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Exercices – Molécules organiques : isomérie et chiralité

Chapitre 3 | Première STL — spécialité Physique-chimie et mathématiques | Physique-Chimie

Dernière mise à jour : 21 octobre 2026

Exercices progressifs corrigés. Cherche chaque exercice avant de dérouler la correction.

Exercice 1 — Passer d'une formule à l'autre

On donne le 2-méthylbutane, de formule semi-développée \(\text{CH}_3\text{–CH(CH}_3\text{)–CH}_2\text{–CH}_3\).

(a) Donner sa formule brute. (b) Combien d'atomes de carbone comporte-t-il ? (c) Décrire sa formule topologique.

(a) On compte : 5 carbones et \(3+1+3+2+... \) hydrogènes. En détail : \(\text{CH}_3\) (3 H) + \(\text{CH}\) (1 H) + \(\text{CH}_3\) ramifié (3 H) + \(\text{CH}_2\) (2 H) + \(\text{CH}_3\) (3 H) = 12 H. Formule brute : \(\text{C}_5\text{H}_{12}\).

(b) 5 atomes de carbone.

(c) Topologique : une chaîne principale à 3 segments (4 carbones) avec une ramification (un trait) sur le deuxième carbone représentant le groupe méthyle \(\text{–CH}_3\).

Exercice 2 — Repérer les groupes caractéristiques

Pour chaque molécule, entourer (mentalement) le groupe caractéristique, le nommer et donner la fonction :

  1. \(\text{CH}_3\text{–CH}_2\text{–CH}_2\text{–OH}\)
  2. \(\text{CH}_3\text{–CH}_2\text{–CHO}\)
  3. \(\text{CH}_3\text{–CO–CH}_2\text{–CH}_3\)
  4. \(\text{HOOC–CH}_2\text{–CH}_3\)
  5. \(\text{CH}_3\text{–CH}_2\text{–CH}_2\text{–NH}_2\)

1. \(\text{–OH}\) (hydroxyle) → alcool.
2. \(\text{–CHO}\) (carbonyle terminal) → aldéhyde.
3. \(\text{–CO–}\) (carbonyle interne) → cétone.
4. \(\text{–COOH}\) (carboxyle) → acide carboxylique.
5. \(\text{–NH}_2\) (amino) → amine.

Exercice 3 — Isomérie de chaîne

La formule brute \(\text{C}_5\text{H}_{12}\) correspond à plusieurs alcanes (molécules ne comportant que des liaisons simples C–C et C–H).

(a) Écrire la formule semi-développée du pentane (chaîne droite). (b) Écrire celle du 2-méthylbutane. (c) Ces deux molécules sont-elles des isomères ? De quel type ?

(a) Pentane : \(\text{CH}_3\text{–CH}_2\text{–CH}_2\text{–CH}_2\text{–CH}_3\).

(b) 2-méthylbutane : \(\text{CH}_3\text{–CH(CH}_3\text{)–CH}_2\text{–CH}_3\).

(c) Même formule brute \(\text{C}_5\text{H}_{12}\), même fonction (aucun groupe caractéristique, ce sont des alcanes), mais le squelette carboné est agencé différemment (droit / ramifié) : ce sont des isomères de chaîne.

Exercice 4 — Isomérie de position et de fonction

On considère trois molécules de formule brute \(\text{C}_3\text{H}_8\text{O}\) :

A : \(\text{CH}_3\text{–CH}_2\text{–CH}_2\text{–OH}\)    B : \(\text{CH}_3\text{–CHOH–CH}_3\)    C : \(\text{CH}_3\text{–O–CH}_2\text{–CH}_3\)

(a) Donner la fonction de chacune. (b) A et B : quel type d'isomérie ? (c) A et C : quel type d'isomérie ?

(a) A : groupe \(\text{–OH}\) → alcool (propan-1-ol). B : groupe \(\text{–OH}\) → alcool (propan-2-ol). C : oxygène entre deux carbones → éther.

(b) A et B ont la même fonction (alcool) et la même chaîne, mais le groupe \(\text{–OH}\) est en position 1 (A) ou 2 (B) : isomérie de position.

(c) A (alcool) et C (éther) ont la même formule brute mais des fonctions différentes : isomérie de fonction.

