Exercice 3.7 Pour le 1,2-dichloroéthane, donnez :
a) sa formule moléculaire ;
b) ses formules développée et semi-développée ;
c) sa formule simpli?ée ;
d) la formule en perspective de son conformère le plus stable et expliquez votre choix ;
e) la formule en perspective cavalière de son conformère le plus stable ;
f) la projection de Newman de son conformère le plus stable.
Exercice 3.8 Dessinez toutes les projections de Newman du propane en prenant
comme axe de liaison le lien entre C1 et C2 de la chaîne principale. Dessinez
ensuite le diagramme énergétique des conformations de cette molécule.
3.4 Cycloalcanes et leurs conformations
Les cycloalcanes, tout comme les alcanes acycliques, peuvent adopter différentes conformations. L’exception à cette règle est le cyclopropane, un cycle formé de trois atomes de
carbone qui est plan et qui ne présente aucune liberté de mouvement. Celui-ci prend
alors la forme d’un triangle équilatéral dont les angles de liaison sont de 60°. Puisque les
carbones du cyclopropane sont hybridés sp
3
, l’angle associé à cette hybridation devrait
être de 109,5°. Ainsi, le cyclopropane présente une compression d’angle qui porte le
nom de tension angulaire (ou tension de cycle), ce qui cause une grande déstabilisation de la molécule et une très grande réactivité. En plus de la tension angulaire, la
structure du cyclopropane (voir le tableau 3.2) ne possède que des liaisons COH éclipsées, ce qui contribue encore plus à l’instabilité de la molécule. Cette deuxième déstabilisation se nomme tension de torsion (ou tension d’éclipse). Pour toutes ces raisons,
les molécules portant des cycles à trois atomes sont peu abondantes dans la nature.
Contrairement au cyclopropane, le cyclobutane et le cyclopentane, des cycles formés respectivement de quatre et de cinq atomes de carbone, adoptent une conformation plissée ou gondolée, et non une structure plane. En fait, ces formes gondolées
permettent de minimiser la tension de torsion dans les cycles.
Dans le cas du cyclobutane, si la structure était plane, les angles observés seraient
de 90°, bien qu’ils doivent être de 109,5° selon l’hybridation de type sp
3 des atomes de
carbone. Or, expérimentalement, des angles de 88° sont observés, ce qui démontre une
tension d’angle anormalement élevée et explique pourquoi les cycles à quatre carbones
sont peu abondants dans la nature. Même si le plissage a pour effet d’accroître la tension angulaire de la structure, cela minimise la tension de torsion, ce qui est favorable,
puisque la tension de torsion est plus déstabilisante que la tension angulaire.
Le cyclopentane, quant à lui, plutôt que de présenter des angles de 108° (si la structure était plane), adopte une conformation particulière, la conformation enveloppe,
pour minimiser la tension de torsion. Ainsi, l’angle interne observé expérimentalement est de 105°, ce qui se rapproche signi?cativement de la valeur de 109,5° naturellement observée pour un carbone hybridé sp
3 . Il faut donc en déduire que les cycles à
cinq membres sont stables et, par conséquent, qu’ils sont très abondants dans la nature.
Le tableau 3.2 présente les différents modes d’écriture des cycloalcanes formés
de trois, quatre et cinq atomes de carbone, ainsi que leurs conformations possibles.
Contrairement aux alcanes acycliques, les rotations autour des liaisons COC des
cycloalcanes sont restreintes par le cycle
1 .
Le cyclohexane est une molécule particulièrement stable, puisqu’il peut adopter une
structure tridimensionnelle qui minimise à la fois la tension angulaire et la tension de
torsion. Cette conformation porte le nom de conformation chaise (voir la ?gure 3.9,
p. 112). La conformation chaise est la forme cyclique la plus abondamment trouvée
dans la nature, car elle présente des angles de liaison très près de 109,5° (si la structure était plane, les angles de liaison seraient de 120°) ainsi que des carbones dont les
La conformation enveloppe du cyclopentane ressemble à une enveloppe
ouverte (voir le tableau 3.2 ).
