Fiche de révision : Structures, nomenclature et isomérie

📋 Plan du Cours

1. Représentations planes des molécules
2. Représentations tridimensionnelles
3. Principes de nomenclature IUPAC
4. Hydrocarbures et insaturations
5. Groupements et fonctions chimiques
6. Nomenclature des fonctions mixtes
7. Conjugaison et aromaticité
8. Isomérie de constitution
9. Conformations moléculaires
10. Stéréoisomérie configurationnelle

📖 1. Représentations planes des molécules

🔑 Notions clés & Définitions

• Formule topologique : Représente les molécules en omettant les atomes de carbone et les hydrogènes liés aux carbones, tout en conservant les liaisons et les hétéroatomes.

📝 Points essentiels

📌 La formule brute indique uniquement la composition atomique d’une molécule, tandis que les représentations de Lewis, développée, semi-développée et topologique détaillent progressivement sa structure.

• Pour l’éthanol, la formule brute est C2H6O et la formule semi-développée est CH3–CH2–OH.

💡 Astuce mémo

Lewis → développée → semi-développée → topologique

📖 2. Représentations tridimensionnelles

🔑 Notions clés & Définitions

• Projection de Newman : Représente en deux dimensions une molécule tridimensionnelle observée le long d’une liaison C–C et sert à étudier ses conformations.

★ À maîtriser

📌 La représentation de Cram utilise la perspective pour distinguer les liaisons dans le plan, en avant du plan et en arrière du plan de la feuille.

• La représentation de Haworth d’un cycle place le carbone anomérique à l’extrémité droite, épaissit les liaisons en avant du plan, laisse les carbones implicites et positionne les hydroxyles selon la projection de Fischer.

Compléments

• La projection de Fischer est utilisée notamment en biochimie pour représenter les sucres et les acides aminés.

💡 Astuce mémo

Cram montre l’espace, Newman regarde une liaison, Fischer projette une chaîne

📖 3. Principes de nomenclature IUPAC

📝 Points essentiels

• La nomenclature IUPAC consiste à choisir la chaîne carbonée principale, puis à ajouter les préfixes, les suffixes et les indices indiquant les groupes, les insaturations et les fonctions.

📌 Pour la numérotation, on attribue prioritairement le plus petit indice à la fonction principale, puis à l’insaturation, puis aux fonctions non prioritaires et aux groupements alkyles.

💡 Astuce mémo

Chaîne → numérotation → préfixes → insaturation → fonction

📖 4. Hydrocarbures et insaturations

🔑 Notions clés & Définitions

• Alcène : Hydrocarbure insaturé comportant une double liaison entre deux carbones hybridés sp2.
• Alcyne : Hydrocarbure insaturé comportant une triple liaison entre deux carbones hybridés sp.

★ À maîtriser

• Les alcanes aliphatiques saturés suivent la formule générale $C_nH_{2n+2}$.

Compléments

📌 Pour un hydrocarbure comportant une double et une triple liaison, la chaîne principale doit contenir les insaturations et la numérotation doit donner la plus petite somme d’indices, l’alcyne étant placé en suffixe.

💡 Astuce mémo

Alcane saturé, alcène double, alcyne triple

📖 5. Groupements et fonctions chimiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Alcool : Composé de forme générale R–OH nommé avec le suffixe –ol.

📝 Points essentiels

• Les dérivés halogénés sont de forme générale R–X, avec X égal à un halogène, tandis que les dérivés nitrés sont de forme générale R–NO2.

• Une amine primaire possède un groupe R–NH2, une amine secondaire possède R–NH–R′ et une amine tertiaire possède R–N(R′)–R″.

• Les aldéhydes ont la forme R–CHO et les cétones la forme R–CO–R′, avec le groupement carbonyle en bout de chaîne pour l’aldéhyde mais à l’intérieur de la chaîne pour la cétone.

• Les acides carboxyliques ont la forme R–COOH, les esters la forme R–CO–OR′, les halogénures d’acyle la forme R–CO–X, les nitriles la forme R–C≡N et les amides la forme R–CONH2.