Exercice 5 — Conformères ou isomères ?

Pour chaque couple, dire s'il s'agit de la même molécule vue sous deux conformations (conformères) ou de deux molécules différentes (isomères).

  1. Deux dessins de l'éthane obtenus en faisant tourner un groupe \(\text{CH}_3\) autour de la liaison C–C.
  2. Le butane \(\text{CH}_3\text{–CH}_2\text{–CH}_2\text{–CH}_3\) et le 2-méthylpropane \(\text{CH}_3\text{–CH(CH}_3\text{)–CH}_3\).
  3. Le propan-1-ol et le propan-2-ol.

1. Conformères : même molécule (éthane), obtenue par simple rotation autour d'une liaison simple, sans casser de liaison.

2. Isomères (de chaîne) : deux molécules différentes de même formule brute \(\text{C}_4\text{H}_{10}\).

3. Isomères (de position) : deux molécules différentes de même formule brute \(\text{C}_3\text{H}_8\text{O}\).

Exercice 6 — Carbone asymétrique

Pour chaque molécule, indiquer si le carbone central (souligné) est asymétrique, en listant les 4 groupes qu'il porte.

  1. Acide lactique : \(\text{CH}_3\text{–}\underline{\text{CHOH}}\text{–COOH}\)
  2. Éthanol : \(\text{CH}_3\text{–}\underline{\text{CH}_2}\text{–OH}\)
  3. Bromochlorofluorométhane : \(\underline{\text{CHFClBr}}\)

1. Le carbone porte : \(\text{–CH}_3\), \(\text{–OH}\), \(\text{–COOH}\), \(\text{–H}\) → 4 groupes différents → carbone asymétrique (molécule chirale).

2. Le carbone porte : \(\text{–CH}_3\), \(\text{–OH}\) et deux atomes \(\text{–H}\) → seulement 3 groupes différents → non asymétrique.

3. Le carbone porte : \(\text{–H}\), \(\text{–F}\), \(\text{–Cl}\), \(\text{–Br}\) → 4 atomes différents → carbone asymétrique (molécule chirale).

Exercice 7 — Acide α-aminé

La sérine a pour formule \(\text{H}_2\text{N–CH(CH}_2\text{OH)–COOH}\).

(a) Justifier que c'est un acide α-aminé. (b) Quelle est la chaîne latérale \(\text{R}\) ? (c) Le carbone α est-il asymétrique ? La sérine est-elle chirale ?

(a) Le carbone α porte à la fois un groupe amine \(\text{–NH}_2\) et un groupe acide carboxylique \(\text{–COOH}\) : c'est un acide α-aminé.

(b) La chaîne latérale est \(\text{R}=\text{–CH}_2\text{OH}\).

(c) Le carbone α porte : \(\text{–NH}_2\), \(\text{–COOH}\), \(\text{–CH}_2\text{OH}\) et \(\text{–H}\) → 4 groupes différents → carbone asymétrique. La sérine est chirale.

Exercice 8 — Acide gras et énantiomérie (synthèse)

L'acide palmitique est un acide gras saturé de formule \(\text{CH}_3\text{–(CH}_2\text{)}_{14}\text{–COOH}\).

(a) Quel groupe caractéristique porte-t-il ? Quelle fonction ? (b) Pourquoi le qualifie-t-on de « saturé » ? (c) L'acide oléique, de même chaîne mais comportant une double liaison C=C, est-il saturé ou insaturé ? (d) Rappeler ce que sont deux énantiomères et pourquoi cette notion est importante en biologie.

(a) Groupe \(\text{–COOH}\) (carboxyle) → fonction acide carboxylique ; avec sa longue chaîne, c'est un acide gras.

(b) Il est saturé car sa chaîne carbonée ne comporte que des liaisons simples C–C (pas de double liaison C=C).

(c) L'acide oléique comporte une double liaison C=C : il est insaturé.

(d) Deux énantiomères sont deux molécules images l'une de l'autre dans un miroir, non superposables (dues à un carbone asymétrique). En biologie, les deux « mains » d'une molécule ne sont pas reconnues de la même façon par l'organisme : leurs effets (arôme, activité d'un médicament) peuvent être très différents.