Isomérie dans les complexes de coordination

Chimie Inorganique : Isomérie dans les Complexes de Coordination

Isomérie dans les complexes de coordination

Contexte : Au-delà de la Formule Brute

En chimie de coordination, des composés peuvent avoir la même formule brute mais des arrangements spatiaux différents de leurs ligands autour du centre métallique. Ces composés sont des isomères. L'isomérie est cruciale car elle engendre des propriétés physiques et chimiques radicalement différentes (couleur, magnétisme, réactivité, activité biologique). On distingue principalement deux grandes classes :
• L'isomérie de constitution, où la connectivité des atomes est différente.
• La stéréoisomérie, où la connectivité est la même, mais l'arrangement spatial des atomes diffère. Cette classe inclut l'isomérie géométrique (cis/trans, fac/mer) et l'isomérie optique (énantiomères). Cet exercice se concentre sur l'isomérie géométrique et optique dans un complexe octaédrique.

Remarque Pédagogique : Visualiser les molécules en 3D est une compétence essentielle en chimie de coordination. Savoir dessiner et manipuler mentalement les différentes dispositions possibles des ligands permet de prédire le nombre et le type d'isomères pour un complexe donné.


Objectifs Pédagogiques

  • Différencier l'isomérie géométrique de l'isomérie optique.
  • Dessiner les isomères cis et trans d'un complexe octaédrique de type \(\text{MA}_4\text{B}_2\).
  • Identifier la présence d'un plan de symétrie dans un isomère.
  • Déterminer si une molécule est chirale ou achirale.
  • Dessiner l'énantiomère d'un complexe chiral.

Données de l'étude

On s'intéresse à l'ion complexe dichlorotétraamminecobalt(III), dont la formule est \([\text{Co(NH}_3)_4\text{Cl}_2]^+\).

Ion Complexe
\[ [\text{Co(NH}_3)_4\text{Cl}_2]^+ \]

Questions à traiter

  1. Dessiner les deux isomères géométriques possibles pour cet ion complexe.
  2. Identifier lequel de ces isomères est chiral en justifiant par la présence ou l'absence d'éléments de symétrie.
  3. Dessiner l'énantiomère de l'isomère chiral.
  4. Nommer précisément chacun des isomères géométriques en utilisant la nomenclature appropriée.

Correction : Isomérie dans les complexes de coordination

Question 1 : Dessin des isomères géométriques

Principe :
Isomère cis Cl Cl NH₃ NH₃ NH₃ NH₃ Isomère trans Cl Cl NH₃ NH₃ NH₃ NH₃

Pour un complexe de type \(\text{MA}_4\text{B}_2\), deux arrangements spatiaux sont possibles. L'isomère cis a les deux ligands B adjacents (angle de 90°). L'isomère trans a les deux ligands B opposés l'un à l'autre (angle de 180°).

Question 2 : Identification de l'isomère chiral

Principe :
Miroir

Une molécule est chirale si elle n'est pas superposable à son image dans un miroir. Une façon simple de le déterminer est de chercher des éléments de symétrie. Si une molécule possède un plan de symétrie (un plan qui la coupe en deux moitiés identiques), elle est achirale.

Remarque Pédagogique :

Point Clé : La chiralité est une propriété de l'objet entier. Il ne suffit pas d'avoir des groupes différents ; leur arrangement spatial doit être asymétrique. Pensez à une chaussure : elle est composée des mêmes parties qu'une autre chaussure, mais son arrangement la rend droite ou gauche.

Analyse :
  • Isomère trans : Il possède plusieurs plans de symétrie. Par exemple, le plan contenant le cobalt et les quatre ligands ammine est un plan de symétrie. L'isomère trans est donc achiral.
  • Isomère cis : Il ne possède aucun plan de symétrie. Son image dans un miroir n'est pas superposable à l'original. L'isomère cis est donc chiral.

Question 3 : Dessin de l'énantiomère

Principe :

L'énantiomère d'une molécule chirale est son image exacte dans un miroir. Pour le dessiner, on peut imaginer un miroir à côté de la molécule et dessiner le reflet de chaque atome et de chaque liaison.