💡 Astuce mémo

Monovalentes → bivalentes → trivalentes

📖 6. Nomenclature des fonctions mixtes

📝 Points essentiels

📌 Dans un composé à fonctions mixtes, la fonction prioritaire est désignée par un suffixe et les autres fonctions sont indiquées par des préfixes.

• L’ordre de priorité croissante des fonctions va des fonctions monovalentes aux fonctions bivalentes puis aux fonctions trivalentes, les acides carboxyliques étant prioritaires sur les esters, amides, nitriles, aldéhydes, cétones, alcools, thiols, amines et éthers.

💡 Astuce mémo

Fonction prioritaire → suffixe ; fonctions secondaires → préfixes

📖 7. Conjugaison et aromaticité

🔑 Notions clés & Définitions

• Système conjugué : Ensemble d’au moins trois atomes contigus dont les orbitales p peuvent se recouvrir latéralement et permettre une délocalisation électronique.

📝 Points essentiels

📌 Une molécule est aromatique si elle est cyclique, plane, possède des orbitales p qui se recouvrent et contient 4n+2 électrons délocalisables par conjugaison, avec n entier naturel.

• Le benzène C6H6 est un hydrocarbure aromatique cyclique et plan dont les six carbones sont hybridés sp2.

💡 Astuce mémo

Délocalisation cyclique → stabilisation aromatique

📖 8. Isomérie de constitution

🔑 Notions clés & Définitions

• Isomères : Composés ayant la même formule brute mais des structures dans l’espace non superposables, ce qui peut leur conférer des propriétés différentes.
• Tautomérie : Correspond à deux formes d’un même composé en équilibre en solution, avec déplacement d’un hydrogène et d’une double liaison.

📝 Points essentiels

📌 L’isomérie de constitution regroupe les isoméries de fonction, de position et de squelette, tandis que la stéréoisomérie conserve la même formule semi-développée mais change l’arrangement tridimensionnel.

💡 Astuce mémo

Même formule brute, structure différente : fonction, position ou squelette

📖 9. Conformations moléculaires

🔑 Notions clés & Définitions

• Isomérie conformationnelle : Concerne des dispositions spatiales différentes d’une même molécule, accessibles par rotation autour d’une liaison simple sans rupture de liaison.

★ À maîtriser

• Dans l’éthane, la conformation décalée est plus stable que la conformation éclipsée en raison de répulsions plus faibles, et leur différence d’énergie est d’environ une dizaine de kJ·mol−1.

• Dans le cyclohexane substitué, les conformations les plus stables placent le plus grand nombre possible de substituants, notamment les plus volumineux, en position équatoriale.

Compléments

• La stabilité croissante des conformères du cyclohexane est:
  • Enveloppe
  • Bateau
  • Croisée
  • Chaise

💡 Astuce mémo

Rotation sans rupture = conformation ; rupture nécessaire = configuration

📖 10. Stéréoisomérie configurationnelle

🔑 Notions clés & Définitions

• Chiralité : N’est pas superposable à son image dans un miroir et ne possède ni plan ni centre de symétrie.
• Carbone asymétrique : Carbone sp3 lié à quatre substituants différents.

★ À maîtriser

📌 Pour attribuer R ou S, on classe les quatre substituants selon les règles CIP, puis on observe la molécule avec le groupe de priorité 4 dirigé vers l’arrière : le sens horaire donne R et le sens antihoraire donne S.

📌 Deux énantiomères sont des images miroir non superposables, tandis que deux diastéréoisomères sont des stéréoisomères de configuration qui ne sont pas énantiomères.

• Une molécule possédant n centres de chiralité peut présenter jusqu’à $2^n$ stéréoisomères de configuration.

📌 Pour une double liaison, la configuration Z signifie que les groupes prioritaires sont du même côté, tandis que la configuration E signifie qu’ils sont de part et d’autre.

Compléments

• Un mélange racémique contient des quantités équimolaires de deux énantiomères et est inactif sur la lumière polarisée par compensation intermoléculaire.

💡 Astuce mémo

Chiralité → R/S → énantiomères ou diastéréoisomères → Z/E

📊 Tableaux de synthèse

Principales représentations moléculaires

Types d’isomérie