Parlons d’abord des conformations. Celles-ci, également appelées conformères ou isomères conformationnels, sont des arrangements différents d’atomes qui se produisent à la suite d’une rotation autour de liaisons simples. Par exemple, dans la molécule suivante, nous pouvons avoir un arrangement différent des atomes en tournant autour de la liaison σ centrale :
Le plus souvent, ces rotations se produisent très rapidement à température ambiante c’est pourquoi les conformations ne sont pas considérées comme des composés différents. Donc, pour l’instant, retenez que ce n’est pas parce que les structures semblent différentes qu’elles représentent des composés différents :
Il devient un composé différent lorsque les atomes sont connectés différemment (isomères constitutionnels) ou qu’il n’est pas possible d’interconvertir entre les différents arrangements d’atomes par des rotations autour des liaisons simples. De bons exemples sont les isomères cis et trans, les isomères e et z, qui sont considérés comme des diastéréoisomères – une classe de stéréoisomères. Oui, cela devient un peu écrasant, mais traitons des conformations et des projections de Newman pour l’instant.
Les conformations peuvent être montrées par des projections Bond-line (zig-zag), Sawhorse ou Newman :
Nous avons fait beaucoup de pratique sur les structures Bond-line et la conversion entre les structures Lewis et Bond-line avant : Structures de ligne de liaison, de Lewis et condensées avec des problèmes pratiques
Projections de Newman
Nous avons dit que les conformations sont différentes formes d’un composé provenant d’une rotation autour d’une seule liaison (sigma). Parfois, une meilleure perspective de cette rotation et des conformations en formation est obtenue en regardant à travers la liaison sigma. Et c’est ce que nous appelons une projection de Newman.
Une projection de Newman est une représentation de la molécule regardant à travers une liaison simple C-C.
Pour chaque projection de Newman, vous devez spécifier la liaison et la direction que vous regardez. Par exemple, pour notre molécule, nous pouvons regarder à travers la liaison C1-C2 (même si cela peut être à travers n’importe quelle liaison).
La direction est généralement indiquée avec un symbole d’œil:
Donc, dans cette boîte, si nous regardons depuis le haut-gauche, et le carbone à l’avant va être le carbone 1 et derrière, nous avons le carbone 2. La projection de Newman correspondante ressemblerait à ceci :
Le cercle est un objet imaginaire que l’on met entre les deux carbones pour que les groupes sur chaque carbone soient identifiés clairement dans la projection de Newman.
Ce n’était pas si clair, non ?
Comment les groupes sont-ils apparus là où ils sont dans la projection de Newman ?!
Eh bien, remplaçons le simple symbole de l’œil par ce type. Et la raison en est qu’il est important de voir quels groupes pointent où c’est-à-dire vers le haut, vers le bas, en haut à gauche, en haut à droite, etc.
Ici vous pouvez voir que Cl est en haut à droite (face à la main droite), H est en haut à gauche (main gauche) et méthyle pointe droit vers le bas. Et c’est tout ce qu’il y a sur le premier carbone:
Sur le deuxième carbone, nous avons un OH qui pointe droit vers le haut, un Br en bas à gauche et un H en bas à droite. Bien mieux que l’œil, cela devrait être.
Une molécule peut avoir plusieurs projections de Newman
Comme mentionné précédemment, pour dessiner une projection de Newman d’une molécule, il faut donner la liaison, et l’angle du spectateur. Selon l’angle, les projections de Newman d’une molécule donnée peuvent être complètement différentes. Par exemple, si nous devions regarder à travers la liaison C1-C2 de la molécule précédente, depuis le bas à gauche, voici ce que nous obtiendrions :
Ces deux projections de Newman représentent le même composé, ce que nous pouvons confirmer en retournant l’une d’entre elles de 180o par un axe :
Notez également, que le motif du gabarit pour les deux projections de Newman est différent. Dans la première, le carbone avant, a la forme d’un « Y », tandis que dans la seconde, c’est un « Y » inversé. Ou nous pouvons également les appeler avant-haut, arrière-bas, et avant-bas-arrière-haut.
Cela dépend simplement du motif en zigzag et si vous visualisez le placement d’un modèle avec les bras ouverts au lieu d’un simple œil, vous rendrez beaucoup plus facile l’obtention du motif correct.
Donc, une chose à retenir ici est qu’il n’y a aucune corrélation quant à un groupe de coin sur le zig-zag est toujours à droite, ou un groupe de tiret est à gauche, etc. Et c’est un modèle de confusion commun lorsque vous apprenez juste la projection Newman.
Pensez-y comme ceci – Juste parce que la queue du chien est à droite, ne signifie pas que c’est toujours une déclaration correcte. Cela dépend de la direction dans laquelle vous regardez le chien :
La pratique est le seul moyen de contourner cela et la plupart des concepts de la chimie organique. Prenez simplement un papier et dessinez ce que vous pouvez autant que vous le pouvez – ne pensez pas trop sans rien dessiner. Si quelque chose ne va pas, vous pouvez le corriger, mais si vous ne dessinez rien, vous ne saurez pas ce que c’est que vous devez travailler.
Conformations décalées et éclipsées – Angle dièdre
Prenons notre molécule et faisons une rotation de 180o du premier carbone autour de la liaison C1-C2 :
Et maintenant, dessinons la projection Newman en regardant toujours en haut à gauche :
Ce que nous remarquons, c’est que tous les groupes sur le carbone arrière sont exactement derrière ceux sur le carbone avant. Ils sont tous alignés. Cela s’appelle la conformation éclipsée (éclipse lunaire).
En d’autres termes, l’angle entre chaque groupe éclipsé est de 0o. L’angle entre ces groupes est appelé angle dièdre.
Notez que l’angle dièdre dans toutes les projections Newman que nous avons faites auparavant était de 60o. Il coupait en deux les groupes sur chaque carbone. Toutes ces conformations étaient des conformations décalées – l’angle dièdre entre tous les groupes avant et arrière est de 60o:
Les conformations décalées sont plus stables que les conformations éclipsées puisque les atomes aiment l’espace et plus ils se rapprochent, plus la conformation devient instable.
Selon l’angle dièdre entre les deux plus grands groupes, la conformation décalée peut être Anti (180o) ou Gauche (60o).
Un bon exemple est le butane :
Vous trouverez ci-dessous le diagramme énergétique de toutes les conformations décalées et éclipsées du butane. Pour comprendre comment se produit la transformation d’une conformation à l’autre, imaginez que vous maintenez le carbone avant immobile et que vous faites tourner le carbone arrière de 60o. Bien sûr, en réalité, ils tournent tous les deux et nous ne faisons cela que pour faciliter la visualisation. Vous pourriez également maintenir le carbone arrière stable et faire tourner le carbone avant :
Plus vous rapprochez les grands groupes méthyles, plus la conformation devient instable. Ou, ce qui revient à dire, plus la distance entre les grands groupes est grande, plus la conformation est stable.
Aussi, plus les groupes sont grands, plus les conformations éclipsée et gauche sont instables.
Notez que toute conformation décalée est plus stable que la conformation éclipsée la plus stable et que les conformations gauches sont moins stables que les anti-conformations.
Vous pourrez en savoir plus sur les énergies associées aux différentes conformations décrites comme des déformations de torsion et stériques dans le prochain post.
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