Scheda di revisione: Isomérie et stéréoisomérie

📋 Plan du Cours

1. Classification des isomères
2. Conformations acycliques et cycliques
3. Configuration et relations stéréoisomériques
4. Centres stéréogènes et dénombrement
5. Attribution des configurations R/S
6. Attribution des configurations Z/E
7. Nomenclatures et propriétés

📖 1. Classification des isomères

🔑 Notions clés & Définitions

• Isomérie de constitution : Concerne des molécules ayant une nature d’atomes ou des types de liaisons différents, sans tenir compte de leur arrangement spatial.
• Stéréoisomères : Ont le même ordre et la même nature de liaisons, mais une disposition différente des atomes dans l’espace.
• Stéréoisomères de configuration : Ont des dispositions spatiales différentes qui ne peuvent pas être interconverties par rotation autour de liaisons simples sans rupture de liaison.
• Stéréoisomères de conformation : Diffèrent par une rotation libre autour d’une liaison simple σ entre deux atomes.

📝 Points essentiels

• Deux molécules ayant la même formule brute sont des isomères si elles ne sont pas superposables sans rotation autour d’une liaison.

📖 2. Conformations acycliques et cycliques

★ À maîtriser

• La conformation majoritaire est la plus stable, car elle maximise les interactions favorables et minimise les interactions défavorables.

📌 Pour un cycle, les conformations chaise sont plus stables que la conformation bateau, sauf si la conformation bateau fait apparaître des liaisons hydrogène absentes des conformations chaise.

• Entre deux conformations chaise, la plus stable est celle où la majorité des substituants volumineux sont en position équatoriale, car la position axiale crée un encombrement stérique.

• Pour passer d’un conformère acyclique à un autre, il faut effectuer une rotation autour d’une liaison simple σ, ce qui demande peu d’énergie et permet une infinité de positions.

Compléments

📌 Les interactions favorables entre substituants peuvent inclure des liaisons hydrogène, tandis que les interactions défavorables comprennent la gêne stérique entre groupements volumineux rapprochés.

📖 3. Configuration et relations stéréoisomériques

🔑 Notions clés & Définitions

• Énantiomères : Deux stéréoisomères sont énantiomères s’ils sont images l’un de l’autre dans un miroir plan mais non superposables.

★ À maîtriser

📌 L’isomérie optique est décrite par les stéréodescripteurs R et S, tandis que l’isomérie géométrique est décrite par les stéréodescripteurs Z et E.

Compléments

• Un stéréoisomère ne possède qu’un seul énantiomère, mais il peut être associé à plusieurs diastéréoisomères.

📖 4. Centres stéréogènes et dénombrement

🔑 Notions clés & Définitions

• Centre stéréogène : Un atome ou un groupe d’atomes qui constitue une source de stéréoisomérie dans une molécule.

★ À maîtriser

• Les centres stéréogènes étudiés ici sont les carbones asymétriques, décrits par R/S, et les doubles liaisons C=C, décrites par Z/E.

• Une molécule possédant $n$ centres stéréogènes possède $2^n$ stéréoisomères en l’absence d’éléments de symétrie.

Compléments

• Une molécule possédant $n$ centres stéréogènes possède $2^{n-1}$ couples d’énantiomères en l’absence d’éléments de symétrie.

📖 5. Attribution des configurations R/S

🔑 Notions clés & Définitions

• Carbone asymétrique : Un carbone lié à quatre substituants différents et constitue un centre stéréogène.

★ À maîtriser

• Selon la première règle CIP, le substituant dont l’atome directement lié possède le numéro atomique Z le plus élevé est prioritaire, et pour des isotopes la priorité dépend du nombre de masse A le plus élevé.

• Avec le substituant 4 en arrière-plan, un parcours 1→2→3 dans le sens des aiguilles d’une montre correspond à R et un parcours dans le sens inverse correspond à S.

🔄 Processus — Pour attribuer R ou S, les quatre substituants sont d’abord classés selon les règles de priorité de Cahn-Ingold-Prelog, puis le sens 1→2→3 est observé avec le substituant 4 placé en arrière-plan.

