Stéréochimie en 3D : R/S et cis/trans
Construisez une molécule atome par atome, faites-la tourner du doigt ou à la souris et vérifiez si chaque centre chiral est R ou S et chaque double liaison E ou Z. Quand elle vous convient, téléchargez l’image.
Mode d’emploi
Faites glisser sur la molécule pour la faire tourner, et utilisez la molette de la souris ou pincez avec deux doigts pour zoomer. Avec l’outil Atome, touchez un hydrogène pour le remplacer par l’élément choisi : le programme ajoute les hydrogènes manquants et réarrange la géométrie. Liaison transforme une liaison simple en double ou triple, ou relie deux atomes pour fermer un cycle. Inverser échange deux substituants d’un centre chiral (R devient S) ou retourne une extrémité d’une double liaison (E devient Z) sans toucher au reste de la molécule.
Avec Analyser, touchez un centre chiral ou une double liaison : les priorités 1 à 4 de ses substituants s’affichent, ainsi qu’un bouton qui oriente la molécule avec le groupe de plus faible priorité vers l’arrière, exactement la vue qu’il faut pour attribuer R ou S. Si vous décochez « Afficher la solution », les lettres sont masquées et vous pouvez vous entraîner avant de regarder la réponse.
Règles de priorité de Cahn-Ingold-Prelog
Pour nommer la configuration d’un stéréocentre, il faut classer ses quatre substituants. Les règles CIP procèdent ainsi :
- Numéro atomique. L’atome directement lié au centre ayant le plus grand numéro atomique est prioritaire : Br > Cl > O > N > C > H.
- Départage par sphères. Si deux atomes sont identiques, on compare les ensembles d’atomes liés à chacun, classés du plus grand au plus petit. Le premier qui présente un atome plus grand l’emporte ; en cas d’égalité, on avance d’une sphère, en explorant toujours d’abord la branche de plus haute priorité.
- Liaisons multiples. Une double liaison compte comme deux liaisons simples : C=O équivaut à un carbone lié à deux oxygènes. C’est pourquoi –CHO est prioritaire sur –CH2OH.
R ou S
Une fois les priorités attribuées, on regarde la molécule avec le substituant 4 (presque toujours l’hydrogène) pointant vers l’arrière, loin de l’observateur. Si le parcours 1 → 2 → 3 tourne dans le sens des aiguilles d’une montre, le centre est R (rectus) ; dans le sens inverse, il est S (sinister). La lettre n’indique pas le sens de rotation de la lumière polarisée : c’est le signe (+) ou (−), qui ne peut que se mesurer.
Une molécule à n centres chiraux possède au plus 2n stéréoisomères. Il peut y en avoir moins si l’un d’eux est méso, comme l’acide méso-tartrique : il a deux centres, R et S, mais un plan de symétrie interne le rend identique à son image miroir. Vérifiez-le avec le bouton « Image miroir » : les lettres s’échangent et la molécule reste la même.
E/Z ou cis/trans
Une double liaison C=C ne tourne pas, ses substituants restent donc fixés d’un côté ou de l’autre. La nomenclature cis/trans compare deux groupes identiques ou équivalents : cis s’ils sont du même côté, trans s’ils sont de part et d’autre. Elle convient au but-2-ène, mais pas quand chaque carbone porte des substituants différents. On utilise alors E/Z : sur chaque carbone de la double liaison, on choisit le substituant de plus haute priorité CIP ; s’ils sont du même côté, c’est Z (zusammen, ensemble) et s’ils sont de part et d’autre, c’est E (entgegen, opposés).
Cis et Z ne coïncident pas toujours. Pour le 1-bromo-2-chloropropène, on ne peut pas parler de cis ou de trans, car le second carbone n’a pas d’hydrogène, mais on peut parler de E et Z : le brome et le chlore sont les substituants prioritaires de chaque côté. Il se passe quelque chose de semblable dans les cycles : dans le 1,2-diméthylcyclohexane, les deux méthyles sont sur la même face du cycle (cis) ou sur des faces opposées (trans), et chaque isomère correspond à une combinaison précise de R et S.
Le programme applique les règles CIP du numéro atomique et des atomes dupliqués (liaisons multiples et cycles), suffisantes pour les molécules d’un cours de chimie organique. Il ne tient pas compte des isotopes ni des règles qui distinguent des branches ne différant que par leur propre stéréochimie, comme les centres pseudo-asymétriques (r/s). La géométrie est calculée avec un modèle de ressorts simple : angles et configurations sont fidèles, mais ce n’est pas une optimisation quantique.
Questions fréquentes
Comment savoir si un carbone est chiral ?
Un carbone est un centre chiral (stéréocentre) lorsqu’il porte quatre substituants différents. Si deux d’entre eux sont identiques, par exemple deux hydrogènes ou deux méthyles, la molécule coïncide avec son image miroir en ce point et il n’y a pas de configuration R ou S. Le visualiseur marque automatiquement les carbones qui remplissent la condition.
Que faire si l’hydrogène pointe vers moi ?
Déterminez le sens de 1 → 2 → 3 comme si l’hydrogène était derrière, puis inversez la réponse : si vous trouvez R, le centre est S, et inversement. Dans le visualiseur, l’astuce est inutile : le bouton « Regarder avec la priorité 4 vers l’arrière » fait tourner la molécule jusqu’à la bonne position.
R/S, est-ce la même chose que D/L ?
Non. D et L comparent la molécule au glycéraldéhyde en projection de Fischer et restent utilisés pour les sucres et les acides aminés. R et S découlent des règles de priorité et s’appliquent à n’importe quelle molécule. Ils coïncident souvent pour les sucres (le D-glycéraldéhyde est R), mais pas toujours : la L-alanine est S et la L-cystéine est R, car le soufre modifie les priorités.
Quelle est la différence entre énantiomères et diastéréoisomères ?
Les énantiomères sont des images miroir non superposables : tous leurs centres chiraux ont la configuration opposée, comme (2R,3R) et (2S,3S). Les diastéréoisomères sont des stéréoisomères qui ne sont pas images miroir l’un de l’autre, comme (2R,3R) et (2R,3S), ou les isomères cis et trans d’un alcène. Les énantiomères ont les mêmes propriétés physiques sauf vis-à-vis de la lumière polarisée ; les diastéréoisomères, non.