Stéréochimie et conformations du cyclohexane

[invite13e4bad5]

Bonjour tout le monde, j'ai un exercice de tp, intitulé les conformations du cyclohexane, à faire. Le problème est que cette année les cours, TP et TD arrivent tous en même temps. Du coup on a pas encore eu le temps de regarder cette partie, mais on l'a en TP!! Bref voici l'exercice :

I
1)Représenter le cyclohexane en perspective pour les équilibres conformationnels suivants :

Chaise-1/2 chaise-bateau torsadé-bateau-bateau torsadé-1/2 chaise-chaise.

Pour cette question le seul problème que j'ai rencontré est la numérotation des atomes de carbone (en prenant la forme chaise j'ai numéroté les extrémités de gauche à droite 1 et 4)

2) Représenter selon Newman l'équilibre suivant, et le commenter :

Chaise-Bateau

La chaise est plus stable que le bateau car les atomes d'hydrogène sont en parfait équilibre alors que chez le bateau ils occupent les même positions de part et d'autre des atomes de C.

II t-Butylcyclohexane

Il existe sous une forme chaise, exclusivement à température ambiante : laquelle?
La chaise la plus stable (ch3 equatoriaux)

III stéréoisomères

1) Représenter en perspective la forme chaise des composés suivants, existants sous les formes cis et trans:
Quel est le stéréoisomère le plus stable parmis chaque configuration?

1,3-diméthylcyclohexane : forme chaise : alors j'ai mis le carbone 1 sur l'aile en bas a droite de la chaise, il possède un CH3. Ensuite j'ai numéroté dans le sens inverse des aiguilles d'une montre. Je me retrouve avec le carbone 3, possédant un CH3 en face du carbone 1. J'ai tracé deux traits verticaux vers le bas en carbone 1 et 3.
Il existe deux conformères :

l'un avec les CH3 axiaux (instable) et l'autre avec les CH3 equatoriaux (stable) car plus éloignés des H axiaux


Je n'ai pas encore regardé pour le 1,2-diméthylhexane et 1,4-diméthylhexane.

2) Illustrer les termes suivants :

a) molécule chirale: deux molécules identiques selon un miroir plan (non superposables).
b) Isomères de position : même formule brute, même fonction, même squelette carboné mais position de la fonction différente d'une molécule à l'autre. ex (Butanol et Butan-2-ol).
c) énantiomères : molécules images l'une de l'autre selon un miroir mais non superposables.
d) mélange racémique : d'après ce que j'ai compris il s'agirait de deux énantiomères mélangés?
e) molécule achirale : molécules superposables selon un miroir plan.
f) molécule méso : aucune idée!

Merci d'avance pour votre aide.
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[invite13e4bad5]

J'ai fais un petit schéma à la va-vite pour illustrer ma phrase dans le 1) du I

[mach3]

III stéréoisomères

1) Représenter en perspective la forme chaise des composés suivants, existants sous les formes cis et trans:
Quel est le stéréoisomère le plus stable parmis chaque configuration?

1,3-diméthylcyclohexane : forme chaise : alors j'ai mis le carbone 1 sur l'aile en bas a droite de la chaise, il possède un CH3. Ensuite j'ai numéroté dans le sens inverse des aiguilles d'une montre. Je me retrouve avec le carbone 3, possédant un CH3 en face du carbone 1. J'ai tracé deux traits verticaux vers le bas en carbone 1 et 3.
Il existe deux conformères :

l'un avec les CH3 axiaux (instable) et l'autre avec les CH3 equatoriaux (stable) car plus éloignés des H axiaux

Tu décris ici le cas du cis, qui effectivement est plus stable quand les 2 groupement sont équatoriaux. Mais qu'en est-il du trans?

a) molécule chirale: deux molécules identiques selon un miroir plan (non superposables).
b) Isomères de position : même formule brute, même fonction, même squelette carboné mais position de la fonction différente d'une molécule à l'autre. ex (Butanol et Butan-2-ol).
c) énantiomères : molécules images l'une de l'autre selon un miroir mais non superposables.
d) mélange racémique : d'après ce que j'ai compris il s'agirait de deux énantiomères mélangés?
e) molécule achirale : molécules superposables selon un miroir plan.
f) molécule méso : aucune idée!

attention, petite inexactitude sur la a. Une molécule chirale est une molécule non superposable à son image dans le miroir, et c'est tout. Si tu commences à parler de 2 molécules, tu parles d'énantiomères. Ici on te demande ce qu'est une molécules chirale et pas ce que sont des énantiomères.