Compléments

📌 Si deux substituants ont le même atome de premier rang, ils sont départagés en comparant successivement les atomes des rangs suivants jusqu’à la première différence.

📌 Une double liaison est traitée comme si chaque atome était lié deux fois à l’atome partenaire, et une triple liaison comme s’il y était lié trois fois, pour appliquer les règles CIP.

💡 Astuce mémo

CIP, groupe 4 derrière, puis sens 1→2→3.

📖 6. Attribution des configurations Z/E

📝 Points essentiels

📌 La configuration Z correspond aux deux substituants prioritaires situés du même côté de la double liaison, tandis que la configuration E correspond à des substituants prioritaires situés de part et d’autre.

📌 Une double liaison C=C est un centre stéréogène si les deux substituants portés par le carbone de gauche sont différents entre eux et si ceux portés par le carbone de droite le sont également.

• Pour attribuer Z ou E, on classe les substituants de chaque carbone de la double liaison selon les règles CIP, puis on compare la position des deux substituants prioritaires.

📖 7. Nomenclatures et propriétés

🔑 Notions clés & Définitions

• Molécule chirale : Une molécule non superposable à son image dans un miroir ; un énantiomère est donc chiral et un composé méso est achiral.
• Composé méso : Un stéréoisomère de configuration possédant un plan de symétrie et étant achiral contrairement aux autres stéréoisomères concernés.
• Mélange racémique : Contient deux énantiomères en proportions équimolaires de 50/50 et possède un pouvoir rotatoire nul parce que leurs pouvoirs rotatoires se compensent.

★ À maîtriser

• Pour une molécule comportant plusieurs carbones asymétriques, deux stéréoisomères sont énantiomères si la configuration absolue de tous les carbones asymétriques est inversée, comme (R,R,R) et (S,S,S).

• Deux molécules comportant plusieurs centres stéréogènes sont diastéréoisomères si au moins un centre change de configuration sans que tous les centres ne changent, comme (R,R,R) et (R,S,S).

📌 Les énantiomères ont les mêmes propriétés chimiques et physiques sauf leurs pouvoirs rotatoires spécifiques, qui sont de signes opposés, tandis que les diastéréoisomères ont des propriétés chimiques et physiques différentes.

• Il n’existe pas de corrélation systématique entre la configuration R/S et le signe du pouvoir rotatoire (+/-).

Compléments

• Pour deux carbones asymétriques, une molécule sans plan de symétrie possède quatre stéréoisomères et deux couples d’énantiomères, tandis qu’une molécule avec un plan de symétrie possède trois stéréoisomères et un couple d’énantiomères.

• Dans les cycles, cis signifie que les deux substituants étudiés sont du même côté du cycle, tandis que trans signifie qu’ils sont de part et d’autre du cycle.

• Un polarimètre mesure la déviation de la lumière polarisée : une déviation vers la gauche caractérise un composé lévogyre (-), tandis qu’une déviation vers la droite caractérise un composé dextrogyre (+).

• La nomenclature D/L est surtout utilisée en biochimie pour les sucres et les acides aminés représentés en projection de Lewis ; D signifie que le groupement observé est à droite et L qu’il est à gauche.

📊 Tableaux de synthèse

Énantiomères et diastéréoisomères

Critère	Énantiomères	Diastéréoisomères
Relation miroir	Images miroir non superposables	Ni images miroir ni superposables
Propriétés chimiques et physiques	Identiques, sauf le pouvoir rotatoire	Différentes
Nombre de partenaires	Un seul énantiomère	Plusieurs diastéréoisomères possibles

Descripteurs stéréochimiques

Descripteur	Centre concerné	Critère
R/S	Carbone asymétrique	Sens 1→2→3 selon les priorités CIP
Z/E	Double liaison C=C	Position relative des substituants prioritaires
Cis/trans	Cycle	Substituants du même côté ou de part et d’autre
D/L	Sucres et acides aminés	Position droite ou gauche en projection de Lewis