Relevez dans chacune des molécules suivantes les atomes d’hydrogène équivalents:C C H C
C C H
H H H
H H
H H
C
C C
C N
H H H H H
H C
C C
C H
Cl H H
H H
C C C
H H H H
H H
C H
H H H
C C C
H H H
H H
H H
C H
H H
C C C
H H H H
H H
H H
a) b) c)
d) e) f)
Méthode proposée: On remplace le premier atome H par un atome donné, par exemple par un atome de fluor : on trouve ainsi une molécule fluorée A. On revient à la molécule de départ et on remplace ensuite le deuxième atome H
C C H
H H
H H
Cl
C C Cl
H H
H H
H
C C C
H H H
Cl H Cl H
H C C C
H Cl H H H H H Cl
C C C
H H Cl
H H H Cl Cl
C C C
H H H
Cl Cl Cl H H
C H
H Cl
Cl
C Cl
H H
Cl
C C
Cl F F
Cl
C C
Cl Cl F
F
C C
C C
C C
F Cl F
Cl F F
C C
Cl Cl
( isomères de constitution )
10.
A l’aide des formules en bâtonnets, écrire tous les isomères de constitutiona) de formule brute C6H14 . Le fait de ramifier une chaîne hydrocarbonée affecte-elle le nombre d’atomes H ?
b) de formule brute C4H8 . Comment le remodelage d’une chaîne hydrocarbonée visant à introduire un cycle ou une double liaison affecte-t-elle le nombre d’atomes d’hydrogène?
c) de formule brute C4H6 . Comment l’introduction d’une triple liaison dans une chaîne hydrocarbonée affecte-t-elle le nombre d’atomes H ?
d) de formule brute C4H9Cl . ( On se référera à l’exercice 9)
e) de formule brute C3H8O . Comment l’introduction d’un atome d’oxygène par voie d’une fonction alcool ou éther affecte-t-elle le nombre d’atomes H d’une chaîne hydrocarbonée?
f) de formule brute C3H6O . Comment l’introduction d’un atome d’oxygène par voie d’un groupe carbonyle affecte-t-elle le nombre d’atomes H ?
11.
Ecrire les formules semi-développées de deux isomères de formule C5H6O ayant l’un et l’autre une liaison double C=O et deux groupements méthyle.12.
Trouver un composé de formule brute C5H12 dont tous les atomes d’hydrogène sont équivalents. ( voir exercice 9 )13.
Ecrire les formules en bâtonnets de tous les isomères dibromés obtenus par bromation du propane.14.
Ecrire deux isomères de formule brute C5H10 ayant chacun deux et seulement deux groupes méthyle dans des positions équivalentes.15.
Les substances suivantes de formules brutes a) C2H6O b) C2H4O2 c) C2H2O2 d) CH2O e) CH4Opeuvent-elles être - un alcool - un éther - un aldéhyde - une cétone - on ester - un acide carboxylique ?
16.
Trouver la (les) paire(s) d’isomères de position du groupement fonctionnel:CH3 CH2 C O
CH3
CH3 CH2 C
O
CH3
O C CH2 CH2
CH3
H
CH3 CH C CH3
O H
CH3 C O
CH2 CH3
(1) (2) (3)
(4) (5)
( isomères de configuration )
17.
Marquez les atomes de carbone asymétriques d’une croix:méthadone N
O zingibérène
luciférine S
N
COOH N H
HO S
(c) (d)
cholestérol HO
puromycine HOH2C
N
N N
N N
CH3 CH3
O
H H
NH H
OH H
CO CHNH2 CH2 CH3O
acide polyméthacrylique
adrénaline N
OH H
(b)
(a) Cl
)n ( CH2 C
CH3
COOH
H CH3 CH2 CH OH
Br
CH CH2
(e) (f)
(g)
(h)
(i)
(j)
(L’acide polyméthacrylique est une variante du plexiglas , le zingibérène est un aromate contenu dans le gingembre, la luciférine produit la lumière des lucioles, l’adrénaline sécrétée par les glandes surrénales est un stimulant du système nerveux, elle accélère les battements cardiaques et augmente la pression sanguine, le cholestérol est un constituant des parois cellulaires dont la relation avec l’athérosclérose paraît certaine, la puromycine est un antibiotique qui bloque la biosynthèse des protéines sur les ribosomes parce que sa structure ressemble à celle du bout de chaîne de la t-ARN, la méthadone est un substituant de l’héroïne qui sert dans les cures de désintoxication des grands drogués.)
18.
Donner la nomenclature de Kahn, Ingold et Prelog pour les molécules de l’exercice 5 et déterminez ainsi lesquelles sont énantiomères.19.
Donner les noms en Z et E des molécules suivantes:20.
Trouvez tous les isomères du 3-bromopent-2-ène et donner leurs noms corrects.21.
a) Tracez les stuctures spatiales des énantiomères du 2,3-dihydroxypropanal. L’atome C asymétrique servira comme centre de chaque structure tétraédrique représentée.b) A quel groupe de substances organiques appartiennent ces composés?
c) Donner les formules de Fischer appropriées et décider s’il s’agit de formes D ou L..
d) Représenter les énantiomères par des formules de Newmann en regardant dans le sens de la liaison C(2) - C(3) .
e) Donnez les noms en R et S des énantiomères. ( Priorité: CHO > CH2OH)
f) En traitant l’énantiomère R par l’acide chlorhydrique fumant, on trouve que le dérivé dichloré obtenu n’a plus d’activité optique. Interprétez.
22
. L’illustrateur scientifique Roger Hayward a produit le dessin ci-contre dans le livre “ The architecture of molecules” du professeur Linus Pauling.a) Ecrire la formule semi-développée.
b)Quel est le nom trivial de cette substance?
c) Donner la formule de Newmann suivant l’axe des deux atomes C sp3 d) Etablir la formule de projection de Fischer.
d) Nommer la substance en vous servant du nom trivial et des préfixes D- ou L-.
e) Etablir le nom scientifique ( On se servira du préfixe carboxylato et du suffixe ammonium et on admettra que COO- > CH3)
24
. Représenter toutes les molécules isomères de formule semi- développéeCH3-CHCl-CH=CH-CH3. Y a-t-il une formule semi-développée fondamentalement différente représentant le même nombre d’atomes et autant d’isomères?
