Tutorat Santé Lyon Sud UE1. Isomérie. Cours du Professeur N.Walchshofer

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1 Tutorat Santé Lyon Sud UE1 Isomérie Cours du Professeur N.Walchshofer L ensemble des cours du Professeur N.Walchshofer fait habituellement l objet de 5 QCMs au concours. Le présent support de cours fourni par le Tutorat Santé Lyon Sud est destiné à faciliter votre prise de notes mais ne constitue en aucun cas une référence pour le concours. Seuls les cours ayant été dispensés par les enseignants et les supports mis à disposition par leurs soins sont légitimes. Veuillez prendre note que seul les polycopiés directement téléchargés depuis Spiral Connect sont certifiés en provenance du tutorat, toute autre source est potentiellement compromise. Tutorat Santé Lyon Sud ( ) 1/9

2 Isomérie Chimie organique UE1 SOMMAIRE I. ISOMERIE ET STEREISOMERES : DEFINITIONS... 3 II. ISOMERES DE CONFORMATION... 3 III. ISOMERES DE CONFIGURATION... 5 III.A. CARBONE ASYMETRIQUE Définition Configuration Cas des composés comportant plusieurs carbones asymétriques...6 III.B. DOUBLE LIAISON STEREOGENE...8 2/9 Tutorat Santé Lyon Sud ( )

3 Un schéma de synthèse se trouve à la fin du cours. I. ISOMERIE ET STEREISOMERES : DEFINITIONS Les relations d isomérie servent à identifier la parenté structurale entre deux entités chimiques. Isomères = entités chimiques différentes de même composition atomique soit de même formule brute (formule brute = formule moléculaire). Exemple : toutes les entités chimiques différentes sont C6H12 isomères. Parmi les isomères, on distingue deux sortes: Isomères de constitution : isomères ayant la même formule brute mais des formules semidéveloppées différentes. Exemple : Stéréoisomères : isomères ayant la même formule brute et de formules développées identiques mais un arrangement des atomes dans l espace différent. On distingue 2 types de stéréoisomères : Stéréoisomères de conformation : même composé Stéréoisomères de configuration : composés différents II. ISOMERES DE CONFORMATION Isomères de conformation = isomères ayant la même formule brute et développée, ce sont des composés identiques. On peut passer d un isomère de conformation à un autre par simple rotation des liaisons sigma (liaison reliant 2 carbones sp3) entre atomes. (La liaison n est jamais rompue ni cassée). Tutorat Santé Lyon Sud ( ) 3/9

4 Isomérie Chimie organique UE1 Toute molécule possédant au moins une liaison simple carbone-carbone peut exister sous forme de plusieurs isomères de conformations. Dans un composé, on a x% de molécules dans une conformation et y% dans une autre etc. Les liaisons sigma sont sans arrêt en mouvement de rotation : des isomères de conformation ne sont pas isolables. Pour simplifier, on ne considère comme isomères de conformation que les structures différentes obtenues par rotations successives de 60 : Les rotations successives de 60 bien visualisées en Newman, font passer successivement d une structure décalée à une structure éclipsée et inversement. Cas simple : atomes tous identiques reliés au carbone : Exemple : éthane (C 2 H 6 ) : Conformation décalée : 1, 3 et 5 avec 1 = 3 =5 Conformation éclipsée : 2, 4 et 6 avec 2 = 4 = 6 Ainsi on a 2 isomères de conformation : éclipsée et décalée. Cas complexe : plus le nombre d atomes différents reliés au carbone augmente, plus le nombre d isomère augmente : Exemple : butane (CH 3 CH 2 -CH 2 CH 3 ) : Conformation décalée : 1, 3 et 5 Conformation éclipsée : 2, 4 et 6 4/9 Tutorat Santé Lyon Sud ( )

