Isomérie - Définition
Le terme isomérie vient du grec isos (identique) et meros (partie). L'isomérie a été remarquée la première fois en 1827, quand Friedrich Woehler a préparé l'acide cyanique (H-C=N=O) et a noté que, bien que sa composition élémentaires soit la même que celle de l'acide fulminique (H-N=C=O, préparé par Justus von Liebig l'année précédente), les propriétés chimiques de ces substances sont radicalement différentes. Cette découverte était en contraste avec les théories de l'époque dans le cadre desquelles l'on pensait que les propriétés d'une substance étaient entièrement déterminées par sa formule brute.
En chimie organique, on parle d'isomérie lorsque deux molécules possèdent la même formule brute mais ont des formules semi-développées ou des formules développées différentes. Ces molécules, appelées isomères, ont des propriétés physiques, chimiques et biologiques différentes.
On distingue différentes isoméries, principalement les isoméries de constitution et de configuration (stéréoisomérie). Il y a aussi des isoméries de conformation.
Isomérie de constitution
L'isomérie de constitution correspond aux isoméries désignant des enchainements d'atomes différents. Des isomères de constitution ont pour seul point commun leur formule brute; ils ne sont pas constitués des mêmes fonctions chimiques.
Isomérie de chaîne
L'isomérie de chaîne désigne les isomères qui diffèrent par leur chaîne carbonée (squelette). ces isomères sont caractérisées par leurs propriétés chimiques identiques et propriétés physiques différentes.
Exemple : C4H10
butane méthylpropane
CH3-CH2-CH2-CH3 CH3-CH-CH3
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CH3
Isomérie de position
L'isomérie de position qualifie les isomères dont un groupement fonctionnel est placé sur des carbones différents de la chaine carbonée, qui veut dire que c'est la fonction qui se déplace a l'intérieur du squelette. Ces isomères sont caractérisés par leurs propriétés physiques différentes et chimiques légèrement différentes.
Exemple : C3H7OH
propan-1-ol propan-2-ol
CH2-CH2-CH3 CH3-CH-CH3
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OH OH
Isomérie de fonction
L'isomérie de fonction caractérise les isomères dont les groupes fonctionnels sont différents, donc de propriétés physiques et chimiques différentes.
Exemple : C2H6O
éthanol éther diméthylique CH3-CH2-OH CH3-O-CH3
Stéréoisomérie
La stéréoisomérie désigne les isomères de configuration , c'est-à-dire les molécules de constitution identique mais dont l'organisation spatiale des atomes est différente. On classe les isomères de configuration en deux grands groupes : les énantiomères et les diastéréoisomères.
Énantiomérie
Aussi appelés isomères optiques, les énantiomères sont deux molécules qui sont l'image l'une de l'autre par un miroir et ne sont pas superposables : ils présentent en effet une chiralité. Elles sont symétriques, elles ne sont donc pas superposables à leurs images dans le miroir.L'exemple le plus concret est celui des mains.
Diastéréoisomérie
Les diastéréoisomères (que l'on écrit aussi diastéréo-isomères) sont les stéréoisomères qui ne sont pas énantiomères.
Diastéréoisomérie de configurations Z et E
Lorsque, sur chacun des deux côtés d'une double liaison, on trouve deux groupes différents, on distingue deux configurations : Z et E. La libre rotation autour de la double liaison n'est pas possible, du fait de la présence d'une liaison π : il en résulte une molécule plane ayant deux configurations possibles.
En utilisant l'ordre de priorité d'après la convention CIP (Cahn, Ingold, Prelog) on définit les deux isoméries ainsi :
- La configuration Z caractérise les diastéréoisomères dont les groupes prioritaires sont du même côté du plan formé par la double liaison (et perpendiculaire au plan de la molécule). L'abréviation Z vient de l'allemand zusammen qui signifie " ensemble ".
- La configuration E caractérise les diastéréoisomères dont les groupes prioritaires sont du côté opposé l'un de l'autre par le plan formé par la double liaison. Le terme E vient de l'allemand entgegen qui signifie " opposé ".
exemple : l'acide 3-aminobut-2-ènoïque, ci-contre. Les priorités sont COOH > H et NH2 > CH3. On a donc dans le premier cas les groupes prioritaires du même côté du plan : c'est donc la représentation de l'acide (Z)-3-aminobut-2-ènoïque. À l'inverse, dans la seconde représentation, les groupes prioritaires sont opposés : la molécule représentée est donc l'acide (E)-3-aminobut-2-ènoïque.
De manière générale, les configurations Z sont plus rares car les groupements prioritaires (souvent les plus volumineux) sont déstabilisés par leur encombrement stérique. Mais certaines configurations peuvent être stabilisées, notamment par chélation.
NB : On utilise moins les termes cis et trans qui qualifient plutôt des positions relatives de groupements sans tenir compte de leur priorité. Par exemple, sur l'illustration de la configuration E , on dira que le H est en trans du CH3 , et que le H est en cis du NH2.
Épimérie
Deux épimères ne diffèrent entre eux que par la configuration absolue d'un seul carbone asymétrique, pour un ose on ne parle plus d'épimérie si cela touche le carbone asymétrique déterminant la série D ou L de ce dernier.
Anomérie
C’est un cas particulier d’épimèrie pour le carbone 1 des oses. Il permet de décrire notamment la convention α et β. Si la fonction hydroxyle du carbone 1 est au-dessous du plan (représentation de Haworth), l’ose est dit α (alpha) alors que si l’hydroxyle du carbone 1 est au-dessus du plan, l’ose est dit β (béta).
Exemple : α-glucose : sur l'image, le carbone 1 est à droite et la fonction hydroxyle n'est ni en haut ni en bas (il faudrait choisir pour avoir du α ou β).
Cette nomenclature est très importante pour décrire les liaisons chimiques contractées dans les disaccharides et les polysaccharides.
Exemple : le saccharose (α-D-glucopyrannosyl(1->2)β-D-fructofurannoside) est un dissacharide formé d'α-glucose et d'β-fructose liés en α1-2.