Pour le d, un mélange racémique est un mélange 50/50 de deux énantiomères, de sorte que ce mélange ait les même caractéristiques optiques qu'un composé achiral, c'est à dire pas de pouvoir rotatoire. Pour ta culture, et devancer un peu le cours que tu auras, essayer de synthétiser une molécule chirale avec des matières premières, des réactifs et des catalyseurs non chiraux (ou racémiques) ne peut mener qu'à un mélange racémique : il n'y a rien qui va favoriser la formation d'un énantiomère plutôt que l'autre et donc les 2 vont se former en quantité égale (attention cependant, il y a des situations particulières où on arrive à des choses non racémiques sans pour autant introduire quelque chose de chiral, voir à ce sujet, pour ceux que ça intéresse, les travaux de Kondepudi, Viedma et surtout Noorduin)

Pour le e, même inexactitude que le a : il s'agit d'une molécule qui est superposable à son image dans le miroir

Pour le f, un isomère méso, est une molécule qui contient des élèments d'asymétrie (carbone asymétriques par exemple) mais est achirale. L'acide mésotartrique en est un exemple.

m@ch3

[invite13e4bad5]

Merci pour ta réponse =) je vais de ce pas regarder

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite13e4bad5]

Donc si j'ai un peu près bien compris, cis veut dire que deux substituants sont X-équatorial/Y-axial ou X-axial/Y-équatorial et que trans : X-axial/Y-axial ou X-équatorial/Y-équatorial?

Pourquoi cis est plus stable que trans pour le 1,3dimethylcyclohexane?
Trans : les deux molécules CH3 sont opposés à deux molécules H (les intéractions sont fortes).
Cis : Les CH3 de part et d'autre du cyclohexane (Newman) assure une meilleure stabilité car les 4 H centraux sont opposés.?

dans tous les cas tant qu'un C central du cyclohexane est lié à une grosse molécule il y a instabilité (conformation chaise)?

[invite13e4bad5]

En fait ma dernière phrase ne veut rien dire ^^

[mach3]

Donc si j'ai un peu près bien compris, cis veut dire que deux substituants sont X-équatorial/Y-axial ou X-axial/Y-équatorial et que trans : X-axial/Y-axial ou X-équatorial/Y-équatorial?

non cis veut dire que les deux substituants sont du même coté du cycle. Si on représente le cycle vu de dessus en Cram, les deux substituants sortent tous deux de la feuille (ou plongent tous deux sous la feuille). Trans veut dire qu'ils ne sont pas du même coté.

pour le 1,3 diméthylcyclohexane en conformation chaise, les substituants sont donc tous les deux en axial ou tous les deux en equatorial pour le cis, et l'un est equatorial et l'autre axial pour le trans.

Le cis a donc 2 conformères bateau différent, l'un avec les deux méthyl en axial et l'autre avec les deux méthyl en equatorial. Ce dernier est évidemment le plus stable.

Le trans a 2 conformères bateau lui aussi, mais ils ont la même stabilité : l'un a un méthyl en axial et un autre en equatorial, l'autre a un méthyl en equatorial et un méthyl en axial. En y regardant de plus près, ces deux conformères sont image l'un de l'autre dans un miroir sans être superposables. Si on ne pouvait pas passer d'une conformation à l'autre on parlerait d'énantiomère.