Dessin :
Isomère cis Cl Cl NH₃ NH₃ NH₃ NH₃ Énantiomère Cl Cl NH₃ NH₃ NH₃ NH₃

Question 4 : Nomenclature des isomères

Principe :

On utilise les préfixes cis- ou trans- en italique au début du nom du complexe pour spécifier l'isomère géométrique. Le reste du nom suit les règles IUPAC classiques.

Nomenclature :
  • Isomère avec les Cl à 90° : ion cis-dichlorotétraamminecobalt(III)
  • Isomère avec les Cl à 180° : ion trans-dichlorotétraamminecobalt(III)
Résultat : Les isomères sont l'ion cis-dichlorotétraamminecobalt(III) et l'ion trans-dichlorotétraamminecobalt(III).

Pratique Interactive : Identification d'Isomères

Pour les paires de complexes suivantes, identifiez leur relation.

Défi
A B A B ? A A B B

Pour Aller Plus Loin : Isomérie fac/mer

Au-delà de cis/trans : Pour les complexes octaédriques de type \(\text{MA}_3\text{B}_3\), une autre forme d'isomérie géométrique existe. L'isomère facial (fac) a les trois ligands identiques sur une même face de l'octaèdre. L'isomère méridional (mer) a les trois ligands identiques dans un plan qui coupe le centre métallique (comme un méridien terrestre).


Le Saviez-Vous ?

Le cisplatine, de formule \([\text{Pt(NH}_3)_2\text{Cl}_2]\), est l'un des médicaments anticancéreux les plus utilisés. Son nom IUPAC est dichlorodiammineplatine(II). Fait fascinant, seul l'isomère cis est actif. L'isomère trans, bien que de même formule brute, est totalement inefficace. C'est un exemple frappant de l'importance de la stéréochimie en biologie.


Foire Aux Questions (FAQ)

Tous les complexes cis sont-ils chiraux ?

Non. Par exemple, un complexe cis-\(\text{MA}_2\text{B}_2\text{C}_2\) peut posséder un plan de symétrie si les ligands sont arrangés de manière symétrique. La chiralité doit être évaluée au cas par cas en cherchant l'absence de plans de symétrie ou de centre d'inversion.

Comment sépare-t-on des énantiomères ?

Puisqu'ils ont les mêmes propriétés physiques, on ne peut pas les séparer par des méthodes classiques. Il faut utiliser une "résolution chirale". Cela implique de faire réagir le mélange avec une autre molécule chirale pure (un "agent de résolution"). Cela forme une paire de diastéréoisomères, qui eux ont des propriétés différentes et peuvent être séparés. Une fois séparés, on retire l'agent de résolution pour récupérer chaque énantiomère pur.


Quiz Final : Testez vos connaissances

1. Les isomères cis et trans sont des :

2. Une molécule est dite achirale si :


Glossaire

Isomères
Composés qui ont la même formule brute mais des structures différentes.
Stéréoisomères
Isomères qui ont la même connectivité d'atomes mais un arrangement spatial différent.
Isomères Géométriques
Stéréoisomères qui diffèrent par la position relative des ligands autour du centre métallique (ex: cis/trans).
Énantiomères
Stéréoisomères qui sont des images l'un de l'autre dans un miroir et non superposables.
Chiralité
Propriété d'une molécule de ne pas être superposable à son image miroir.
Isomérie dans les complexes de coordination

D »autres exercices de chimie inorganique :

 Nomenclature des complexes de coordination
 Nomenclature des complexes de coordination

Nomenclature des Complexes de Coordination Nomenclature des Complexes de Coordination Contexte : Le langage universel de la chimie. La chimie de coordination est peuplée de millions de composés aux structures fascinantes et aux propriétés variées. Pour communiquer de...

Dédoublement des orbitales d
Dédoublement des orbitales d

Théorie du Champ Cristallin Théorie du Champ Cristallin : Dédoublement des Orbitales d Contexte : La couleur et le magnétisme des métaux de transition. Avez-vous déjà remarqué les couleurs vives des solutions de sulfate de cuivre (bleu), de permanganate de potassium...

