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Chimie, Chapitre 4
Terminale S
REPRESENTATION SPATIALE DES MOLECULES
I – REPRESENTATION DE CRAM
1) Modèle de Gillespie
La représentation de Lewis ne donne pas d'indication sur la géométrie de la molécule. L'explication de cette
géométrie est donnée par le modèle de Gillespie.
 Dans les molécules, les liaisons covalentes sont constituées d'électrons qui sont chargés négativement. Les
doublets d'électrons, qu'ils soient liants ou non liants, exercent donc les uns sur les autres des forces de
répulsion. Les doublets non liants sont plus répulsifs que les doublets liants.
 Dans le modèle de Gillespie, les doublets liants et non liants s'orientent dans l'espace de façon à minimiser
les répulsions, donc à être le plus loin possible les uns des autres.
La représentation de la molécule en 3 dimensions rendra compte de la géométrie de la molécule.
Comment dessiner une molécule en 3 dimensions sur une feuille à deux dimensions ?
2) Représentation de Cram
Donald James Cram, chimiste américain (1919 – 2001) inventa en 1953 une nouvelle représentation des
molécules utilisant la perspective afin de représenter la disposition spatiale des atomes d’une molécule.
Les 3 conventions dites de Cram sont les suivantes :
 Un trait plein ( –– ) représente une liaison entre deux atomes situés
dans le plan de la figure ; les angles entre les liaisons ainsi représentées
sont respectés.
 Un triangle allongé plein (
) représente une liaison entre un atome
situé dans le plan de la figure (à la pointe du triangle) et un atome situé
en avant de ce plan (à la base du triangle).
 Un triangle allongé hachuré (
) représente une liaison entre un
atome situé dans le plan de la figure (à la pointe) et un atome situé en
arrière de ce plan (à la base)
Remarque :
Les doublets non liants ne sont pas représentés dans la représentation de Cram.
Exemples :
Nom
Formule
brute
Représentation de
Lewis
Représentation de
Cram
Géométrie
Dihydrogène
Molécule linéaire
Dichlore
Molécule linéaire
Chlorure
d’hydrogène
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Molécule linéaire
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Chapitre 4 : Représentation spatiale des molécules
Nom
Formule
brute
Représentation de
Lewis
Représentation de
Cram
Géométrie
Méthane
(1 C et des H)
Molécule
tétraédrique
Ammoniac
(1 N et des H)
Molécule pyramidale
Eau
Molécule plane
II - ISOMERIE ET STEREOISOMERIE
1) Isomérie de constitution (rappel PS)
Exemple :
Deux composés de même formule brute C2H6O, sont des isomères :
Remarque :
Les isomères n'ont pas les mêmes propriétés physiques et chimiques.
2) Stéréoisomérie
a) Définition
b) Différents cas de stéréoisomérie
Les différents cas de stéréoisomérie peuvent être décomposés en deux grandes catégories :
 La stéréoisomérie de conformation
 La stéréoisomérie de configuration, qui peut être décomposée en :
 énantiomérie
 diastéréoisomérie
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Chapitre 4 : Représentation spatiale des molécules
III - LA STEREOISOMERIE DE CONFORMATION
1) Définition
Exemple : l’éthane (C2H6)
Conformation
Représentation de Cram
Éclipsée
H
H
C
C
Deux vues du modèle moléculaire
H
H
H
H
H
H
H
Décalée
C
C
H
H
H
2) Aspects énergétiques
a) Stabilité d’une conformation
 Chaque atome de la molécule possède son nuage électronique chargé négativement donc les différents
nuages interagissent en se repoussant. C’est pourquoi, il existe une infinité de conformations.
 Une conformation est d’autant plus stable que les groupes d’atomes sont éloignés les uns des autres, et
donc que son énergie potentielle de torsion est la plus faible.
Exemple : l’éthane (C2H6)

La conformation la plus stable est la conformation décalée.

