Fiche de révision : Chimie organique cours 2

📋 Plan du Cours

1. Isoméries structurales
2. Stéréoisoméries et conformations
3. Représentations spatiales
4. Énantiomérie et diastéréoisomérie
5. Stéréoisomérie des doubles liaisons
6. Stéréoisomérie des cycles
7. Chiralité et centres stéréogènes
8. Chiralité axiale et hélicoïdale
9. Diastéréoisomérie multiple

📖 1. Isoméries structurales

🔑 Notions clés & Définitions

• Molécules isomères : Composés chimiques ayant la même formule brute mais des formules développées différentes.

• isomère structurale:Ces isomères diffèrent par l’ordre ou la nature des liaisons entre atomes

**Isomères de chaînes Ces isomères diffèrent par l’assemblage des atomes de carbone du squelette carboné (= chaîne carbonée)

Les exemples d’isomères de chaîne sont: n-pentane , 2-méthylbutan , 2,2-diméthylpropane

📌 Les isomères de fonction diffèrent par la nature de leurs groupements fonctionnels et possèdent donc des propriétés chimiques différentes, comme l’éthanol et l’oxyde de diméthyle.

📌 Les isomères de position possèdent les mêmes fonctions chimiques en nombre égal, mais leurs groupements fonctionnels occupent des positions différentes sur la chaîne carbonée, comme le butan-1-ol et le 2-méthylpropan-1-ol ou le pentan-1-ol, le pentan-2-ol et le pentan-3-ol.

💡 Astuce mémo

Même formule brute, mais chaîne, position ou fonction différentes

📖 2. Stéréoisoméries et conformations

🔑 Notions clés & Définition

• Ces isomères diffèrent par la position spatiale de leurs atomes ou groupes d’atomes
• Stéréoisomères de configuration : Stéréoisomères qui diffèrent par la disposition de leurs atomes dans l’espace indépendamment des rotations autour des liaisons simples, et dont l’interconversion nécessite la rupture d’au moins deux liaisons puis la formation de deux nouvelles liaisons.
• Stéréoisomères de conformation : Arrangements d’atomes qui ne diffèrent que par des rotations autour d’une ou plusieurs liaisons simples. (Conformation décalée ou éclipser.)

📝 Points essentiels

📌 Les stéréoisomères diffèrent par la position spatiale de leurs atomes ou groupes d’atomes.

💡 Astuce mémo

Configuration = rupture de liaisons ; conformation = rotation

📖 3. Représentations spatiales

•La projection de Cram représente les liaisons dans le plan, en avant du plan et en arrière du plan.

•Représentation perspective (projection cavalière): vu en diagonale de la projection de Cram

• Dans une projection de Fischer, la chaîne carbonée la plus longue est verticale et l’atome dont la numérotation est la plus faible est placé en haut.

📌 Dans une projection de Fischer, les traits verticaux représentent des liaisons dans le plan ou en arrière du plan, tandis que les traits horizontaux représentent des liaisons en avant du plan.

•Représentation ou projection de Newman: on regarde la molécule selon l’axe de la liaison

📖 4. Énantiomérie et diastéréoisomérie

🔑 Notions clés & Définitions

• Énantiomérie : Relation entre un objet et son image dans un miroir lorsque celle-ci n’est pas superposable à l’objet.
• Diastéréoisomérie : Relation entre deux stéréoisomères qui ne sont pas énantiomères. Les diastéréoisomères apparaissent lorsqu’une molécule possède au moins deux éléments de chiralité.
• Mélange racémique : Un mélange équimoléculaire de deux énantiomères est inactif sur la lumière polarisée et est appelé mélange racémique, noté d/l ou ±.

📝 Points essentiels

•Toute paire de molécules existant sous forme d’images spéculaires l’une de l’autre et nonsuperposables sont des énantiomères.

•De telles molécules sont dits chirales. Toute molécule chirale présente une activité optique vis-à-vis de la lumière polarisée.

Si une molécule ne présente ni plan de symétrie, ni centre de symétrie, alors cette molécule sera chirale.

• Deux énantiomères ont des pouvoirs rotatoires opposés vis-à-vis de la lumière polarisée.

• Deux énantiomères ont des propriétés physiques et chimiques identiques vis-à-vis de

  réactifs ou de phénomènes physiques achiraux.

  Les diastéréoisomères ont des propriétés physiques différentes

📌L’énantiomère déviant le plan de la lumière polarisée vers la droite est dextrogyre (noté**d ou +). L’autre énantiomère causant une rotation du plan de la lumière polarisée vers la gauche

est lévogyre (noté l ou -).