Étude de Coordinence avec le Nickel
Étude de Coordinence avec le Nickel

Étude de Coordinence avec le Nickel Étude de Coordinence avec le Nickel Contexte : La géométrie cachée des complexes métalliques. La chimie de coordination s'intéresse aux composés formés par un ion métallique central lié à un ensemble de molécules ou d'ions, appelés...

Synthèse de l’oxyde de sodium
Synthèse de l’oxyde de sodium

Synthèse de l’Oxyde de Sodium en Chimie Inorganique Synthèse de l’Oxyde de Sodium Contexte : La stœchiométrie, recette du chimiste. En chimie, la stœchiométrieBranche de la chimie qui étudie les relations quantitatives entre les réactifs et les produits dans une...

Étude Quantitative du Sulfate de Cuivre
Étude Quantitative du Sulfate de Cuivre

Étude Quantitative du Sulfate de Cuivre Hydraté Étude Quantitative du Sulfate de Cuivre Hydraté Contexte : L'eau cachée des cristaux. De nombreux sels ioniques, en cristallisant à partir d'une solution aqueuse, incorporent un nombre défini de molécules d'eau dans leur...

Calcul de la composition d’un oxyde de fer
Calcul de la composition d’un oxyde de fer

Calcul de la Composition d’un Oxyde de Fer Calcul de la Composition d’un Oxyde de Fer Contexte : La stœchiométrie, au cœur de l'analyse chimique. En chimie inorganiqueBranche de la chimie qui étudie les composés inorganiques, c'est-à-dire ceux qui ne contiennent...

Analyse de la Réactivité de ClO
Analyse de la Réactivité de ClO

Analyse de la Réactivité de ClO• en Chimie Inorganique Analyse de la Réactivité de ClO• Contexte : Le rôle critique des radicaux dans la chimie de l'ozone. Le radicalAtome ou molécule possédant un ou plusieurs électrons non appariés, ce qui le rend très réactif. Les...

Étude du Rayon Atomique du Magnésium
Étude du Rayon Atomique du Magnésium

Étude du Rayon Atomique du Magnésium en Chimie Inorganique Étude du Rayon Atomique du Magnésium Contexte : Du macroscopique au microscopique, le secret des cristaux. En chimie du solide et en science des matériaux, les propriétés macroscopiques d'un élément, comme sa...

Réactions d’Oxydo-Réduction
Réactions d’Oxydo-Réduction

Réactions d’Oxydo-Réduction Réactions d’Oxydo-Réduction Contexte : L'échange d'électrons, moteur de la chimie. Les réactions d'oxydo-réduction, ou réactions redox, sont au cœur d'innombrables processus chimiques, de la production d'énergie dans les batteries à la...

Analyse Atomique de l’Andalousite
Analyse Atomique de l’Andalousite

Analyse Atomique de l’Andalousite Analyse Atomique de l’Andalousite Contexte : Du minéral à l'atome, le cœur de la chimie du solide. L'andalousite, de formule \(\text{Al}_2\text{SiO}_5\), est un minéral silicaté d'aluminium important en géologie comme indicateur des...

Ligands et Nombres de Coordination
Ligands et Nombres de Coordination

Ligands et Nombres de Coordination Ligands et Nombres de Coordination Contexte : L'architecture moléculaire des complexes de coordination. La chimie de coordination est la pierre angulaire de nombreux domaines, de la catalyse industrielle à la biochimie (ex:...

Synthèse et Caractérisation des Zéolithes
Synthèse et Caractérisation des Zéolithes

Matériaux Inorganiques : Synthèse et Caractérisation des Zéolithes Synthèse et Caractérisation des Zéolithes Contexte : Les zéolithes, des éponges moléculaires au service de l'industrie. Les zéolithesAluminosilicates cristallins hydratés microporeux. Leur structure...

Application de la Théorie du Champ Cristallin
Application de la Théorie du Champ Cristallin

Application de la Théorie du Champ Cristallin Application de la Théorie du Champ Cristallin Contexte : Couleur et Magnétisme, les secrets des métaux de transition. En chimie inorganique, la Théorie du Champ Cristallin (TCC)Modèle qui décrit la levée de dégénérescence...