La conformation la moins stable est la conformation éclipsée.
b) Changement de conformation
L’écart énergétique entre la conformation la plus stable et celle la moins stable est suffisamment faible pour
qu’une molécule passe incessamment d’une conformation à une autre.
La rotation des deux tétraèdres l’un par rapport à l’autre est très rapide : 1010 tours par seconde.
Exemple : le butane (C4H10)
E (kJ.mol-1)
A
G
25
13,8
3,3
E
C
B
F
D
0
COMPRENDRE
60
120
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180
 (°)
240
300
360
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Chapitre 4 : Représentation spatiale des molécules
Les dessins ci-dessus correspondent à une représentation dite « Projection de Newman ».
Pour la comprendre, il suffit d’observer une molécule (ici la
molécule d’éthane) selon un axe de visée correspondant à l’axe
d’une liaison C – C.
Le seul atome de carbone visible est alors celui représenté par
un cercle rouge.
Les trois liaisons C – H qui lui sont associées sont pleinement visibles (en rouge), tandis que les trois liaisons
C – H qui sont associées à l’atome de carbone noir caché ne sont que partiellement visibles.
Les trois atomes d’hydrogène rouges sont toujours visibles.
Les trois atomes d’hydrogène noirs sont visibles lorsque la conformation le permet.
3) Propriétés des stéréoisomères de conformation
De nombreuses petites protéines se replient spontanément en une durée de l'ordre d'une milliseconde. Certaines
protéines mal repliées, appelé prions, sont responsables de maladies comme la maladie de Creutzfeldt Jakob
chez l'homme, ou encéphalopathie spongiforme bovine (ESB ou encore maladie de la vache folle) chez les
vaches. Ces protéines peuvent exister selon deux conformations :
 la conformation « repliée », présente dans un cerveau sain.
 la conformation « allongée », présente dans le cerveau d'un sujet malade.
La conséquence de la perte de la conformation de référence d'une protéine peut avoir des conséquences
excessivement graves pour la santé.
IV - LA STEREOISOMERIE DE CONFIGURATION
1) Définition
2) Enantiomérie
a) Notion de chiralité
Exemples :
 Une main est un objet chiral. L’image dans un miroir plan d’une main droite correspond à
une main gauche : ces deux objets ne sont pas superposables.
 La molécule de glycéraldéhyde (ou 2,3-dihydroxypropanal) est chirale.
CHO
CHO
C
C
HO CH2
H
HO
H
CH2OH
OH
b) Le carbone asymétrique
H
C
H
H
H
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Exemple :
le méthane :
Exemple :
le butan-2-ol :
C2H5
C2H5
C*
C*
H3C
H
CH3
H
OH
HO
Remarque :
Une molécule possédant un carbone asymétrique est nécessairement chirale.
c) Notion de couple d’énantiomères
 Définition
Le mélange racémique
d) Propriétés des énantiomères
La prise en compte de l’énantiomérie est capitale pour la compréhension des phénomènes biologiques : lors des
processus de reconnaissance entre une molécule et des sites récepteurs (enzymatiques par exemple), la réponse
physiologique peut être différente selon l’énantiomère impliqué.
Exemples :
 La L-Dopa possède un énantiomère traitant la maladie de
Parkinson alors que l’autre est toxique.
 Le Maxiton® possède un énantiomère psychostimulant alors que
l’autre est inactif.
 La carvone possède un énantiomère sentant le cumin alors que
l’autre sent la menthe fraîche.
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3) Diastéréoisomérie
a) Présentation
b) La stéréoisomérie Z/E
La stéréoisomérie Z/E (Cf. cours 1ère S) est une diastéréoisomérie due à l'impossibilité de rotation rapide autour
des doubles liaisons, en particulier des doubles liaisons carbone - carbone.
Exemple :
Le but-2-ène
c) Cas des molécules possédant plusieurs atomes de carbone asymétriques
Considérons la molécule d’acide 2,3-dihydroxy-4-oxobutanoïque : CHO – CHOH – CHOH – COOH
Cette molécule possède 4 isomères de configuration dont les représentations de Cram sont les suivantes :
COOH
OH
C
H

C
C
COOH
C
H


C
H
OHC
OH
COOH
H
H
OH
HO
HO
CHO
HO
COOH
H
H
C
CHO
HO
C

OHC
C
OH
H
 Les représentations  et  d’une part et  et  d’autre part sont images l’une de l’autre par un miroir
plan : ils forment des couples d’énantiomères.
 Les représentations  et ,  et ,  et ,  et  ne sont pas images l’une de l’autre par un miroir
plan : ils forment des couples de diastéréoisomères.
d) Propriétés des diastéréoisomères
Des diastéréoisomères possèdent des propriétés physiques, chimiques et biologiques différentes.
Exemple :
L’acide but-2-ènedioïque possède deux diastéréoisomères :
Température de fusion
Solubilité dans l’eau
Acide maléique
131 °C
780 g.L-1
Acide fumarique
287 °C
6,3 g.L-1
Formule semi-développée
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V – COMMENT TROUVER LA RELATION D’ISOMERIE ENTRE DEUX MOLECULES ?
Pour trouver la relation d'isomérie TV de molécules A et B non identiques, il faut suivre l'organigramme ci
dessous :
A et B correspondent-elles à
une même formule développée
?
NON
OUI
A et B sont des isomères
de constitution.
A et B sont des
stéréoisomères.
Peut-on passer de A à B ou de B
à A par des rotations autour de
liaisons simples ?
OUI
NON
A et B sont des stéréoisomères
de configuration.
A et B sont des stéréoisomères
de conformation.
A et B sont-elles images l'une
de l'autre dans un miroir ?
OUI
A et B sont des
énantiomères.
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NON
A et B sont des
diastéréoisomères
isomère.
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