FICHE DE RÉVISION — ISOMÉRIE Chimie organique 1 • Synthèse basée sur le TD12 (Isomérie) 1. Définition : qu’est-ce qu’un isomère ? Isomères = même formule brute, mais structure différente. En général, leurs propriétés physico-chimiques peuvent être différentes. Deux grandes familles : Isomères constitutionnels Même formule brute + connectivité différente Squelette • fonction • position Stéréoisomères Même formule brute + même connectivité, mais structure Conformations 3D différente • cis/trans ou Z/E • énantiomères • diast 2. Isomères constitutionnels • De squelette : même formule brute, squelette carboné différent. Exemple du TD : pentane, isopentane et néopentane. • Fonctionnels : même formule brute, mais fonction(s) chimique(s) différente(s). Exemple du TD : un alcool peut avoir comme isomère fonctionnel un éther. • Positionnels : même fonction chimique, mais position différente sur le squelette. Exemple : but-1-ène / but-2-ène. Astuce TD : pour chercher les isomères d’une formule, commencer par les isomères positionnels, puis rechercher les fonctions compatibles avec la formule brute. 3. Stéréoisomères : conformations des alcanes Une liaison simple σ C–C permet une rotation. Une même molécule peut donc adopter plusieurs conformations. La projection de Newman sert à les représenter. • Décalée : plus stable, car moins d’encombrement stérique. • Éclipsée : moins stable, car plus d’encombrement stérique. • Pour le butane, la conformation la plus favorable place les gros substituants en anti. 4. Alcènes : cis/trans et Z/E La double liaison C=C empêche la rotation libre. Deux arrangements spatiaux peuvent donc être distincts. Cis/trans : cis = les substituants considérés sont du même côté ; trans = côtés opposés. Cette notation s’applique dans le cas où les substituants permettent cette distinction. Z/E : à utiliser notamment lorsque les quatre substituants autour de C=C sont différents. Méthode Z/E : 1) classer les deux substituants de chaque carbone de la double liaison selon Cahn–Ingold–Prelog ; 2) si les deux groupes prioritaires sont du même côté → Z (Zusammen) ; 3) s’ils sont de côtés opposés → E (Entgegen). 5. Règles de Cahn–Ingold–Prelog (CIP) 1. Comparer le premier atome de chaque substituant : priorité au plus grand numéro atomique Z. 2. En cas d’égalité, comparer successivement les atomes suivants jusqu’à trouver une différence. 3. Une double liaison est traitée comme deux liaisons simples ; une triple comme trois. À retenir : O > C > H lorsqu’on compare directement ces atomes, car le numéro atomique de O est supérieur à celui de C, lui-même supérieur à celui de H. 6. Chiralité et carbone asymétrique Une molécule chirale n’est pas superposable à son image dans un miroir. Le TD associe la chiralité à l’absence d’élément de symétrie. Un carbone asymétrique C* porte quatre substituants différents. La présence d’un seul C* permet de conclure à une molécule chirale ; avec plusieurs C*, il faut vérifier la structure et la symétrie. 7. Énantiomères vs diastéréoisomères Énantiomères Images l’une de l’autre dans un miroir et non superposables. Configuration opposée à tous les centres chiraux correspon Diastéréoisomères Stéréoisomères qui ne sont pas images miroir l’un de l’autre. Au moins un centre diffère, mais pas tous. Avec n centres chiraux, le nombre maximal théorique de stéréoisomères est 2■. Attention : ce nombre peut être réduit en présence d’une forme méso. 8. Configuration R/S d’un C* Étapes : 1) attribuer les priorités 1 → 4 selon CIP ; 2) placer le substituant de priorité 4 à l’arrière ; 3) suivre 1 → 2 → 3 : sens horaire = R, sens antihoraire = S. Projection de Fischer : les groupes horizontaux viennent vers l’observateur ; les groupes verticaux partent vers l’arrière. Une rotation de 180° conserve la configuration ; une rotation de 90° ou 270° ne la conserve pas. 9. Cas particulier : composé méso Un composé possédant plusieurs centres chiraux peut être achiral malgré ses centres asymétriques s’il possède une symétrie interne : c’est une forme méso. Le TD utilise l’acide tartrique comme exemple : 3 stéréoisomères au total, dont 2 énantiomères optiquement actifs et 1 forme méso optiquement inactive. 10. Pouvoir rotatoire — loi de Biot [α] = α / (l × C) α = angle observé (°) ; l = longueur de la cellule en dm ; C = concentration massique en g/mL. Si [α] est positif → substance dextrogyre (+) ; s’il est négatif → lévogyre (−). Deux énantiomères ont des pouvoirs rotatoires opposés. Conversion importante : 1 cm = 0,1 dm ; 15 cm = 1,5 dm. 11. Méthode express pour les exercices du TD ① Même formule brute ? → oui : chercher le type d’isomérie. ② Connectivité différente ? → isomère constitutionnel. ③ Connectivité identique mais espace différent ? → stéréoisomère. ④ C=C ? → vérifier cis/trans ou appliquer CIP pour Z/E. ⑤ C* ? → attribuer CIP puis R/S. ⑥ Plusieurs C* ? → comparer les configurations pour distinguer énantiomères/diastéréoisomères et rechercher une éventuelle forme méso. ⑦ Polarimétrie ? → utiliser [α] = α/(lC) et convertir l en dm. 12. Points à savoir absolument pour l’examen ✓ Définir isomères constitutionnels et stéréoisomères. ✓ Distinguer squelette / fonction / position. ✓ Reconnaître une conformation décalée ou éclipsée et expliquer la stabilité. ✓ Déterminer cis/trans et Z/E avec CIP. ✓ Attribuer les priorités CIP. ✓ Identifier un C* et déterminer R/S. ✓ Distinguer énantiomères, diastéréoisomères et composé méso. ✓ Utiliser la loi de Biot dans les exercices de pouvoir rotatoire. Source : TD12 – Chimie organique 1 – Isomérie, Prof. Focant, ULiège.