Calcul de la Compacité Atomique
Calcul de la Compacité Atomique

Calcul de la Compacité Atomique Calcul de la Compacité Atomique Contexte : L'arrangement des atomes, clé des propriétés des matériaux. En science des matériaux et en chimie du solide, la manière dont les atomes s'arrangent dans un cristal détermine une grande partie...

Lanthanides et Actinides
Lanthanides et Actinides

Lanthanides et Actinides : Propriétés et Applications Lanthanides et Actinides : Propriétés et Applications Contexte : Les terres rares et les transuraniens, des éléments stratégiques. Les lanthanides (ou terres rares) et les actinides constituent le bloc f du tableau...

Cluster Métalliques : Structure et Liaison
Cluster Métalliques : Structure et Liaison

Cluster Métalliques : Structure et Liaison en Chimie Inorganique Cluster Métalliques : Structure et Liaison Contexte : Au-delà de la molécule, l'agrégat métallique. Les clusters métalliques sont des composés fascinants contenant un noyau de trois atomes métalliques ou...

Mécanismes Réactionnels
Mécanismes Réactionnels

Mécanismes Réactionnels Mécanismes Réactionnels Contexte : Comment les réactions se produisent-elles ? Savoir qu'une réaction a lieu est une chose, mais comprendre *comment* elle se déroule au niveau moléculaire en est une autre. L'étude des mécanismes réactionnels en...

Spectroscopie Électronique des Complexes
Spectroscopie Électronique des Complexes

Spectroscopie Électronique des Complexes (Transitions d-d) Spectroscopie Électronique des Complexes (Transitions d-d) Contexte : La couleur des complexes, une fenêtre sur leurs orbitales. La couleur fascinante de nombreux complexes de métaux de transition n'est pas un...

Propriétés Magnétiques des Complexes
Propriétés Magnétiques des Complexes

Propriétés Magnétiques des Complexes en Chimie Inorganique Propriétés Magnétiques des Complexes de Métaux de Transition Contexte : Le magnétisme, une sonde de la structure électronique. En chimie inorganique, les propriétés magnétiques des complexes de métaux de...

Catalyse par les métaux de transition
Catalyse par les métaux de transition

Chimie Industrielle : Catalyse par les Métaux de Transition Catalyse par les métaux de transition Contexte : Accélérer la chimie pour l'industrie. De nombreuses réactions chimiques, bien que thermodynamiquement favorables, sont extrêmement lentes. Pour les rendre...

Rôle des métaux dans les systèmes biologiques
Rôle des métaux dans les systèmes biologiques

Chimie Bioinorganique : Rôle des Métaux Biologiques Rôle des métaux dans les systèmes biologiques Contexte : La chimie au service de la vie. La chimie bioinorganique est le domaine qui étudie le rôle crucial des ions métalliques dans les systèmes biologiques. Loin...

Composés de silicium : silicates et silicones
Composés de silicium : silicates et silicones

Composés de silicium : silicates et silicones Composés de silicium : silicates et silicones Contexte : Du sable aux matériaux de haute technologie, le rôle du silicium. Le silicium est le deuxième élément le plus abondant de la croûte terrestre après l'oxygène. Il...

Composés du Bore : Boranes et Borates
Composés du Bore : Boranes et Borates

Composés du Bore - Boranes et Borates Composés du Bore : Boranes et Borates Contexte : Pourquoi la chimie du bore est-elle si particulière ? La chimie du bore est fascinante en raison de son caractère "électro-déficient". Avec seulement trois électrons de valence, le...

Acides et bases de Lewis
Acides et bases de Lewis

Chimie Inorganique : Acides et bases de Lewis - identification et réactivité Acides et bases de Lewis : identification et réactivité Contexte : Une Théorie Basée sur les Électrons Au-delà de la théorie de Brønsted-Lowry (échange de protons), la théorie de Lewis offre...