110 Chapitre 3 Isomérie
a) sa formule moléculaire ;
b) ses formules développée et semi-développée ;
c) sa formule simpli?ée ;
d) la formule en perspective de son conformère le plus stable et expliquez votre choix ;
e) la formule en perspective cavalière de son conformère le plus stable ;
f) la projection de Newman de son conformère le plus stable.
Exercice 3.8 Dessinez toutes les projections de Newman du propane en prenant
comme axe de liaison le lien entre C1 et C2 de la chaîne principale. Dessinez
ensuite le diagramme énergétique des conformations de cette molécule.
3.4 Cycloalcanes et leurs conformations
Les cycloalcanes, tout comme les alcanes acycliques, peuvent adopter différentes conformations. L’exception à cette règle est le cyclopropane, un cycle formé de trois atomes de
carbone qui est plan et qui ne présente aucune liberté de mouvement. Celui-ci prend
alors la forme d’un triangle équilatéral dont les angles de liaison sont de 60°. Puisque les
carbones du cyclopropane sont hybridés sp
3
, l’angle associé à cette hybridation devrait
être de 109,5°. Ainsi, le cyclopropane présente une compression d’angle qui porte le
nom de tension angulaire (ou tension de cycle), ce qui cause une grande déstabilisation de la molécule et une très grande réactivité. En plus de la tension angulaire, la
structure du cyclopropane (voir le tableau 3.2) ne possède que des liaisons COH éclipsées, ce qui contribue encore plus à l’instabilité de la molécule. Cette deuxième déstabilisation se nomme tension de torsion (ou tension d’éclipse). Pour toutes ces raisons,
les molécules portant des cycles à trois atomes sont peu abondantes dans la nature.
Contrairement au cyclopropane, le cyclobutane et le cyclopentane, des cycles formés respectivement de quatre et de cinq atomes de carbone, adoptent une conformation plissée ou gondolée, et non une structure plane. En fait, ces formes gondolées
permettent de minimiser la tension de torsion dans les cycles.
Dans le cas du cyclobutane, si la structure était plane, les angles observés seraient
de 90°, bien qu’ils doivent être de 109,5° selon l’hybridation de type sp
3 des atomes de
carbone. Or, expérimentalement, des angles de 88° sont observés, ce qui démontre une
tension d’angle anormalement élevée et explique pourquoi les cycles à quatre carbones
sont peu abondants dans la nature. Même si le plissage a pour effet d’accroître la tension angulaire de la structure, cela minimise la tension de torsion, ce qui est favorable,
puisque la tension de torsion est plus déstabilisante que la tension angulaire.
Le cyclopentane, quant à lui, plutôt que de présenter des angles de 108° (si la structure était plane), adopte une conformation particulière, la conformation enveloppe,
pour minimiser la tension de torsion. Ainsi, l’angle interne observé expérimentalement est de 105°, ce qui se rapproche signi?cativement de la valeur de 109,5° naturellement observée pour un carbone hybridé sp
3 . Il faut donc en déduire que les cycles à
cinq membres sont stables et, par conséquent, qu’ils sont très abondants dans la nature.
Le tableau 3.2 présente les différents modes d’écriture des cycloalcanes formés
de trois, quatre et cinq atomes de carbone, ainsi que leurs conformations possibles.
Contrairement aux alcanes acycliques, les rotations autour des liaisons COC des
cycloalcanes sont restreintes par le cycle
1 .
Le cyclohexane est une molécule particulièrement stable, puisqu’il peut adopter une
structure tridimensionnelle qui minimise à la fois la tension angulaire et la tension de
torsion. Cette conformation porte le nom de conformation chaise (voir la ?gure 3.9,
p. 112). La conformation chaise est la forme cyclique la plus abondamment trouvée
dans la nature, car elle présente des angles de liaison très près de 109,5° (si la structure était plane, les angles de liaison seraient de 120°) ainsi que des carbones dont les
La conformation enveloppe du cyclopentane ressemble à une enveloppe
ouverte (voir le tableau 3.2 ).
110 Chapitre 3 Isomérie