Isomérie et Stéréoisomérie

Isomérie et Stéréoisomérie

• Isomères: Composés possédant la même formule brute mais des formules développées différentes.
• Isomères présentent des propriétés physiques, chimiques et biologiques différentes.
• Il existe trois types d'isomères de constitution:
  • Isomérie de chaîne: Les atomes de carbone sont assemblés différemment dans la chaîne carbonée, mais les fonctions restent identiques et en nombre égal. Les propriétés chimiques de ces isomères sont proches.
  • Isomérie de position: Le déplacement d'une ou plusieurs fonctions sur la chaîne carbonée crée des isomères de position.
  • Isomérie de fonction: Les isomères diffèrent par la nature des fonctions chimiques.

Stéréoisomérie

• Stéréoisomères: Isomères ayant la même formule développée plane mais différents arrangements spatiaux (disposition géométrique) des atomes.
• Types de stéréoisomères:
  • Stéréoisomères conformationnels: Différents par leurs conformations (rotations autour des liaisons simples). Exemples : chaise (plus stable) et bateau pour les composés cycliques.
  • Stéréoisomères configurationnels: Différents par leurs configurations. Exemples:
    • Énantiomères: Images miroir non superposables avec des propriétés physico-chimiques identiques, sauf pour le pouvoir rotatoire.
    • Diastéréoisomères: Stéréoisomères qui ne sont pas des images miroir l'un de l'autre. La diastéréoisomérie peut résulter de: la présence d'une double liaison (isomérie géométrique cis/trans ou Z/E), des isomères cyclaniques cis/trans, ou l'existence de plusieurs carbones asymétriques.

Représentations spatiales de molécules

• Représentation projective (ou convention de Cram): Représentation 2D d'une molécule 3D en utilisant des triangles pleins et hachurés pour les liaisons en avant et en arrière du plan.
• Représentation de Newman: Représentation axiale d'une molécule en focalisant sur l'axe d'une liaison spécifique.
• Représentation de Fischer: Représentation 2D des molécules, avec les liaisons verticales et horizontales représentant des aspects 3D (utilisée pour les molécules chirales).

Règles de Cahn-Ingold-Prelog (CIP)

• Permettent de classer les substituants autour d'un atome de carbone asymétrique (C*) et de déterminer la configuration R ou S.
• Priorité selon le numéro atomique (Z) croissant.
• Cas d'égalité, on examine les atomes adjacents.
• Les liaisons multiples, comptés comme des liaisons simples multiples.

Configuration absolue R et S

• Déterminer la configuration absolue d'un carbone asymétrique (C*).
• Rotation dans le sens des aiguilles d'une montre (droite) = configuration R.
• Rotation dans le sens inverse des aiguilles d'une montre (gauche)= configuration S.

Stéréoisomérie géométrique Cis/Trans et Z/E

• Isomérie géométrique plane liée aux structures rigides où la rotation autour d'une double liaison (ou d'une liaison éthylénique) n'est pas possible. Les groupes liés sont soit du même côté (cis) ou de côtés opposés (trans).
• Si les quatre groupes liés au carbone sont différents (a,b,c,d) , la notation Z et E est utilisée: Les groupes prioritaires doivent être du même côté (Z) ou de côtés opposés (E).

Gêne stérique dans les Alcènes

• L'interférence entre les substituants trop rapprochés dans l'espace, provoquant une moins grande stabilité pour un isomère.

Stéréoisomérie cyclanique Cis/Trans

• Application spécifique de l'isomérie géométrique à des cycles comme le cyclohexane, avec groupes sur les liaisons axiales ou équatoriales.

Stéréoisomérie des composés à plusieurs carbones asymétriques

• Lorsque une molécule a deux ou plus carbone asymétriques (C*), différentes configurations sont possibles. On retrouve un nombre important de stéréoisomères. La présence de plusieurs C* conduit à la diastéréoisomérie.

Exemples de molécules

• (R)-ibuprofène : analgésique et anti-inflammatoire
• propanone : isomère fonctionnel à propanal
• éthane, pentane : exemples d'isomérie conformationnelle