Voir la source de Isomérie

{{autre4|l'isomérie en chimie organique|l'isomérie en physique nucléaire|Isomérie nucléaire}}
{{paronyme|Isométrie}}
[[Fichier:Isomerism-fr.svg|vignette|500px|Différents types d'isomères.]]
En [[chimie organique]], on parle d''''isomérie''' lorsque deux [[molécule]]s possèdent la même [[formule brute]] mais ont des [[formule développée plane|formules développées]] ou [[Stéréochimie|stéréochimiques]] différentes<ref>{{Lien web | langue=en |titre = IUPAC Gold Book - isomer|url=http://goldbook.iupac.org/S05974.html |site=[[IUPAC Gold Book]] |consulté le=21 novembre 2013}}</ref>. Ces molécules, appelées '''isomères''', peuvent avoir des propriétés physiques, chimiques et biologiques différentes.

Le terme '''isomérie''' vient du [[grec ancien|grec]] {{grec ancien|ἴσος|ísos}}, « égal en nombre », et {{grec ancien|μέρος|méros}},  « partie ».

On distingue différents types d'isomérie, notamment l'isomérie de constitution (isomérie plane) et l'isomérie de configuration ([[#Stéréoisomérie|stéréoisomérie]]).

== Historique ==
L'isomérie a été remarquée la première fois en [[1827 en science|1827]], quand [[Friedrich Woehler]] a préparé l'[[acide isocyanique]] (H-N=C=O) et a noté que, bien que sa composition élémentaire soit la même que celle de l'[[acide fulminique]] (H-CNO, 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.

Le terme {{Citation|isomère}} (ou plus exactement {{Citation|corps isomériques}}) a été proposé par le chimiste suédois [[Jöns Jacob Berzelius]] en [[1830 en science|1830]]<ref>{{article |langue=sv |prénom1=J.J. |nom1=Berzelius |titre=Om sammansättningen af vinsyra och drufsyra (John’s säure aus den Voghesen), om blyoxidens atomvigt, samt allmänna anmärkningar om sådana kroppar som hafva lika sammansättning, men skiljaktiga egenskaper |périodique=Kungliga Vetenskapsacademiens Handlingar'' (documents de l'Académie royale des sciences de Suède) |volume=49 |pages=49-80 |année=1930 |url texte=https://books.google.com/books?id=2OY4AAAAMAAJ&pg=RA1-PA49}}, traduit en français en 1931 par : {{Article |langue=fr |prénom1=J.J. |nom1=Berzelius |titre=Composition de l’acide tartrique et de l’acide racémique (traubensäure); poids atomique de l’oxide de plomb, et remarques générales sur les corps qui ont la même composition, et possèdent des propriétés différentes |périodique=Annales de Chimie et de Physique |volume=46 |année=1831 |pages=113-147 |lire en ligne=https://books.google.com/books?id=mOQ3AAAAMAAJ&pg=PA113}}</ref>.

== Isomérie de constitution ==
On parle d'isomérie de constitution (ou encore d'isomérie plane ou d'isomérie de structure) lorsque les molécules ont la même [[formule brute]] mais des formules [[formule développée plane|développées]] et [[formule semi-développée|semi-développées]] différentes<ref>{{Lien web |langue=en |titre = IUPAC Gold Book - constitutional isomerism|url=http://goldbook.iupac.org/C01285.html |site = [[IUPAC Gold Book]] |consulté le = 21 novembre 2013}}</ref>. Elles diffèrent donc dans l'enchaînement des atomes.

=== Isomérie de chaîne ===
L'isomérie de chaîne (ou de squelette) désigne les isomères qui diffèrent par leur [[chaîne carbonée]].

Exemple : {{formule chimique|C|4|H|10}}

        butane                        2-méthylpropane (isobutane)
 
    {{formule chimique|CH|3|-CH|2|-CH|2|-CH|3| }}                     {{formule chimique|CH|3|-CH-CH|3}}
                                            |
                                            {{formule chimique|CH|3}}

=== Isomérie de position de fonction ===
L'isomérie de position de fonction qualifie les isomères dont un groupe fonctionnel est placé sur des carbones différents de la chaîne carbonée, ce qui veut dire que c'est la fonction qui se déplace à l'intérieur du squelette.
Exemple : {{formule chimique|C|3|H|8|O}}.

        propan-1-ol                      propan-2-ol
 
       {{formule chimique|CH|2|-CH|2|-CH|3| }}                      {{formule chimique|CH|3|-CH||-CH|3}}
       |                                     |
       OH                                    OH

Certaines réactions chimiques permettent de passer d'un isomère de position à l'autre, elles sont appelées [[réaction de réarrangement]]. 
Par exemple, les dérivés de l'[[anthraquinone]] sont connus pour leur transformation réversible photoinduite en para-ana-quinoïde. Ce phénomène implique la migration d'un [[atome]] ou groupe d'atome lors du passage de la [[Isomérie cis-trans|forme ''trans'']] à la forme ''ana''<ref>Barachevsky, V.A., ''{{langue|en|Organics Photochromic and Thermochromic Compounds}}'', {{vol.|1}} (Éds. : Crano, J.C. ; Guglielmetti, R.), Plenum, New York 1999, 267-314</ref>.