Je te laisse voir pour les 1,2 et 1,4. Dis moi ce que tu trouves.

m@ch3

[invite13e4bad5]

non cis veut dire que les deux substituants sont du même coté du cycle. Si on représente le cycle vu de dessus en Cram, les deux substituants sortent tous deux de la feuille (ou plongent tous deux sous la feuille). Trans veut dire qu'ils ne sont pas du même coté.

Je n'ai pas bien saisi la notion de "côté", il s'agit de trois plans, celui de la feuille, celui de devant et celui de derrière la feuille?
Pourquoi parle t-on des conformères bateau? je n'ai pas bien compris en fait ^^"

[mach3]

Pourquoi parle t-on des conformères bateau? je n'ai pas bien compris en fait ^^"

aie aie aie, je suis désolé, tu peux prendre mon post précédent et remplacer partout bateau par chaise... je suis un peu à la masse aujourd'hui vraiment désolé, j'ai du complétement t'embrouiller...

Je n'ai pas bien saisi la notion de "côté", il s'agit de trois plans, celui de la feuille, celui de devant et celui de derrière la feuille?

Un cycle a 2 faces, on est bien d'accord, et chaque carbone à 2 liaisons, une qui pointe plus d'un coté que de l'autre (indépendamment du fait d'être axial ou equatorial). Quand tu as 2 substituants, ils peuvent être du même coté (cis) ou du coté opposé (trans). En représentant ton cycle à plat dans le plan de la feuille (sur laquelle tu dessines), il aura la forme d'un hexagone régulier. Ensuite tu places les substituants dessus avec la convention de Cram (c'est à dire les liaisons en triangle plein ou en pointillé) pour montrer qu'ils sont situés en dessous ou au dessus. Après il n'y a plus qu'à transformer cette représentation "plate" en représentation plus parlante avec le cycle de coté. Dans le cas du 1,3-dimethylcyclohexane, ça donne qu'en conformation chaise (cette fois c'est bien chaise) le cis est forcément axial-axial ou equatorial-equatorial, alors que le trans est forcément axial-equatorial. Il faut faire les dessins pour bien s'en rendre compte évidemment.

m@ch3

[invite13e4bad5]

Bonsoir, ce n'est pas plus simple de "voir" par la représentation de Newman? Car j'ai beau chercher je ne comprends pas très bien ^^". En fait je m'imagine que la face trans c'est devant le carbone et la face cis derrière (un peu comme l 'appareil de golgi avec ses deux faces) donc selon Newman qui représente bien les trois plans avec le cercle (Carbone) dans le plan de la feuille...Mais tu préconises la forme en perspective? Je vais tenter de faire un dessin.

[mach3]

regarde ici : http://www2.chemistry.msu.edu/facult...l/sterism2.htm

A la section "Substituted Cyclohexanes"

Tu verras la représentation dont je parle et par la même occasion les réponses et les explications pour ton exercice, mais en anglais

m@ch3

[invite13e4bad5]

Merci =) voici quand même mon schéma

[invite13e4bad5]

Bonsoir, c'est bon j'ai compris les notions trans et cis merci beaucoup pour le site =) par contre y a t-il une différence au niveau de deux conformations cis (chaise et chaise inverse)?

[mach3]

par contre y a t-il une différence au niveau de deux conformations cis (chaise et chaise inverse)?

ça dépend des cas. Pour le 1,3 diméthyl c'est évident : dans l'une des conformations chaise, les méthyl seront équatoriaux alors que dans l'autre ils sont axiaux.

m@ch3

[invite13e4bad5]

Donc le but de l'exercice III est de déterminer le conformère le plus stable entre les deux cis et les deux trans?

[invite13e4bad5]

Pour le 1,2-diméthylcyclohexane j'ai trouvé que les deux conformations cis avaient la même stabilité (CH3 axial / CH3 equatorial), mais étaient moins stables que la conformation trans qui peut adopter une forme sans intéractions la structure diaxiale (mais je ne sais pas comment l'expliquer).

[invite13e4bad5]

Bonjour, c'est bon j'ai bien compris merci