5 Ainsi on a 4 isomères de conformation : 1, 2 (=6), 3 (=5) et 4. Propriétés des isomères de conformation : Ce sont des composés identiques de même formule brute et développée. S il y a au moins une liaison simple C C alors il existe forcément un ou plusieurs isomères de conformation Les isomères de conformation ne sont pas isolables car la liaison sigma est toujours en rotation Plus le nombre d atomes différents reliés au carbone est grand, plus le nombre d isomères de conformation augmente III. ISOMERES DE CONFIGURATION Isomères de configuration : isomères ayant la même formule brute et développée, ce sont des composés différents. Ainsi, ils sont isolables. Il est impossible de passer d un isomère de configuration à un autre par simple rotation autour de la liaison sigma. Pour qu à une formule développée correspondent des isomères de configuration, il faut qu elle fasse apparaître au moins un élément structural dit «stéréogène». Les deux seuls éléments stéréogènes détaillés ici seront : Carbone asymétrique (C*) : toujours stéréogène Double liaison C C : stéréogène sous certaines conditions III.A. CARBONE ASYMETRIQUE 1. Définition Carbone asymétrique= carbone sp3 (carbone à 4 liaisons simples) relié à 4 entités toutes différentes. 2. Configuration Le positionnement relatif des 4 liaisons autour d un carbone est bien défini et figé. Tutorat Santé Lyon Sud ( ) 5/9

6 Isomérie Chimie organique UE1 Autour d un C*, il y a deux façons différentes (et seulement deux) de placer les entités a, b, c, et d au bout des liaisons : 2 configurations possibles (= 2 ensembles différents de coordonnées dans l espace) = 2 composés différents isomères de configuration. Si le carbone est relié à au moins deux entités identiques (pas asymétrique) sans autre élément stéréogène : un seul arrangement de substituants possible, donc qu un seul composé. A une formule développée comportant un C* correspond donc deux isomères de configuration (même formule développée, configuration différente) appelés énantiomères (de enantios opposé). Exemple : CICH(F)I : 3. Cas des composés comportant plusieurs carbones asymétriques A une formule développée, contenant nc* correspond 2 n isomères de configuration. Exemple : C 2 H 2 F 2 ICl : 2C* donc 4 isomères de configuration 6/9 Tutorat Santé Lyon Sud ( )

7 Enantiomères : I et IV, II et III = configuration opposée de tous les C* Diastéréoisomères : I et III, I et II, II et IV, III et IV= certains ont une configuration opposée mais pas tous. Enantiomères : isomères de configuration ayant une configuration opposée (sur tous les C*). Ainsi, ils sont non superposables à leur image dans le miroir. Diastéréoisomères : isomères de configuration ayant au moins une conformation différente d un C* (isomère de configuration non énantiomère). Epimères : diastéréoisomères qui ne diffèrent que par la configuration d un seul C*. La notion d épimères est utilisé à partir de 3C*, afin de les différencier des diastéréoisomères. Exemple : RRR et RRS Exception à la règle des 2ⁿ isomères de configuration pour nc* : Formules développées à 2C* portant chacun les mêmes substituants et répondant à la forme générale suivante : Tutorat Santé Lyon Sud ( ) 7/9

8 Isomérie Chimie organique UE1 II et III sont énantiomères, mais l inversion des 2C* ne conduit pas à l énantiomère de I, mais au même composé (même forme développée et même configuration) dans une conformation différente. Démonstration : Les deux structures sont isomères de conformation et non pas isomères de configuration (on peut passer de l un à l autre par simple rotation de liaison simple). Ces composés particuliers (2 C* mais pas d énantiomère) sont nommés composés «méso» (donc ici I = IV = composé méso). III.B. DOUBLE LIAISON STEREOGENE Double liaison stéréogène = une double liaison carbone-carbone est dite stéréogène si A B et D E. Toutes les liaisons stéréogènes ne sont cependant pas stéréogènes, la condition nécessaire est que les substituants de chacun des carbones sp2 soient différents entre eux. Les deux composés correspondant à cette formule développée sont deux isomères de configuration. Exemples : Double liaison non stéréogène : cette formule ne correspond qu à un seul et unique composé. Double liaison stéréogène : cette formule correspond à deux composés isomères de configuration. Pour représenter les 2 isomères de configuration : - Une double liaison n est pas à libre rotation : ce sont bien deux composés différents isomères de configuration, et non des isomères de conformation, ils sont donc isolables. 8/9 Tutorat Santé Lyon Sud ( )

9 - Ils ne peuvent pas être qualifiés d énantiomères (réservé au C* et à d autres structures hors programme) : ce sont des diastéréoisomères. Schéma de Synthèse : Tutorat Santé Lyon Sud ( ) 9/9