Un isomère est une espèce chimique avec le même nombre et le même type de des atomes comme une autre espèce chimique mais avec des propriétés distinctes car les atomes sont disposés en différentes structures chimiques. Lorsque les atomes peuvent prendre différentes configurations, le phénomène est appelé isomérie. Il existe plusieurs catégories d'isomères, y compris les isomères structuraux, isomères géométriques, les isomères optiques et les stéréoisomères. L'isomérisation peut se produire spontanément ou non, selon que l'énergie de liaison des configurations est comparable.
Types d'isomères
Les deux grandes catégories d'isomères sont les isomères structurels (également appelés isomères constitutionnels) et les stéréoisomères (également appelés isomères spatiaux).
Isomères structurels: Dans ce type d'isomérie, les atomes et les groupes fonctionnels sont joints différemment. Les isomères structuraux ont différents noms IUPAC. Un exemple est le changement de position observé dans le 1-fluoropropane et le 2-fluoropropane.
Les types d'isomérie structurale comprennent l'isomérie des chaînes, où les chaînes d'hydrocarbures ont différents degrés de ramification; isomérie des groupes fonctionnels, où un groupe fonctionnel peut se diviser en différents groupes; et l'isomérie squelettique, où la chaîne principale de carbone varie.
Les tautomères sont des isomères structuraux qui peuvent se convertir spontanément entre les formes. Un exemple est le tautomérisme céto / énol, dans lequel un proton se déplace entre un atome de carbone et d'oxygène.
Stéréoisomères: La structure des liaisons entre les atomes et les groupes fonctionnels est la même en stéréoisomérie, mais le positionnement géométrique peut changer.
Cette classe d'isomères comprend les énantiomères (ou isomères optiques), qui sont des images miroir non superposables les uns des autres, comme les mains gauche et droite. Les énantiomères contiennent toujours centres chiraux. Les énantiomères présentent souvent des propriétés physiques et des réactivités chimiques similaires, bien que les molécules puissent être distinguées par la façon dont elles polarisent la lumière. Dans les réactions biochimiques, les enzymes réagissent généralement avec un énantiomère de préférence à l'autre. Un exemple d'une paire d'énantiomères est l'acide (S) - (+) - lactique et l'acide (R) - (-) - lactique.
Alternativement, les stéréoisomères peuvent être des diastéréoisomères, qui ne sont pas des images miroir les uns des autres. Les diastéréoisomères peuvent contenir des centres chiraux, mais il existe des isomères sans centres chiraux et ceux qui ne sont même pas chiraux. Un exemple d'une paire de diastéréoisomères est le D-thréose et le D-érythrose. Les diastéréomères ont généralement des propriétés physiques et des réactivités différentes les unes des autres.
Isomères conformationnels (conformers): La conformation peut être utilisée pour classer les isomères. Les conformers peuvent être des énantiomères, des diastéréoisomères ou des rotamères.
Il existe différents systèmes utilisés pour identifier les stéréoisomères, y compris cis-trans et E / Z.
Exemples d'isomères
Le pentane, le 2-méthylbutane et le 2,2-diméthylpropane sont des isomères structuraux l'un de l'autre.
Importance de l'isomérisme
Les isomères sont particulièrement importants en nutrition et en médecine car les enzymes ont tendance à agir sur un isomère plutôt que sur un autre. Les xanthines substituées sont un bon exemple d'un isomère présent dans les aliments et les médicaments. La théobromine, la caféine et la théophylline sont des isomères qui diffèrent par le placement des groupes méthyle. Un autre exemple d'isomérie se produit dans les médicaments à base de phénéthylamine. La phentermine est un composé non chiral qui peut être utilisé comme coupe-faim mais n'agit pas comme stimulant. Réorganiser les mêmes atomes donne de la dextrométhamphétamine, un stimulant plus fort que l'amphétamine.
Isomères nucléaires
Habituellement, le terme isomère fait référence à différents arrangements d'atomes dans les molécules; cependant, il existe également des isomères nucléaires. UNE isomère nucléaire ou état métastable est un atome qui a le même numéro atomique et le même numéro de masse qu'un autre atome de cet élément mais a un état d'excitation différent dans le noyau atomique.