Chapitre 6 : Stéréochimie

 

Chapitre 6 : Stéréochimie

6.1. Isomérie Conformationnelle et Configurationnelle

Isomérie Conformationnelle

  • Définition : Les isomères conformationnels, ou conformères, sont des isomères qui peuvent se convertir les uns en les autres par rotation autour de liaisons simples (C-C).
  • Exemple : Le butane a plusieurs conformations, comme la conformation décalée et la conformation éclipsée.
  • Analyse par Diagrammes de Newman :
    • Conformation décalée : Les groupes sur les carbones adjacents sont aussi éloignés que possible. C'est la conformation la plus stable.
    • Conformation éclipsée : Les groupes sur les carbones adjacents se chevauchent, ce qui crée des tensions stériques et des répulsions électroniques. C'est la conformation la moins stable.

Isomérie Configurationnelle

  • Définition : Les isomères configurationnels ne peuvent pas se convertir l'un en l'autre sans rupture de liaison(s) covalente(s). Ils incluent les énantiomères et les diastéréoisomères.
  • Exemples :
    • Cis-trans (ou E-Z) : Cette isomérie concerne les composés avec des doubles liaisons ou des cycles. Les isomères cis ont des groupes similaires du même côté de la double liaison ou du cycle, tandis que les isomères trans ont des groupes similaires de côtés opposés.
    • Stéréoisomères optiques : Les molécules ayant un ou plusieurs centres chiraux et des configurations différentes autour de ces centres.

6.2. Chiralité et Énantiomères

Chiralité

  • Définition : Une molécule est chirale si elle n'est pas superposable à son image miroir.
  • Centre Chiral : Un atome de carbone lié à quatre substituants différents est un centre chiral, ou centre stéréogène.
  • Exemple : L'acide lactique (CH3CH(OH)COO) a un centre chiral au carbone 2.

Énantiomères

  • Définition : Les énantiomères sont des paires de molécules chirales qui sont des images miroirs non superposables l'une de l'autre.
  • Propriétés :
    • Physiques : Les énantiomères ont les mêmes propriétés physiques (point de fusion, solubilité, etc.) sauf en ce qui concerne la rotation du plan de la lumière polarisée.
    • Chimiques : Les énantiomères ont les mêmes propriétés chimiques dans un environnement achiral, mais peuvent réagir différemment avec d'autres molécules chirales.
  • Exemple : Les énantiomères de l'acide lactique (R et S).

6.3. Diastéréoisomères et Composés Méso

Diastéréoisomères

  • Définition : Les diastéréoisomères sont des stéréoisomères qui ne sont pas des images miroirs l'un de l'autre.
  • Propriétés : Contrairement aux énantiomères, les diastéréoisomères ont des propriétés physiques et chimiques différentes.
  • Exemple : Les 2,3-dibromobutane a deux diastéréoisomères : le mésocomposé (achiral) et les formes threo et erythro (chiral).

Composés Méso

  • Définition : Un composé méso est une molécule avec plusieurs centres chiraux mais qui est achirale en raison de la présence d'un plan de symétrie.
  • Propriétés : Les composés méso ne sont pas optiquement actifs, bien qu'ils possèdent des centres chiraux.
  • Exemple : L'acide tartrique a une forme méso avec un plan de symétrie.

6.4. Propriétés Optiques et Résolution des Mélanges Racémiques

Propriétés Optiques

  • Activité Optique : Une substance est optiquement active si elle peut faire tourner le plan de la lumière polarisée. Cette propriété est due à la chiralité des molécules.
  • Rotation Spécifique ([α) :
    • Définition : C'est une mesure de la rotation du plan de la lumière polarisée par une solution de substance chirale.
    • Formule : [α]=αobsc
      • αobs : Angle de rotation observé.
      • : Concentration de la solution (g/mL).
      • : Longueur du tube de mesure (dm).

Résolution des Mélanges Racémiques

  • Définition : Un mélange racémique contient des quantités égales de deux énantiomères. Ce mélange est optiquement inactif car les rotations des deux énantiomères se compensent.
  • Méthodes de Résolution :
    • Cristallisation Fractionnée : Utilisation des différences de solubilité des diastéréoisomères formés par réaction du mélange racémique avec un réactif chiral.
    • Chromatographie sur Colonne : Séparation basée sur les interactions différentielles des énantiomères avec un support chirale.
    • Méthodes Enzymatiques : Utilisation d'enzymes spécifiques pour transformer ou dégrader un énantiomère et non l'autre.