Des molécules sont dites isomères dès qu'elles possèdent la même formule brute mais des formules développées qui diffèrent. Il est aussi possible que ces molécules diffèrent par leurs propriétés physiques et chimiques.

1. Isomères de constitution et de position

1.1. Isomères de constitution

• Même formule brute
• Enchainements atomiques différents
• Groupements fonctionnels différents
  • propriétés physiques différentes
  • propriétés chimiques différentes

Exemple : aldéhyde et cétone tout deux de formule brute C₃H₆O

1.2 Isomère de position

• Même formule brute
• Enchainements atomiques différents
• Groupements fonctionnels identiques mais placés différemment sur la chaine carbonée
  • propriétés physiques différentes
  • propriétés chimiques voisines
  • réactivité distincte

2. Stéréoisomère

On utilise, pour distinguer ces isomères, les représentations de Cram et Fisher

2.1. Isomères de configuration

2.2.1. Diastéréoisomères

Ces molécules :

• sont stéréoisomères mais non énantiomères
• possèdent des propriétés physiques differentes
• peuvent être des isomères géométriques : molécules de mêmes formules brutes, avec les mêmes groupements mais qui diffèrent par la position des groupement par rapport à une double liaison →
  • isomère Z (zuzammen = ensemble, les groupements sont du même coté de la double liaison)
  • isomère E (Entgegen = opposé, les groupements sont de part et d'autre de la double liaison)

2.2.2. Isoméries Cis et Trans

Cis et Trans sont deux isoméries semblables à Z et E, mais il ne faut pas faire l'association d'idées cis = Z et trans = E !

Pour expliquer Cis et Trans, il faut remonter à la nomenclature CIP : Cahn - Inlog - Prelog. Ce sont trois scientifiques qui ont écrit une règle de priorité pour classer les substituants. On supposera dans le paragraphe qui suit que nous disposons d'une molécule type alcène avec double liaison.

Pour déterminer l'isomérie cis/trans, on doit déterminer la priorité les substituants. Pour chaque carbone de la double liaison, on regarde à quel atome il est directement relié. Plus le Z (nombre de masse) de cet atome est grand, plus il est prioritaire.

CH3        CH2-NH3
   \\      /
    C == C
   /      \\
  H       CH2-CH3

2.1.3. Enantiomères

Deux molécules énantiomères :

• ne sont pas superposables (analogie main droite et gauche paume vers soi non superposable)
• ont des propriétés physiques identiques
• ont des propriétés chimiques identiques
• dévient l'une et l'autre la lumière
  • l'une vers la droite sera dite dextrogyre (d ou +)
  • l'autre vers la gauche sera dite lévogyre (l ou -)
• Peuvent se retrouver ensemble dans la même enceinte suite à une réaction, si elle sont présentes en quantité égale on dit qu'il y a mélange racémique et il n'y a plus de déviation de la lumière
• possèdent des configurations absolues R et S contraires
• peuvent être énantiomères à cause d'une hélice (ADN), d'un axe chiral (spiranes, allènes)

Dénomination thréo / érythro / meso
s'utilise pour des molécules ayant au moins deux carbones asymétriques :

• substituant du même coté de la chaine carbonée : érythro
• substituant de part et d'autre de la chaine carbonée : thréo
• Axe de chiralité perpendiculaire a l'axe C-C : méso

3. Isomérie conformationnelle

3.1. En série aliphatique

Deux molécules identiques, ayant la même configuration peuvent avoir différentes représentations spatiales, ces représentations spatiales sont appelées des conformations.
Le passage d'une conformation à une autre se fait par rotation autour de la liaison C–C (alors que le passage d'une configuration à une autre nécessite la rupture d'une liaison).
La projection de Newman se prête à cette étude.

Lorsque les atomes sont les plus éloignés les uns des autres, c'est une conformation décalée la molécule est dans sont état énergétique le plus stable. on l'obtient pour des rotations de 60°, 180°, et 360°
Tandis que pour la conformation éclipsée là où la gêne stérique est la plus forte, la molécule est dans son état le moins favorable énergétiquement, on l'obtient pour des rotations de 0°, 120°, 240°.

Dans le cas ou la molécule contient d'autres substituants que de H il faut faire attention à la gêne stérique, au syn (substituant qui s'éclipse, la plus énergique de toutes) / anti (substituant a l'opposé l'un de l'autre, la plus stables de toutes)

3.2. En série cyclique

La molécule de cyclohexane n'est pas plane comme le benzène, mais elle possède une forme dans l'espace qui possède-elle même trois conformations possibles :

• La conformation stable dite en chaise, toutes les liaisons sont décalées ce qui explique sa plus grande stabilité
• La conformation moins stabilisée dite en bateau croisée
• La conformation instable dite bateau, 8 hydrogènes sont en éclipse, on comprend donc bien pourquoi cette conformation est la moins stable

En cas de présence d'un ou plusieurs substituant(s), la conformation la plus stable sera celle qui possède le plus grand nombre de substituants en position équatoriale.

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