Fiche de révision : Structure spatiale des espèces chimiques

📋 Plan du Cours

1. Représentation spatiale et configuration
2. Stéréoisomérie et chiralité
3. Énantiomères et diastéréoisomères
4. Règles de priorité CIP
5. Configurations Z et E
6. Configurations absolues R et S
7. Rôle biologique des stéréoisomères

📖 1. Représentation spatiale et configuration

★ À maîtriser

• La représentation de Cram donne du relief aux molécules tétraédriques en représentant leurs liaisons dans l’espace.

Compléments

• Dans l’espace, l’environnement d’un atome de carbone est la plupart du temps tétraédrique.

💡 Astuce mémo

Le carbone tétraédrique se déploie dans l’espace avec les liaisons en perspective de Cram.

📖 2. Stéréoisomérie et chiralité

🔑 Notions clés & Définitions

• Stéréoisomères : Composés dont les atomes sont enchaînés de la même manière, avec la même formule semi-développée, mais dont la position dans l’espace diffère.
• Stéréoisomères de configuration : Stéréoisomères entre lesquels le passage nécessite de rompre des liaisons.

• Chiralité : Objet ou molécule qui n’est pas superposable à son image dans un miroir plan.
• Carbone asymétrique : Atome de carbone lié à quatre atomes ou groupes d’atomes différents.

💡 Astuce mémo

Énantiomères : images miroir non superposables ; diastéréoisomères : pas images miroir.

📖 3. Énantiomères et diastéréoisomères

★ À maîtriser

📌 Deux molécules sont énantiomères si elles sont images l’une de l’autre dans un miroir et non superposables, tandis que deux molécules diastéréoisomères ne sont pas images l’une de l’autre dans un miroir.

• Une molécule présentant un carbone asymétrique possède forcément deux énantiomères.

• Une molécule possédant une double liaison C=C peut présenter deux diastéréoisomères de configuration.

Compléments

• Une molécule possédant deux carbones asymétriques et aucun axe, plan ou centre de symétrie est chirale et présente deux couples d’énantiomères.

💡 Astuce mémo

Deux carbones asymétriques peuvent former des couples d’énantiomères et de diastéréoisomères.

📖 4. Règles de priorité CIP

★ À maîtriser

📌 Selon la première règle CIP, parmi les atomes directement liés à l’atome central, celui qui possède le numéro atomique le plus élevé est prioritaire. — Cahn, Ingold et Prelog, 1966

• Lorsque deux substituants ont le même atome directement lié, on compare successivement les atomes des rangs suivants jusqu’à atteindre une différence de priorité. — Cahn, Ingold et Prelog, 1966

Compléments

📌 Une liaison multiple avec un atome est considérée comme autant de liaisons simples avec des répliques de cet atome, et l’atome réel est prioritaire sur sa réplique. — Cahn, Ingold et Prelog, 1966

• Dans la comparaison des groupes méthyle –CH3 et éthyle –CH2–CH3, le groupe éthyle est prioritaire car, au rang suivant, il présente un carbone contre trois hydrogènes pour le groupe méthyle.

💡 Astuce mémo

Priorité CIP : numéro atomique, comparaison des rangs suivants, puis traitement des liaisons multiples.

📖 5. Configurations Z et E

🔑 Notions clés & Définitions

• Isomère Z : Possède les deux substituants prioritaires du même côté de la double liaison C=C.
• Isomère E : Possède les deux substituants prioritaires de part et d’autre de la double liaison C=C.

📝 Points essentiels

📌 Pour une double liaison C=C, on détermine les substituants prioritaires de chaque carbone selon les règles CIP.

📌 Une isomérie Z/E existe autour d’une double liaison C=C seulement lorsque chacun des deux carbones de la double liaison porte deux substituants différents.

💡 Astuce mémo

Z rassemble les groupes prioritaires ; E les place de part et d’autre.

📖 6. Configurations absolues R et S

🔑 Notions clés & Définitions

• Configuration R : Lorsque la séquence 1-2-3 tourne dans le sens des aiguilles d’une montre en regardant dans l’axe C* vers le substituant 4.

📝 Points essentiels

• Pour déterminer la configuration absolue d’un carbone asymétrique, on classe d’abord ses quatre substituants par priorité décroissante selon les règles CIP, puis on observe la rotation 1-2-3 en regardant dans l’axe C* vers le substituant 4.

💡 Astuce mémo

Classer 1-2-3-4, regarder selon l’axe vers 4, puis distinguer R de S.

📖 7. Rôle biologique des stéréoisomères

★ À maîtriser

• Les énantiomères peuvent avoir des propriétés:

  • thérapeutiques
  • toxiques
  • contraceptives
  • gustatives
  • olfactives

• Dans la thalidomide, l’énantiomère R est anti-vomitif tandis que l’énantiomère S est tératogène.

• Pour le naproxène et l’ibuprofène, la forme S possède un effet anti-inflammatoire et antipyrétique, tandis que la forme R n’a pas d’effet important.

📌 Les mécanismes de reconnaissance entre molécules biologiques, comme enzyme-substrat ou médicament-protéine cible, fonctionnent selon un modèle clé-serrure qui peut sélectionner un seul énantiomère.

• L’ibuprofène possède un seul carbone asymétrique ; seul son énantiomère S est biologiquement actif, et il agit après 12 minutes contre 38 minutes pour le mélange racémique. — Johnson, Invitation à la chimie organique

Compléments

• L’énantiomère S de l’asparagine a un goût amer, tandis que son énantiomère R a un goût plutôt sucré.

• L’énantiomère S de la carvone sent le cumin, tandis que l’énantiomère R sent la menthe verte.

💡 Astuce mémo

Reconnaissance moléculaire sélective → effets biologiques différents selon l’énantiomère.

📊 Tableaux de synthèse

Énantiomères et diastéréoisomères