Fiche de révision : Stéréochimie et isomérie

📋 Plan du Cours

1. Fondements de l’isomérie
2. Isomérie de constitution
3. Conformations et stabilité
4. Règles CIP et configurations
5. Isomérie géométrique
6. Chiralité et énantiomérie
7. Diastéréoisomérie et composés méso
8. Représentations et nomenclatures
9. Dénombrement des stéréoisomères
10. Tautomérie et cas particuliers

📖 1. Fondements de l’isomérie

🔑 Notions clés & Définitions

• Isomérie : La coexistence de molécules ayant la même formule brute mais des formules développées ou stéréochimiques différentes.
• Stéréoisomères : Des isomères dont les atomes sont connectés de la même manière mais dont la disposition spatiale diffère.

★ À maîtriser

📌 L’isomérie plane implique des atomes connectés différemment, tandis que la stéréoisomérie concerne des atomes connectés de la même manière mais disposés différemment dans l’espace.

Compléments

• Les propriétés physiques, chimiques ou biologiques peuvent différer entre des isomères, notamment entre des énantiomères selon le contexte.

💡 Astuce mémo

Même formule brute, mais constitution ou espace différents

📖 2. Isomérie de constitution

🔑 Notions clés & Définitions

• Isomérie de position : Une isomérie plane dans laquelle la position d’une fonction chimique ou d’un substituant change dans la molécule.
• Isomérie de constitution : Des molécules dont l’agencement des atomes et parfois les fonctions chimiques diffèrent.

📝 Points essentiels

• Le 1-pentène et le 2-pentène constituent un exemple d’isomérie de position.

📖 3. Conformations et stabilité

🔑 Notions clés & Définitions

• Conformère : Une forme d’une même molécule obtenue par rotation autour d’une liaison simple, sans rupture de liaison.

★ À maîtriser

📌 La conformation éclipsée est moins stable que la conformation décalée en raison des contraintes de torsion et des gênes stériques.

• Le cyclohexane peut adopter notamment une conformation chaise et une conformation bateau, la chaise étant la plus stable.

Compléments

• Le passage d’un conformère à un autre ne s’effectue pas par rotation autour d’une liaison double ou triple.

💡 Astuce mémo

Éclipsée = gêne ; décalée = stabilité

📖 4. Règles CIP et configurations

🔑 Notions clés & Définitions

• Règles CIP : Les règles de Cahn, Ingold et Prelog classent les substituants selon le numéro atomique de l’atome directement lié, puis selon les atomes suivants en cas d’égalité.

• Configuration absolue : L’arrangement spatial d’un centre stéréogène selon les descripteurs R ou S attribués avec les règles CIP.

★ À maîtriser

• Selon le numéro atomique décroissant, l’ordre de priorité est I > Br > Cl > S > O > N > C > H lorsque ces atomes sont comparés.

Compléments

📌 Les liaisons multiples sont traitées par duplication conventionnelle des atomes lors de l’application des règles CIP.

💡 Astuce mémo

Numéro atomique, comparaison successive, orientation

📖 5. Isomérie géométrique

🔑 Notions clés & Définitions

• Isomérie géométrique : Une isomérie résultant d’une rotation empêchée, notamment autour d’une double liaison ou dans un cycle, et se décrivant par cis/trans ou E/Z.

📝 Points essentiels

• La configuration Z signifie que les substituants prioritaires selon CIP sont du même côté de la double liaison, tandis que la configuration E signifie qu’ils sont de côtés opposés.

• Dans un cycle, cis signifie que les substituants de référence sont du même côté du plan moyen du cycle, tandis que trans signifie qu’ils sont de part et d’autre.

• Une double liaison peut présenter une configuration E/Z si chacun de ses carbones porte deux substituants différents.

💡 Astuce mémo

Même côté = Z ou cis ; côtés opposés = E ou trans

📖 6. Chiralité et énantiomérie

🔑 Notions clés & Définitions

• Chiralité : La propriété géométrique d’un objet qui ne peut pas être superposé à son image dans un miroir.
• Énantiomères : Deux molécules images l’une de l’autre dans un miroir et non superposables.
• Mélange racémique : Un mélange racémique contient 50 % d’un énantiomère et 50 % de son énantiomère opposé, ce qui annule son pouvoir rotatoire global.

📝 Points essentiels

• La chiralité peut être induite par un atome autre que le carbone, notamment par l’azote, le phosphore ou le soufre.

💡 Astuce mémo

Une molécule et son reflet impossible à superposer

📖 7. Diastéréoisomérie et composés méso

🔑 Notions clés & Définitions

• Diastéréoisomères : Des stéréoisomères qui ne sont pas images l’un de l’autre dans un miroir.
• Composé méso : Des centres stéréogènes mais reste achiral en raison d’un élément de symétrie interne.

• Configurations érythro et thréo : Les désignations érythro et thréo caractérisent certaines relations entre substituants dans une représentation de Fischer de molécules ayant plusieurs centres stéréogènes.

📝 Points essentiels

📌 L’inversion de tous les centres stéréogènes produit l’énantiomère, tandis que l’inversion de seulement certains centres produit un diastéréoisomère.

💡 Astuce mémo

Énantiomères = tous les centres inversés ; diastéréoisomères = seulement certains

📖 8. Représentations et nomenclatures

★ À maîtriser

📌 Les descripteurs R et S indiquent une configuration absolue, tandis que les descripteurs d et l indiquent le sens du pouvoir rotatoire.

• La projection de Fischer est adaptée à la détermination des séries D et L et à l’étude des relations érythro et thréo.

• La projection de Newman représente une molécule suivant l’axe d’une liaison, notamment pour comparer ses conformations éclipsées, décalées ou gauches.

Compléments

• La représentation de Cram permet de représenter la géométrie tridimensionnelle d’une molécule à l’aide de liaisons dans le plan, en avant et en arrière du plan.

📖 9. Dénombrement des stéréoisomères

★ À maîtriser

📌 Avec n centres asymétriques, le nombre maximal de stéréoisomères est de 2ⁿ, en l’absence de symétrie réduisant ce nombre.

📌 La présence d’un plan de symétrie interne peut rendre une molécule achirale et diminuer le nombre de stéréoisomères effectivement distincts.

Compléments

• Les stéréoisomères possibles se répartissent en couples d’énantiomères et en relations de diastéréoisomérie.

💡 Astuce mémo

Centres asymétriques → configurations possibles → couples d’isomères

📖 10. Tautomérie et cas particuliers

🔑 Notions clés & Définitions

• Tautomérie : Un équilibre entre deux formes qui implique un déplacement d’électrons accompagné du déplacement d’un atome d’hydrogène.

📝 Points essentiels

• En solution, les deux formes tautomères peuvent être présentes simultanément à l’équilibre.

• La tautomérie peut établir un équilibre entre un aldéhyde et un énol, ainsi qu’entre une imine et une énamine.

💡 Astuce mémo

Déplacement électronique, puis déplacement d’un hydrogène

📊 Tableaux de synthèse

Principales relations d’isomérie

Relations stéréochimiques