Chapitre 2 | Terminale 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.
On donne la représentation de Cram d'un carbone central relié à quatre groupes.
(a) Que représente une liaison tracée par un coin plein (triangle noir) ? un coin hachuré ? un trait fin ordinaire ?
(b) Combien de liaisons pointent vers l'avant, et combien vers l'arrière, dans une représentation de Cram « classique » d'un carbone tétraédrique ?
(a) Coin plein → liaison vers l'avant (sortant de la feuille) ; coin hachuré → liaison vers l'arrière (derrière la feuille) ; trait fin → liaison dans le plan de la feuille.
(b) Classiquement : 2 liaisons dans le plan, 1 vers l'avant (coin plein) et 1 vers l'arrière (coin hachuré).
Pour chaque molécule, indiquer si le(s) carbone(s) indiqué(s) est/sont asymétrique(s), et si la molécule est chirale :
1. Carbone n°2 lié à : \(\text{–OH}\), \(\text{–CH}_3\), \(\text{–CH}_2\text{CH}_3\), \(\text{–H}\) → quatre groupes différents → asymétrique → butan-2-ol chiral.
2. Carbone n°2 lié à : \(\text{–OH}\), deux \(\text{–CH}_3\) identiques, \(\text{–H}\) → pas quatre groupes différents → non asymétrique → propan-2-ol achiral.
3. Carbone n°2 lié à : \(\text{–Cl}\), \(\text{–CH}_3\), \(\text{–CH}_2\text{CH}_3\), \(\text{–H}\) → asymétrique → 2-chlorobutane chiral.
On donne les numéros atomiques : \(Z(\text{H})=1\), \(Z(\text{C})=6\), \(Z(\text{N})=7\), \(Z(\text{O})=8\), \(Z(\text{Cl})=17\), \(Z(\text{Br})=35\).
Classer par ordre de priorité CIP décroissante (n°1 = le plus prioritaire) les quatre groupes portés par chaque carbone asymétrique :
(a) \(\text{–Br}\), \(\text{–Cl}\), \(\text{–CH}_3\), \(\text{–H}\)
(b) \(\text{–OH}\), \(\text{–NH}_2\), \(\text{–COOH}\), \(\text{–H}\)
(a) On compare le premier atome : Br (35) > Cl (17) > C (6) > H (1). D'où \(1=\text{–Br}\), \(2=\text{–Cl}\), \(3=\text{–CH}_3\), \(4=\text{–H}\).
(b) Premiers atomes : O (8) pour \(\text{–OH}\), O (8) pour \(\text{–COOH}\) (le carbone du COOH est lié à des O), N (7) pour \(\text{–NH}_2\), H (1) pour \(\text{–H}\). \(\text{–OH}\) et \(\text{–COOH}\) commencent tous deux par O : on départage à l'atome suivant. Pour \(\text{–OH}\), l'oxygène est lié à H ; pour \(\text{–COOH}\), le premier atome directement lié au \(\text{C}^*\) est en fait le carbone du carboxyle (C, \(Z=6\)), inférieur à O. Donc \(\text{–OH}\) (premier atome O) est prioritaire sur \(\text{–COOH}\) (premier atome C). Ordre : \(1=\text{–OH}\), \(2=\text{–NH}_2\), \(3=\text{–COOH}\), \(4=\text{–H}\).
Sur un carbone asymétrique, les quatre groupes classés par priorité CIP sont : \(1=\text{–Br}\), \(2=\text{–Cl}\), \(3=\text{–F}\), \(4=\text{–H}\).
(a) Rappeler la règle : où place-t-on le groupe n°4 avant de lire le sens de rotation ?
(b) Le groupe \(\text{–H}\) est placé vers l'arrière. On lit le sens \(\text{Br}\to\text{Cl}\to\text{F}\) : il est horaire. Quelle est la configuration du carbone ?
(c) Pour l'autre énantiomère, quelle serait la configuration ?
(a) On place le groupe le moins prioritaire (n°4) vers l'arrière (à l'opposé de l'observateur), puis on lit le sens \(1\to2\to3\).
(b) Groupe 4 (H) déjà vers l'arrière et sens \(1\to2\to3\) horaire → configuration \(R\).
(c) L'autre énantiomère est son image miroir : configuration \(S\).
Sur un carbone asymétrique, les priorités sont \(1=\text{–OH}\), \(2=\text{–CHO}\), \(3=\text{–CH}_3\), \(4=\text{–H}\). Dans la représentation fournie, le groupe \(\text{–H}\) (n°4) pointe vers l'avant (coin plein). On lit le sens \(\text{OH}\to\text{CHO}\to\text{CH}_3\) : il est anti-horaire.
Quelle est la configuration réelle du carbone ? Justifier.
Le groupe n°4 pointe vers l'avant au lieu de l'arrière : on lit le sens \(1\to2\to3\) puis on inverse la conclusion. Sens lu = anti-horaire (qui « brut » donnerait \(S\)) → après inversion, la configuration réelle est \(R\).
Une molécule possède deux carbones asymétriques. On note ses stéréoisomères par le couple de configurations, par exemple \((R,R)\). Pour chaque paire, indiquer s'il s'agit d'énantiomères, de diastéréoisomères, ou de la même molécule :
1. \((R,R)\) / \((S,S)\) : toutes les configurations inversées → énantiomères.