Liaison dans les solides inorganiques
Liaison dans les solides inorganiques

Chimie Inorganique : Liaison dans les solides inorganiques (structures cristallines) Liaison dans les solides inorganiques (structures cristallines) Contexte : L'Ordre à l'État Solide La plupart des solides inorganiques sont des solides cristallins, caractérisés par...

Chimie des éléments du bloc p
Chimie des éléments du bloc p

Chimie Inorganique : Chimie des éléments du bloc p (halogènes, chalcogènes) Chimie des éléments du bloc p (halogènes, chalcogènes) Contexte : Les Architectes de la Chimie Organique et Inorganique Les éléments du bloc p, qui occupent les groupes 13 à 18 du tableau...

Chimie des éléments du bloc s
Chimie des éléments du bloc s

Chimie Inorganique : Chimie des éléments du bloc s (métaux alcalins et alcalino-terreux) Chimie des éléments du bloc s Contexte : Les Métaux les Plus Réactifs Les éléments du bloc s, comprenant les métaux alcalins (Groupe 1) et les métaux alcalino-terreux (Groupe 2),...

Règle des 18 électrons
Règle des 18 électrons

Chimie Inorganique : Règle des 18 Électrons pour les Composés Organométalliques Règle des 18 électrons pour les composés organométalliques Contexte : L'Équivalent de la Règle de l'Octet pour les Métaux Tout comme les éléments du bloc p tendent à atteindre une...

Diagrammes de Latimer et de Frost
Diagrammes de Latimer et de Frost

Chimie Inorganique : Diagrammes de Latimer et de Frost Diagrammes de Latimer et de Frost : prédiction de la stabilité redox Contexte : Visualiser la Chimie Redox La chimie redox des éléments, en particulier des métaux de transition, peut être complexe en raison de...

 Nomenclature des complexes de coordination
 Nomenclature des complexes de coordination

Nomenclature des Complexes de Coordination Nomenclature des Complexes de Coordination Contexte : Le langage universel de la chimie. La chimie de coordination est peuplée de millions de composés aux structures fascinantes et aux propriétés variées. Pour communiquer de...

Dédoublement des orbitales d
Dédoublement des orbitales d

Théorie du Champ Cristallin Théorie du Champ Cristallin : Dédoublement des Orbitales d Contexte : La couleur et le magnétisme des métaux de transition. Avez-vous déjà remarqué les couleurs vives des solutions de sulfate de cuivre (bleu), de permanganate de potassium...

Étude de Coordinence avec le Nickel
Étude de Coordinence avec le Nickel

Étude de Coordinence avec le Nickel Étude de Coordinence avec le Nickel Contexte : La géométrie cachée des complexes métalliques. La chimie de coordination s'intéresse aux composés formés par un ion métallique central lié à un ensemble de molécules ou d'ions, appelés...

Synthèse de l’oxyde de sodium
Synthèse de l’oxyde de sodium

Synthèse de l’Oxyde de Sodium en Chimie Inorganique Synthèse de l’Oxyde de Sodium Contexte : La stœchiométrie, recette du chimiste. En chimie, la stœchiométrieBranche de la chimie qui étudie les relations quantitatives entre les réactifs et les produits dans une...

Étude Quantitative du Sulfate de Cuivre
Étude Quantitative du Sulfate de Cuivre

Étude Quantitative du Sulfate de Cuivre Hydraté Étude Quantitative du Sulfate de Cuivre Hydraté Contexte : L'eau cachée des cristaux. De nombreux sels ioniques, en cristallisant à partir d'une solution aqueuse, incorporent un nombre défini de molécules d'eau dans leur...

Calcul de la composition d’un oxyde de fer
Calcul de la composition d’un oxyde de fer

Calcul de la Composition d’un Oxyde de Fer Calcul de la Composition d’un Oxyde de Fer Contexte : La stœchiométrie, au cœur de l'analyse chimique. En chimie inorganiqueBranche de la chimie qui étudie les composés inorganiques, c'est-à-dire ceux qui ne contiennent...

0 commentaires
Soumettre un commentaire

Votre adresse e-mail ne sera pas publiée. Les champs obligatoires sont indiqués avec *