Fiche de révision : Représentations et stéréochimie moléculaire

📋 Plan du Cours

1. Représentations spatiales des molécules
2. Types d’isomérie et chiralité
3. Carbones asymétriques et stéréoisomères
4. Configuration absolue et formes méso
5. Stéréoisomérie des alcènes et cycles
6. Conformations du butane et du cyclohexane

📖 1. Représentations spatiales des molécules

🔑 Notions clés & Définitions

• Représentation de Cram : Décrit un carbone tétraédrique en perspective, avec des liaisons orientées dans l’espace et deux liaisons rouges qui ne peuvent pas être coplanaires.

📝 Points essentiels

• Dans une représentation de Newman, on regarde selon l’axe d’une liaison C1–C2 : le carbone avant est représenté par l’intersection des trois liaisons et le carbone arrière par un cercle d’où émergent trois liaisons.

📌 Dans une représentation de Fischer, la chaîne carbonée la plus longue est verticale, le groupement le plus oxydé est placé en haut, les liaisons verticales sont dirigées vers l’arrière et les liaisons horizontales vers l’avant.

💡 Astuce mémo

CRAM → Newman → Fischer

📖 2. Types d’isomérie et chiralité

🔑 Notions clés & Définitions

• Isomères : Molécules qui possèdent les mêmes atomes, en nature et en nombre, reliés différemment, et qui ont donc la même formule brute.
• Chiralité : N’est pas superposable à son image dans un miroir et ne possède ni plan ni centre de symétrie.

★ À maîtriser

📌 Les isomères de constitution diffèrent par l’enchaînement des atomes, tandis que les stéréoisomères ont la même formule développée plane mais diffèrent par leur disposition spatiale.

📌 Les énantiomères sont des stéréoisomères images l’un de l’autre dans un miroir et non superposables, tandis que les diastéréoisomères ne sont pas images l’un de l’autre dans un miroir.

Compléments

• Un mélange racémique contient des énantiomères en quantités égales et est optiquement inactif par compensation de leurs pouvoirs rotatoires opposés.

💡 Astuce mémo

Constitution = connexions différentes ; stéréoisomérie = disposition spatiale différente

📖 3. Carbones asymétriques et stéréoisomères

🔑 Notions clés & Définitions

• Carbone asymétrique : Carbone sp3 lié à quatre substituants différents.

★ À maîtriser

• Avec n atomes de carbone asymétriques, une molécule peut posséder au maximum $2^n$ stéréoisomères.

• Une molécule possédant un seul carbone asymétrique est toujours chirale et possède deux énantiomères.

Compléments

• La thalidomide possède deux énantiomères dont les propriétés biologiques diffèrent, l’un étant anxiolytique et l’autre tératogène.

💡 Astuce mémo

Plus de C* → jusqu’à 2ⁿ stéréoisomères, sauf formes méso

📖 4. Configuration absolue et formes méso

📝 Points essentiels

• Pour déterminer la configuration R ou S, on classe les substituants selon les règles CIP, on observe la molécule avec le substituant de priorité 4 dirigé vers l’arrière, puis on examine le sens 1→2→3.

📌 Selon les règles CIP, la priorité décroît avec le numéro atomique du premier atome lié au carbone asymétrique ; en cas d’égalité, on examine les atomes suivants et les liaisons multiples sont traitées en répétant les atomes liés.

📌 La configuration R ou S décrit la disposition spatiale absolue, tandis que les signes (+) ou (−) décrivent le sens expérimental de rotation de la lumière polarisée et ne sont pas liés à R ou S.

• Pour deux carbones asymétriques identiques, il existe trois stéréoisomères au lieu de quatre : deux formes optiquement actives RR et SS et une forme méso RS optiquement inactive.

💡 Astuce mémo

Priorités CIP → position 4 → sens 1-2-3 → R/S

📖 5. Stéréoisomérie des alcènes et cycles

🔑 Notions clés & Définitions

• Isomérie Z/E : Résulte du blocage de la rotation autour de la liaison π de C=C et distingue les arrangements selon les priorités CIP.
• Isomérie cis/trans cyclanique : Concerne les cycloalcanes portant deux substituants sur deux carbones différents, selon qu’ils se trouvent du même côté ou de côtés opposés du cycle.

★ À maîtriser

📌 Un alcène est Z lorsque les substituants prioritaires sont du même côté de la double liaison et E lorsqu’ils sont de côtés opposés.

Compléments

📌 Un alcène ne présente pas de diastéréoisomérie Z/E si un même carbone sp2 porte deux substituants identiques.

💡 Astuce mémo

Z = mêmes côtés ; E = côtés opposés

📖 6. Conformations du butane et du cyclohexane

🔑 Notions clés & Définitions

• Conformères : Différentes conformations d’un même composé, obtenues par rotation autour de liaisons simples.

★ À maîtriser

📌 Le butane possède une conformation décalée plus stable et une conformation éclipsée moins stable.

• Le cyclohexane possède deux conformations chaise équivalentes et plus stables que sa conformation bateau.

• Les six carbones du cyclohexane sont sp3, la molécule n’est pas plane et ses liaisons C–H peuvent être axiales ou équatoriales.

📌 Dans un cyclohexane monosubstitué, un groupement volumineux préfère la position équatoriale afin de réduire les répulsions stériques.

Compléments

📌 Lors de l’inversion du cycle du cyclohexane, les substituants axiaux deviennent équatoriaux et les substituants équatoriaux deviennent axiaux.

💡 Astuce mémo

Décalée et chaise sont stables ; éclipsée et bateau sont moins stables

📊 Tableaux de synthèse

Relations entre les stéréoisomères