Fiche de révision : Isomérie et stéréochimie

📋 Plan du Cours

1. Types d’isomérie et formules moléculaires
2. Isoméries planes et exemples
3. Représentations spatiales des molécules
4. Conformations et stabilité moléculaire
5. Chiralité et carbone asymétrique
6. Propriétés optiques des énantiomères

📖 1. Types d’isomérie et formules moléculaires

🔑 Notions clés & Définitions

• Isomères : Composés chimiques ayant la même formule brute, mais des formules (semi)-développées différentes.
• Formule brute : Précise le nombre et la nature des atomes constituant une molécule.
• Formule développée : Représente tous les atomes et toutes les liaisons d’une molécule.
• Formule semi-développée : Ne représente pas les liaisons X–H, où X désigne un atome quelconque.

📝 Points essentiels

📌 L’isomérie plane se repère sur les formules (semi)-développées, tandis que la stéréoisomérie se repère par la disposition tridimensionnelle des atomes.

💡 Astuce mémo

Même formule brute, mais disposition spatiale ou connectivité différente

📖 2. Isoméries planes et exemples

🔑 Notions clés & Définitions

• Isomérie de fonction : Présence de fonctions chimiques différentes.
• Isomérie de position : Fonctions chimiques identiques placées à des positions différentes.
• Isomérie de chaîne : Fonctions chimiques identiques avec un enchaînement carboné différent.

📝 Points essentiels

• L’éthanol et le méthoxyméthane sont des isomères de fonction : leurs formules semi-développées sont respectivement H₃C–CH₂–OH et H₃C–O–CH₃.

• Des squelettes d’hydrocarbures saturés de même formule brute peuvent être plus ou moins ramifiés et présenter des propriétés physiques différentes.

📖 3. Représentations spatiales des molécules

🔑 Notions clés & Définitions

• Stéréoisomères : Ont la même formule semi-développée, mais diffèrent par la disposition spatiale de leurs atomes.

★ À maîtriser

• Un carbone hybridé sp³ possède une géométrie tétraédrique et ses quatre substituants ne sont pas dans un même plan.

• La projection de Cram représente une liaison dans le plan par un trait simple, une liaison vers l’avant par un trait plein épais et une liaison vers l’arrière par un trait pointillé.

Compléments

• La projection de Newman observe une molécule dans l’axe d’une liaison simple carbone-carbone ; le carbone avant est figuré par trois segments issus d’un point et le carbone arrière par un cercle portant ses trois liaisons.

📌 Dans la projection de Newman, une conformation éclipsée présente des atomes alignés, tandis qu’une conformation décalée présente des atomes alternés.

• En projection de Fischer, la chaîne carbonée la plus longue est verticale, les liaisons horizontales sortent vers le lecteur et le carbone le plus oxydé est placé en haut.

• La projection de Fischer est surtout utilisée pour représenter les oses et les acides aminés et distinguer facilement leurs énantiomères L ou D.

💡 Astuce mémo

En Cram, une liaison sort de la feuille en coin plein et passe derrière en pointillés

📖 4. Conformations et stabilité moléculaire

🔑 Notions clés & Définitions

• Conformation : Géométrie particulière d’une molécule obtenue par rotation interne autour de certaines liaisons simples.

★ À maîtriser

• Le passage d’un conformère à un autre se fait par simple rotation autour d’une liaison simple.

• Dans le cyclohexane, le passage d’une forme chaise à l’autre se fait par la forme bateau, qui est instable.

📌 Pour un cyclohexane substitué, la conformation chaise où le substituant est équatorial est la plus stable en raison d’un encombrement stérique moindre qu’en position axiale.

Compléments

• Les conformations d’une même molécule peuvent avoir des propriétés physico-chimiques différentes, notamment des énergies différentes.

• Dans l’éthane, les conformations sont éclipsées aux angles ω = 0°, 120° et 240°, et décalées aux angles ω = 60°, 180° et 300°.

• Lors du passage d’une forme chaise du cyclohexane à l’autre, les substituants axiaux deviennent équatoriaux et les équatoriaux deviennent axiaux.

💡 Astuce mémo

Chaise 1 → bateau → chaise 2

📖 5. Chiralité et carbone asymétrique

🔑 Notions clés & Définitions

• Chiralité : Propriété d’un objet qui n’est pas superposable à son image dans un miroir plan.
• Carbone asymétrique : Carbone tétraédrique hybridé sp³ lié à quatre substituants ou groupes d’atomes différents.

★ À maîtriser

• Une molécule qui possède un plan de symétrie est achirale.

Compléments

• Un carbone lié à deux substituants identiques n’est pas asymétrique.

• Une molécule possédant un seul carbone asymétrique est chirale et constitue l’un des deux énantiomères d’un couple.

💡 Astuce mémo

Chiral : non superposable au miroir ; achiral : plan de symétrie

📖 6. Propriétés optiques des énantiomères

🔑 Notions clés & Définitions

• Mélange racémique : Contient une quantité égale de deux énantiomères dextrogyre et lévogyre et présente un pouvoir rotatoire nul par compensation.

★ À maîtriser

• Les énantiomères ont les mêmes propriétés physiques et chimiques, mais des pouvoirs rotatoires opposés vis-à-vis de la lumière polarisée.

📌 Un énantiomère qui dévie la lumière polarisée vers la droite est dextrogyre, noté d ou (+), tandis qu’un énantiomère qui la dévie vers la gauche est lévogyre, noté l ou (−).

Compléments

• Le sens de déviation de la lumière polarisée ne peut pas être prédit à partir de la seule structure moléculaire et doit être mesuré.

• Le pouvoir rotatoire est mesuré avec un polarimètre.

• Dans un mélange non racémique de deux énantiomères, le pouvoir rotatoire de la solution se situe entre ceux des deux énantiomères et est plus proche de celui de l’énantiomère majoritaire.

• Pour la mesure du pouvoir rotatoire spécifique, la température indiquée est 25 °C et la longueur d’onde est 589 nm.