Le mélange équimoléculaire de deux énantiomères est inactif sur la lumière polarisée. Il

est appelé **racémique (noté d/l ou ±)**💡 Astuce mémo

Énantiomères = miroirs non superposables ; diastéréoisomères = non-miroirs

📖 5. Stéréoisomérie des doubles liaisons

★ À maîtriser

•Lorsque chaque atome de carbone de la double liaison porte un atome d’hydrogène :

-cis : Les deux H sont situés du même côté de la liaison

-trans: Les deux H sont situés de part et d’autre de la liaison

• Dans la nomenclature Z/E, les substituants de chaque carbone de la double liaison sont classés par priorité selon la règle CIP, puis les deux substituants prioritaires sont comparés.

📌 Un alcène est de configuration Z lorsque les deux substituants prioritaires sont du même côté de la liaison π et de configuration E lorsqu’ils sont de part et d’autre de cette liaison.

📌 La règle de Cahn-Ingold-Prelog classe les atomes par ordre décroissant de numéro atomique : I > Br > Cl > S > P > F > O > N > C > H.

Compléments

📌 Selon la règle CIP, si deux atomes directement liés sont identiques, on compare les atomes du rang suivant, et les liaisons multiples sont comptées comme autant de liaisons simples.

💡 Astuce mémo

Z = prioritaires du même côté ; E = prioritaires opposés

📖 6. Stéréoisomérie des cycles

★ À maîtriser

📌 Dans un cycle, les substituants cis sont du même côté du plan défini par le cycle, tandis que les substituants trans sont de part et d’autre de ce plan.

Compléments

• Pour les dérivés du cyclohexane, le plan de référence est le plan moyen passant par le milieu des six liaisons C-C du cycle.

💡 Astuce mémo

Cis = même côté du plan ; trans = côtés opposés

📖 7. Chiralité et centres stéréogènes

🔑 Notions clés & Définitions

• Chiralité : Propriété d’un objet ou d’une molécule dont l’image spéculaire n’est pas superposable à l’objet ou à la molécule.
• Carbone asymétrique : Carbone porteur de quatre substituants différents.

★ À maîtriser

• Une molécule qui ne présente ni plan de symétrie ni centre d’inversion est chirale dans la plupart des cas organiques.

• La configuration absolue R ou S décrit la position spatiale des substituants autour d’un centre de chiralité selon l’ordre de priorité CIP.

• Lorsque le substituant de plus faible priorité d est dirigé vers l’arrière, le sens de rotation a → b → c donne directement R ou S ; lorsqu’il est dirigé vers l’avant, il faut inverser le résultat.

Compléments

📌 En projection de Fischer, une permutation de deux groupements conduit à la configuration inverse.

📌 Dans une projection de Fischer, un acide α-aminé appartient à la série D si le groupe NH2 du carbone asymétrique est à droite et à la série L s’il est à gauche.

• Un atome d’azote portant trois substituants différents peut être asymétrique, mais son inversion rapide empêche généralement d’isoler ses deux énantiomères, sauf dans une structure cyclique rigide ou sous forme d’ammonium quaternaire.

💡 Astuce mémo

CIP : priorité, orientation, R ou S

📖 8. Chiralité axiale et hélicoïdale

★ À maîtriser

• Les allènes et les spiranes peuvent présenter une énantiomérie due à un axe de chiralité lorsque les deux substituants de chacune des extrémités sont différents.

• Une hélice est chirale et existe sous deux formes énantiomères : une hélice de pas droit P et une hélice de pas gauche M.

Compléments

• La chiralité hélicoïdale est présente dans de nombreuses structures macromoléculaires, notamment les protéines et l’ADN.

💡 Astuce mémo

Une hélice droite P et une hélice gauche M sont comme deux mains

📖 9. Diastéréoisomérie multiple

🔑 Notions clés & Définitions

• Dérivé méso : Un dérivé méso est achiral malgré la présence de centres stéréogènes, car il possède un plan de symétrie, et il est diastéréoisomère des énantiomères thréo optiquement actifs.

★ À maîtriser

• Une molécule acyclique possédant n atomes asymétriques indépendants présente au plus $2^n$ configurations, qui sont regroupées en couples d’énantiomères.

📌 Dans un dérivé érythro, les substituants identiques sont du même côté de la chaîne carbonée principale, tandis que dans un dérivé thréo ils sont de part et d’autre.

Compléments

• Une molécule possédant deux centres stéréogènes indépendants présente au plus quatre configurations.

📌 La dénomination érythro/thréo s’applique rigoureusement aux composés possédant au moins deux substituants identiques sur chaque carbone asymétrique et ne permet pas de désigner les énantiomères.

📌 Les stéréodescripteurs like et unlike distinguent respectivement les configurations de même type, comme (2R,3R) et (2S,3S), des configurations de type différent, comme (2S,3R) et (2R,3S).

💡 Astuce mémo

Plusieurs centres stéréogènes → énantiomères, diastéréoisomères ou forme méso

📊 Tableaux de synthèse

Types d’isomérie

Configuration et chiralité