Aurélie 02/02
architecture moléculaire et stéréochimie

quelles sont les molécules chirales ?

exercice 2 : azote, phosphore et arsenic

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  1. Indiquer parmi les molécules suivantes celles qui sont chirales. Justifier.
  2. Le chloramphénicol est un antibiotique :
    - Indiquer les carbones asymétriques.
    - Quel est le nombre d' isomères.
    - Les représenter en perspective de Cram puis en projection de Newman.
  3. Donner l'ordre de préséance des substituants et indiquer la configuration absolues des carbones asymétriques pour chaque stéréoisomère.
corrigé
(1) possède un carbone asymétrique, aucun plan de symétrie : elle est chirale et possède 2 énantiomères.

(2) possède deux carbones asymétriques, et un centre de symétrie : molécule non chirale .

(3) (isomèrie allénique) pas de carbone asymétrique, mais cette molécule ne possède aucun élément de symétrie

molécule asymétrique chirale, non superposable à son image dans un miroir.

(4) (isomèrie spirannique) pas de carbone asymétrique, mais cette molécule ne possède aucun élément de symétrie

les deux cycles sont dans des plans orthogonaux car le carbone commun aux deux cycles est tétragonal

molécule asymétrique chirale, non superposable à son image dans un miroir.

(5) (isomèrie atopique) pas de carbone asymétrique mais

les substituants Br et iPr sont très volumineux et interdissent toute rotation autour de la liaison simple C-C

molécule asymétrique chirale, non superposable à son image dans un miroir.

chloramphénicol :

n = 2 atomes de carbone asymétriques ( atome de carbone tétraèdrique possèdant 4 substituants différents)

on prévoit 2n = 2 ² = 4 stéréoisomères prévus.

l'ordre de préséance est le suivant :( ordre de n° atomique décroissant)

pour le carbone n°2 : -NH-CO-CHCl2 > carbone n° 3 > CH2OH >H

pour le carbone n°3 : -OH > C6H5NO2 > CH2OH >H

on regarde dans la direction C*-->4 :

si la succession des substituants 1-->2-->3 se fait dans le sens des aiguilles d'une montre, le composé est dit R

d'où les configurations absolues :

(figure 1) : 2S, 3S ; (figure 2) : 2R, 3R ; (figure 3) : 2R, 3S ;( figure 4) : 2S, 3R

 

  1. Dans la colonne de la classification périodique comprenant l'azote N(Z= 7), on trouve le phosphore P (Z=15), l'arsenic As (Z=33). Possèdent-ils une couche de valence isoélectronique ?
  2. Quel est le nombre de liaisons de covalence établies par ces 3 éléments ?
  3. Définir l'énergie de première ionisation.
  4. Comment évoluent les rayons atomiques et l'énergie de première ionisation. Expliquer.
  5. L'arsenic donne AsBr3 et AsBr5. Donner le schéma de Lewis de ces deux bromures.
    - N et P donnet-ils ces deux bromures? Justifier.
  6. Quelle est la géomètrie de ces deux bromures ? Utiliser la théorie VSEPR.
  7. L'arsenic donne des ions arsénites AsO33- et arséniates AsO43-. Donner lesz schémas de Lewis de ces ions.
  8. Les liaisons As-O ont la même longueur dans un ion ; mais leur longueur diffèrent d'un ion à l'autre. Pourquoi ?
    élément
    H
    N
    P
    As
    Sb
    Cl
    F
    rayon atomique (pm)

    88
    128
    139
    159

    E I (eV)

    14,5
    11
    9,8
    8,6

    électronégativité
    2,2
    3
    2,2
    2,2
    2,1
    3,2
    4
    masse molaire (g/mol) : O=16 ; As = 75 ;

numéro atomique O : Z=8 ; As : Z=33 ; Br : Z=35.

corrigé
N, P, As appartiennent à la même famille; ils possèdent le même nombre d'électrons externes sur la couche de valence.

Ils ont 3 électrons célibataires et peuvent former 3 liaisons de covalence.

L'énergie de première ionisation est égale à l'enthalpie de la réaction suivante :

X (gaz) --> X+ (gaz + e-.

Cette énergie étant fonction de 1/ n* ² diminue donc de N à As.

le rayon atomique r = n* ² a0 / Z* augmente avec n de N à As.

schéma de Lewis :

Le phosphore dispose d'orbitale 3d vacantes, il peut donner deux composés halogénés.

L'azote ne peut avoir au plus que 8 électrons sur sa couche de valence : donc un seul type de dérivé halogéné.

géomètrie des molécules :

AsBr3 : As atome central ; 3 liaisons de covalence ; un doublet non liant donc type AX3E

structure pyramydale à base triangulaire

AsBr5 : As atome central ; 5 liaisons de covalence donc type AX5.

forme bipyramidale trigonale.

ion arsénite AsO33- : pas de formule mésomère limite.

liaison As--O localisées entre les atomes

ion arséniate AsO43- : 4 formes mésomères limites, 4 liaisons équivalentes

les électrons de liaisons sont délocalisés, d'où une longueur de liaison As--O plus grande que dans l'ion arsénite.

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