2. \((R,R)\) / \((R,S)\) : une seule inversée → diastéréoisomères.
3. \((R,S)\) / \((S,R)\) : toutes inversées → énantiomères.
4. \((S,R)\) / \((S,S)\) : une seule inversée (le 2ᵉ carbone) → diastéréoisomères.
(a) Rappeler la condition pour qu'une double liaison C=C présente une isomérie \(Z/E\).
(b) Le but-2-ène \(\text{CH}_3\text{–CH=CH–CH}_3\) présente-t-il cette isomérie ? Comment reconnaît-on l'isomère \(Z\) de l'isomère \(E\) ?
(c) Le prop-1-ène \(\text{CH}_2\text{=CH–CH}_3\) présente-t-il une isomérie \(Z/E\) ?
(a) Il faut que chacun des deux carbones de la double liaison porte deux groupes différents.
(b) Oui : chaque carbone porte un \(\text{–CH}_3\) et un \(\text{–H}\). On repère le groupe prioritaire (CIP) sur chaque carbone (ici \(\text{–CH}_3\) > \(\text{–H}\)). Si les deux \(\text{–CH}_3\) sont du même côté → isomère \(Z\) ; s'ils sont de part et d'autre → isomère \(E\).
(c) Non : le carbone \(\text{CH}_2\)= porte deux H identiques → pas d'isomérie \(Z/E\).
Le limonène, présent dans les agrumes, possède un carbone asymétrique. Ses deux énantiomères existent : le \((R)\)-limonène a une odeur d'orange, le \((S)\)-limonène une odeur de citron.
(a) Pourquoi qualifie-t-on ces deux formes d'énantiomères ?
(b) Ont-ils la même température d'ébullition ? la même densité ?
(c) Expliquer, en une phrase, pourquoi ils ont des odeurs différentes.
(a) Ce sont deux molécules images l'une de l'autre dans un miroir et non superposables (la molécule est chirale, un seul carbone asymétrique) → énantiomères.
(b) Oui : deux énantiomères ont les mêmes propriétés physiques usuelles (température d'ébullition, densité, solubilité identiques).
(c) Les récepteurs olfactifs sont chiraux : chaque énantiomère s'y emboîte différemment (comme deux mains dans un gant), d'où des odeurs différentes.
On étudie l'acide 2-hydroxy-3-chlorobutanoïque, de formule semi-développée \(\text{CH}_3\text{–CHCl–CHOH–COOH}\). On numérote les carbones à partir du groupe \(\text{–COOH}\) (carbone n°1).
1. Identifier les carbones asymétriques de la molécule. Justifier pour chacun.
2. Combien de stéréoisomères de configuration cette molécule possède-t-elle ? Les nommer par leur couple de configurations \((R/S)\).
3. Parmi ces stéréoisomères, donner un couple d'énantiomères et un couple de diastéréoisomères.
4. Sur le carbone n°2, les groupes sont \(\text{–OH}\), \(\text{–COOH}\), \(\text{–CHCl(CH}_3\text{)}\) et \(\text{–H}\). Classer ces groupes par priorité CIP.
5. Expliquer en une phrase pourquoi, si cette molécule était un principe actif de médicament, l'industrie devrait contrôler séparément chaque stéréoisomère.
1. Carbone n°2 (celui du \(\text{–OH}\)) : lié à \(\text{–OH}\), \(\text{–COOH}\), \(\text{–CHCl(CH}_3\text{)}\), \(\text{–H}\) → 4 groupes différents → asymétrique. Carbone n°3 (celui du \(\text{–Cl}\)) : lié à \(\text{–Cl}\), \(\text{–CH}_3\), \(\text{–CHOH(COOH)}\), \(\text{–H}\) → 4 groupes différents → asymétrique. La molécule a donc deux carbones asymétriques.
2. Deux \(\text{C}^*\) → jusqu'à \(2^2=\textbf{4}\) stéréoisomères : \((R,R)\), \((S,S)\), \((R,S)\), \((S,R)\).
3. Couple d'énantiomères : \((R,R)\) et \((S,S)\) (toutes configurations inversées). Couple de diastéréoisomères : \((R,R)\) et \((R,S)\) (une seule configuration inversée).
4. Premiers atomes liés au carbone n°2 : O pour \(\text{–OH}\) (\(Z=8\)) ; C pour \(\text{–COOH}\) ; C pour \(\text{–CHCl(CH}_3\text{)}\) ; H pour \(\text{–H}\). \(\text{–OH}\) est n°1. Pour départager les deux groupes en C : \(\text{–COOH}\) → le C est lié à (O, O, O par convention de la double liaison) ; \(\text{–CHClCH}_3\) → le C est lié à (Cl, C, H). On compare le meilleur atome : O (8) du COOH contre Cl (17) du CHCl… Cl > O, donc \(\text{–CHCl(CH}_3\text{)}\) est prioritaire sur \(\text{–COOH}\). Ordre : \(1=\text{–OH}\), \(2=\text{–CHCl(CH}_3\text{)}\), \(3=\text{–COOH}\), \(4=\text{–H}\).
5. Parce que des stéréoisomères (énantiomères ou diastéréoisomères) peuvent avoir des effets biologiques différents — l'un actif, l'autre inactif ou toxique — comme l'a montré le cas du thalidomide : il faut donc les contrôler séparément.