Fiche de révision : Isomérie et chiralité

📋 Plan du Cours

1. Définitions de l’isomérie
2. Isomères de constitution
3. Conformations et configurations
4. Stéréoisomérie géométrique Z/E
5. Chiralité et énantiomérie
6. Stéréoisomérie à plusieurs centres
7. Chiralité des cyclanes substitués

📖 1. Définitions de l’isomérie

🔑 Notions clés & Définitions

• Isomère : Structure organique non superposable à une autre structure possédant la même formule brute.

📝 Points essentiels

📌 Deux structures organiques superposables sont identiques et appelées homomères, tandis que deux structures organiques non superposables sont des isomères.

📌 Les isomères de constitution ont un enchaînement d’atomes différent, tandis que les stéréoisomères ont le même enchaînement d’atomes mais une disposition spatiale différente.

💡 Astuce mémo

Superposables = homomères ; non-superposables = isomères

📖 2. Isomères de constitution

★ À maîtriser

📌 Les isomères de fonction possèdent des fonctions organiques différentes, tandis que les isomères de position possèdent les mêmes fonctions organiques placées à des positions différentes.

Compléments

• Le propan-1-ol et le méthoxyéthane sont des isomères de fonction et ont respectivement des points d’ébullition de 92 °C et 7 °C.

• Le propan-1-ol et le propan-2-ol sont des isomères de position et ont respectivement des points d’ébullition de 92 °C et 82 °C.

💡 Astuce mémo

Fonction différente, position différente

📖 3. Conformations et configurations

🔑 Notions clés & Définitions

• Conformation : Disposition spatiale accessible par rotation autour d’un angle dièdre sans rupture de liaisons.
• Configuration : Disposition spatiale qui ne peut être transformée en une autre que par rupture et inversion de deux liaisons.

📝 Points essentiels

📌 Le passage d’une conformation extrême à une autre s’effectue par rotation autour d’un angle dièdre, tandis que le passage d’une configuration à une autre nécessite la rupture et l’inversion de deux liaisons.

💡 Astuce mémo

Conformation = rotation ; configuration = rupture et inversion

📖 4. Stéréoisomérie géométrique Z/E

★ À maîtriser

📌 Une double liaison peut être définissable en Z/E lorsque les substituants permettent de distinguer deux configurations spatiales, mais certaines doubles liaisons sont non définissables en Z/E.

📌 Pour attribuer une configuration Z ou E autour d’une double liaison, on compare les priorités des substituants selon les règles CIP de chaque côté de la liaison.

Compléments

• Dans le 2,3-dichloropent-2-ène, les configurations Z et E sont distinguées selon les priorités CIP, avec Cl prioritaire sur Me d’un côté et Cl prioritaire sur Et de l’autre.

💡 Astuce mémo

Z et E dépendent des priorités CIP de chaque côté

📖 5. Chiralité et énantiomérie

🔑 Notions clés & Définitions

• Chiralité : Molécule non superposable à son image dans un miroir, comme la main gauche par rapport à la main droite.
• Énantiomères : Un objet chiral et son image dans un miroir, deux formes non superposables.

📝 Points essentiels

📌 La présence d’un plan de symétrie dans une molécule suffit à conclure qu’elle est achirale, indépendamment de la présence d’atomes de carbone asymétriques.

📌 Une molécule présentant un seul atome de carbone asymétrique est toujours chirale et possède deux configurations R et S formant un couple d’énantiomères.

• Deux énantiomères possèdent les mêmes propriétés physico-chimiques usuelles, notamment: les mêmes points de fusion ou d’ébullition, les mêmes spectres IR, les mêmes spectres UV, les mêmes spectres RMN

💡 Astuce mémo

Plan de symétrie → molécule achirale

📖 6. Stéréoisomérie à plusieurs centres

🔑 Notions clés & Définitions

• Composé méso : Possède plusieurs atomes de carbone asymétriques mais reste achiral en raison d’une symétrie interne et est superposable à son image dans un miroir.

★ À maîtriser

📌 Deux stéréoisomères images l’un de l’autre et non superposables sont des énantiomères, tandis que deux stéréoisomères non images l’un de l’autre et non superposables sont des diastéréoisomères.

• Pour une molécule présentant n atomes de carbone asymétriques, le nombre maximal de stéréoisomères est $2^n$.

Compléments

• Les aldo-tétroses thréose et érythrose possèdent deux atomes de carbone asymétriques, aucun plan de symétrie et quatre stéréoisomères chiraux.

• L’acide tartrique possède deux atomes de carbone asymétriques, un plan de symétrie et trois stéréoisomères, dont un composé méso et un couple d’énantiomères.

💡 Astuce mémo

LIKE : mêmes configurations ; UNLIKE : configurations différentes

📖 7. Chiralité des cyclanes substitués

★ À maîtriser

📌 Dans les cyclanes disubstitués, une paire d’images miroir non superposables constitue un couple d’énantiomères, tandis qu’une paire d’images superposables correspond à une molécule achirale ou à un composé méso selon la symétrie.

Compléments

• Pour des cyclobutanes et cyclopentanes portant deux groupements identiques en position 1,2, l’absence de plan de symétrie conduit à un couple d’énantiomères.

• Pour des cyclobutanes et cyclopentanes portant deux groupements identiques en position 1,3, la présence d’un plan de symétrie rend la molécule achirale et peut conduire à un composé méso.

💡 Astuce mémo

1,2 : énantiomères ; 1,3 : achiral ou méso selon la symétrie

📊 Tableaux de synthèse

Types d’isomérie