=== Isomérie de nature de fonction ===
L'isomérie de nature de fonction caractérise les isomères dont les [[groupe fonctionnel|groupes fonctionnels]] sont différents, donc de propriétés physiques et chimiques différentes. On appelle ces isomères, des isomères de « fonction ».

Exemple : {{formule chimique|C|2|H|6|O}}

       éthanol                          méthoxyméthane
 
      {{formule chimique|CH|3|-CH|2|-OH  }}                        {{formule chimique|CH|3|-O-CH|3}}

=== Isomérie d'insaturation ===
L'isomérie d'insaturation caractérise les isomères dont les [[Composé insaturé|insaturation]]s sont différentes. 

Exemple : {{formule chimique|C|3|H|6}}
      propène                            cyclopropane 

      {{formule chimique|CH|2|{{=}}CH-CH|3| }}                          {{formule chimique|H|2|C——CH|2}}
                                             \ /
                                              {{formule chimique|CH|2}}

== Stéréoisomérie ==
La stéréoisomérie désigne les isomères de disposition dans l'espace, c'est-à-dire les molécules de constitution identique (elles ont la même [[formule semi-développée]]) mais dont l'organisation spatiale des atomes est différente. La [[représentation de Cram]], notamment, permet de différencier des stéréoisomères (ou stéréomères).

On distingue les stéréoisomères de conformation, qui ne diffèrent que par des rotations autour des liaisons simples et les stéréoisomères de configuration, séparés en deux grands groupes : les énantiomères et les diastéréoisomères.

=== Conformérie ou stéréoisomérie de conformation ===
{{Article détaillé|Conformérie}}
Ces isomères ont une même formule développée. Ils ne se différencient que par rotation autour d'une liaison simple (liaison sigma), sans la rompre. Par exemple le [[butane]] ({{formule chimique|C|4|H|10}}) a trois conformères.

[[Fichier:Conformers.svg|vignette|Différents conformères du [[butane|''n''-butane]] en [[projection de Newman]].]]

* [[Rotamérie]]
** [[Atropoisomère]]

==== Atropoisomérie ====
{{Article détaillé|Atropoisomérie}}
Ces isomères ont une même formule développée. On parle d'[[atropoisomérie]] lorsque la barrière d'activation autour d'une liaison simple (liaison sigma) est suffisante pour qu'on puisse caractériser chacun des deux [[atropoisomère]]s qui sont [[Énantiomérie|énantiomères]] l'un de l'autre. Couramment utilisée en [[catalyse]] asymétrique, cette forme d'isomérie est classiquement observée sur des [[biphényle]]s substitués en ''ortho''.

=== Stéréoisomérie de configuration ===
==== Énantiomérie ====
{{Article détaillé|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 : elles présentent en effet une [[Chiralité (chimie)|chiralité]] ([[Dextrogyre (chimie)|dextrogyre]] ou [[Lévogyre (chimie)|lévogyre]]). Elles sont donc symétriques l'une par rapport à l'autre, le plan de symétrie étant le miroir. L'exemple le plus concret de chiralité est celui d'une main droite non superposable sur une main gauche.

[[Fichier:Exemple d'énantiomérie.PNG|Exemple d'énantiomérie : deux molécules non superposables par un miroir.]]

Les différents énantiomères sont nommés avec les [[Nomenclature Cahn-Ingold-Prelog|règles Cahn-Ingold-Prelog]] ([[Union internationale de chimie pure et appliquée|UICPA]]) qui précisent la [[configuration absolue]] des [[Chiralité (chimie)|centres stéréogènes]], en utilisant les descripteurs R et S.

Exemples d'énantiomères ayant une efficacité clinique en médecine :
* ''[[DOPA|lévodopa]]'', forme lévogyre de la ''3,4-dihydroxyphénylalanine'' : elle seule est métabolisable par l'organisme grâce à la ''L-dopadécarboxylase'' qui la transforme en [[dopamine]] ; la ''lévodopa'' est utilisée dans le traitement de la [[maladie de parkinson]], permettant de diminuer les effets indésirables du [[mélange racémique]]<ref name=lrp>Revue ''Prescrire'', {{n°|295}}, mai 2008</ref> ;
* ''L-thyroxine'', forme lévogyre de la [[Hormone thyroïdienne|Thyroxine]], utilisée dans le traitement substitutif de l'[[Hypothyroïdie|insuffisance thyroidienne]] ; la D-thyroxine est peu efficace et [[Cardiotoxicité|cardiotoxique]]<ref name=lrp/> ;
* le ''[[dextropropoxyphène]]'' a des effets antalgiques ; le ''lévopropoxyphène'' est utilisé comme antitussif<ref name=lrp/>.

