Fiche de révision : Stéréoisomérie et chiralité

📋 Plan du Cours

1. Fondements de la stéréoisomérie
2. Représentations spatiales des molécules
3. Chiralité et carbone asymétrique
4. Énantiomères et activité optique
5. Configurations absolues R et S
6. Cas particuliers des stéréoisomères
7. Stéréoisomérie et applications biologiques

📖 1. Fondements de la stéréoisomérie

🔑 Notions clés & Définitions

• Stéréoisomérie : Disposition tridimensionnelle différente de molécules organiques résultant notamment des différents états d'hybridation de l'atome de carbone.
• Isomères : Molécules qui possèdent la même formule brute, avec les mêmes atomes en nombre identique, mais des structures différentes.

📝 Points essentiels

📌 Les isomères se répartissent en isomères plans et stéréoisomères, ces derniers comprenant notamment les énantiomères et les diastéréoisomères.

💡 Astuce mémo

Même formule brute, mais disposition spatiale différente

📖 2. Représentations spatiales des molécules

★ À maîtriser

• Dans la représentation de Cram, une liaison représentée par un trait simple est dans le plan du papier, un coin plein indique une liaison en avant du plan et un coin hachuré indique une liaison en arrière du plan.

• Dans une projection de Fischer, les liaisons horizontales sont dirigées au-dessus du plan et les liaisons verticales au-dessous du plan.

Compléments

📌 La représentation de Newman permet de distinguer une conformation décalée d'une conformation éclipsée autour d'une liaison.

📖 3. Chiralité et carbone asymétrique

🔑 Notions clés & Définitions

• Chiralité : Propriété d'un objet ou d'une molécule qui n'est pas superposable à son image dans un miroir plan.
• Carbone asymétrique : Atome de carbone portant quatre substituants différents et constituant un centre de chiralité ou stéréocentre.

📝 Points essentiels

📌 Une molécule est généralement chirale lorsqu'elle ne possède ni plan ni centre de symétrie.

💡 Astuce mémo

Deux mains miroirs impossibles à superposer

📖 4. Énantiomères et activité optique

🔑 Notions clés & Définitions

• Énantiomères : Deux molécules images l'une de l'autre dans un miroir plan et non superposables, qui diffèrent par leur configuration.
• Mélange racémique : Un mélange racémique contient 50 % de chacun des deux énantiomères et est inactif sur la lumière polarisée ; il se note (±).

📝 Points essentiels

• Les deux énantiomères ont un pouvoir rotatoire de même valeur absolue, mais l'un est dextrogyre (+) et dévie la lumière vers la droite, tandis que l'autre est lévogyre (-) et la dévie vers la gauche.

💡 Astuce mémo

(+) dévie à droite, (-) dévie à gauche

📖 5. Configurations absolues R et S

★ À maîtriser

• Si la séquence des priorités 1, 2 et 3 tourne vers la droite avec le groupe 4 dirigé vers l'arrière, le stéréocentre est R ; si elle tourne vers la gauche, il est S.

• Selon les règles de Cahn, Ingold et Prelog, les substituants sont classés selon le numéro atomique décroissant de l'atome directement lié au C* ; l'ordre usuel est I > Br > Cl > S > F > O > N > C > H.

• Il n'existe pas de relation systématique entre la configuration absolue R ou S et le pouvoir rotatoire (+) ou (-).

• 🔄 La configuration absolue se détermine en trois étapes:

  1. Classer les quatre substituants par priorité
  2. Placer le substituant de plus faible priorité à l'arrière
  3. Observer le sens de rotation des trois autres priorités

Compléments

📌 Lorsque les atomes directement liés au C* sont identiques, la comparaison des priorités se poursuit avec le deuxième atome, puis le troisième, jusqu'à rencontrer une différence.

📌 Pour une liaison multiple, celle-ci est fictivement décomposée en plusieurs liaisons simples afin de classer les substituants.

💡 Astuce mémo

Priorités 1-2-3 avec le groupe 4 en arrière

📖 6. Cas particuliers des stéréoisomères

🔑 Notions clés & Définitions

• Forme méso : Une forme méso possède deux C* dont les trois substituants sur chaque centre sont identiques, présente un plan de symétrie, est achirale et n'a pas d'activité optique.

★ À maîtriser

• Un ose est de série D lorsque son OH est à droite sur l'avant-dernier carbone et de série L lorsqu'il est à gauche.

• Avec deux C*, les configurations RR et SS forment un couple d'énantiomères, tandis que les configurations SR et RS forment un autre couple d'énantiomères ; les deux couples sont diastéréoisomères l'un de l'autre.

• Après classement CIP des substituants sur chaque carbone de C=C, l'isomère Z possède les deux substituants prioritaires du même côté de la double liaison, tandis que l'isomère E les possède de part et d'autre. — Cahn, Ingold et Prelog

• Dans une projection de Fischer d'un ose, le groupement le plus oxydé est placé en haut et la série D ou L dépend de la position du groupe OH sur l'avant-dernier carbone.

• Une double liaison C=C est plane et rigide ; si chacun de ses carbones porte deux substituants différents, elle peut donner deux stéréoisomères E et Z.

• Pour une molécule possédant n carbones asymétriques, le nombre théorique d'isomères optiques est $2^n$.

Compléments

📌 Dans une projection de Fischer, un D-aminoacide possède le groupe NH2 à droite et un L-aminoacide le possède à gauche.

• Une diastéréoisomérie peut aussi être due à la présence d'un cycle, comme dans le cyclohexane, où des substituants peuvent être situés au-dessus ou au-dessous du cycle.

💡 Astuce mémo

D à droite, L à gauche ; Z ensemble, E opposé

📖 7. Stéréoisomérie et applications biologiques

📝 Points essentiels

• La chiralité est importante en biologie parce que les biosynthèses peuvent être énantiosélectives et que les énantiomères interagissent différemment avec les sites catalytiques et les récepteurs.

• La thalidomide a été utilisée sous forme racémique dans les années 1950-1960, et l'énantiomère S a été associé à des propriétés tératogènes telles que la phocomélie, les malformations et la mort fœtale.

💡 Astuce mémo

Forme spatiale différente → interaction biologique différente

📊 Tableaux de synthèse

Principales relations de stéréoisomérie