==== Diastéréoisomérie ====
{{Article détaillé|Diastéréoisomérie}}
Les '''diastéréoisomères''' (que l'on écrit aussi '''diastéréo-isomères''') sont les stéréoisomères de configuration qui ne sont pas énantiomères.

Cas intéressant, un isomère [[Composé méso|méso]] est un [[#Stéréoisomérie|stéréoisomère]] possédant un nombre pair d'atomes de carbone asymétriques et un plan de symétrie interne (son image dans un miroir lui est superposable), il est achiral.

===== Diastéréoisomérie géométrique de configurations ''Z'' et ''E'' =====
[[Fichier:Configurations E&Z couleur.png|vignette|Configurations Z et E de l'acide 3-aminobut-2-ènoïque.]]
Lorsque, sur chacun des deux côtés d'une [[double liaison]], on trouve deux groupes différents, on distingue deux configurations : ''Z'' et ''E''. En effet, 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 [[Nomenclature Cahn-Ingold-Prelog|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 ''{{langue|de|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 ''{{langue|de|entgegen}}'' qui signifie « opposé ».

Historiquement, ce type d'isomérie ne correspond pas exactement à l'[[isomérie cis-trans]] où la priorité des [[substituant]]s est définie par leur [[encombrement stérique]]. Un exemple typique de cette correspondance erronée est celui du cis-2-chlorobut-2-ène qui est aussi le (E)-2-chlorobut-2-ène<ref>[http://www.springermaterials.com/docs/substance/JZODHLSNMWFTPIAY.html ''cis''-2-chlorobut-2-ene], sur ''springermaterials.com''.</ref>.

Exemple : l'acide 3-aminobut-2-ènoïque, ci-contre.
Les priorités sont COOH > H et {{formule chimique|NH|2}} > {{formule chimique|CH|3}}. 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]]. Il est également possible de transformer un {{nobr|isomère E}} en {{nobr|isomère Z}} (ou vice versa) via une [[photoisomérisation]]<ref>[https://www.youtube.com/watch?v=USDfpaeR7Qo Concours #FilmeTaChimie : photo-isomérisation].</ref>.

N.B. : Dans le cas d'une diastéréoisomérie due à la présence d'une double liaison, 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 ''{{formule chimique|CH|3}}'', et que le ''H'' est en ''cis'' du ''{{formule chimique|NH|2}}''.''

===== Invertomérie =====
{{Article détaillé|Invertomérie}}
Autre diastéréoisomérie géométrique, beaucoup plus rare, qui apparaît quand l'inversion d'atome comme l'[[azote]] est suffisamment bloqué pour caractériser les invertomères.

===== Isomérie endo-exo =====
{{Article détaillé| Isomérie endo-exo}}
Très présente dans les systèmes [[Composé polycyclique|polycycliques]] possédant des substituants, ce type de diastéréoisomérie apparaît quand un substituant peut adopter deux positions relatives au branchement polycyclique, au plus près ou au plus loin - voir, par exemple, le [[tropanol]].

===== Épimérie =====
{{Article détaillé|Épimère}}
Deux épimères ne diffèrent entre eux que par la configuration absolue d'un seul [[carbone asymétrique]], comme entre le D-[[mannose]] et le D-[[glucose]] ou encore entre le D-glucose et le D-[[galactose]].

===== Anomérie =====
{{Article détaillé|Anomère}}
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 en dessous du plan (représentation de Haworth), l’ose est dit α (alpha) alors que si l’hydroxyle du {{nobr|carbone 1}} est au-dessus du plan, l’ose est dit β (bêta).

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.

===== Autres types =====
Il y a diastéréoisométrie entre deux molécules isomères possédant un même enchaînement de liaison, qui comportent deux ou plusieurs centres de chiralité (des atomes portant quatre substituants différents) et qui ne sont pas des énantiomères<ref>[http://www.educnet.education.fr/rnchimie/chi_org/viollon/stereo.pdf Stéréochimie], Éduscol {{pdf}}</ref>. Exemple : les formes  ''(R)''-''(S)'' et ''(R)''-''(R)'' de l'[[acide tartrique]] sont des diastéréoisomères et possèdent des propriétés physiques différentes.

== Notes et références ==
{{Références}}

== Annexes ==
{{Autres projets
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{{Portail|Chimie}}

[[Catégorie:Stéréochimie]]