Definicja izomeru geometrycznego (izomery cis-trans)

Jak działają izomery Cis-Trans

Rotacja atomów wokół wiązania daje izomery geometryczne cis i trans. Todd Helmenstine

Izomery to związki chemiczne, które mają te same wzory chemiczne, ale różnią się od siebie. Izomery geometryczne to związki chemiczne o tym samym typie i ilości atomy jako siebie, ale o różnych strukturach geometrycznych. W izomerach geometrycznych atomy lub grupy wykazują różne układy przestrzenne po obu stronach a wiązanie chemiczne lub struktura pierścienia. Izomeria geometryczna jest również nazywana izomerią konfiguracyjną lub izomerią cis-trans.

Izomery geometryczne lub cis-trans

• Izomeria geometryczna lub cis-trans opisuje przestrzenny układ atomów w cząsteczkach o tych samych wzorach chemicznych.
• Izomery geometryczne to związki zawierające albo wiązania podwójne, albo struktury pierścieniowe, które uniemożliwiają grupom funkcyjnym swobodne obracanie się wokół wiązania chemicznego.
• W izomerze cis grupy funkcyjne znajdują się po tej samej stronie wiązania chemicznego.
• W izomerze trans grupy funkcyjne znajdują się po przeciwnych lub poprzecznych stronach wiązania.

Izomery geometryczne cis i trans

Terminy cis i trans pochodzą od łacińskich słów cis , co oznacza „po tej stronie” i trans , co oznacza „po drugiej stronie”. Gdy podstawniki są zorientowane w tym samym kierunku co siebie – po tej samej stronie – diastereomer nazywa się cis. Gdy podstawniki znajdują się po przeciwnych stronach, orientacja jest trans. (Zauważ, że izomeria cis-trans jest innym opisem geometrii niż izomeria E-Z).

Geometryczne cis i trans izomery wykazują różne właściwości, w tym temperatury wrzenia, reaktywności, temperatury topnienia , gęstości i rozpuszczalności . Tendencje w tych różnicach przypisuje się wpływowi ogólnego moment dipolowy . Dipole podstawników trans znoszą się wzajemnie, podczas gdy dipole podstawników cis są addytywne. W alkenach izomery trans mają wyższe temperatury topnienia, niższą rozpuszczalność i większą symetrię niż izomery cis.

Identyfikacja izomerów geometrycznych

Struktury szkieletowe można pisać za pomocą skrzyżowane linie dla obligacji do wskazania izomerów geometrycznych. Międzynarodowa Unia Chemii Czystej i Stosowanej ( IUPAC ) nie zaleca już notacji ze skrzyżowanymi liniami, preferując faliste linie łączenie podwójnego wiązania z heteroatomem. Jeśli jest znany, należy wskazać stosunek struktur cis do trans. Cis- i trans- są podane jako przedrostki do struktur chemicznych.

Przykłady izomerów geometrycznych

Istnieją dwa izomery geometryczne dla Pt(NH₃)_dwaCl_dwa, w którym gatunki są ułożone wokół Pt w kolejności Cl, Cl, NH₃, NH₃, a inny, w którym gatunki są uporządkowane NH₃, Cl, NH₃, kl.

W cis-1,2-dichloroeten, dwa atomy chloru są grupami funkcyjnymi i oba znajdują się po tej samej stronie podwójnego wiązania węgiel-węgiel. W trans-1,2-dichloroeten atomy chloru znajdują się po przeciwnych stronach wiązania podwójnego. W tym przykładzie izomer cis ma temperaturę wrzenia 60,3 °C. Izomer trans ma temperaturę wrzenia 47,5°C.

Izomeria E-Z

Notacja cis-trans ma pewne ograniczenia. Na przykład nie działa z alkenami, gdy istnieje więcej niż dwa podstawniki. W takich przypadkach preferowana jest notacja E-Z. Notacja E-Z identyfikuje strukturę związku przy użyciu konfiguracji bezwzględnej opartej na regułach priorytetu Cahn-Ingold-Prelog.

W notacji E-Z E pochodzi od niemieckiego słowa naprzeciwko , co oznacza „przeciwny”, a Z pochodzi od niemieckiego słowa razem , co oznacza „razem”. W konfiguracji E grupy o wyższym priorytecie są między sobą transmisyjne. W konfiguracji Z grupy o wyższym priorytecie są względem siebie cis.

Jednak systemy cis-trans i E-Z porównują różne grupy, więc Z nie zawsze odpowiada cis, a E nie zawsze odpowiada trans. Na przykład, trans-2-chlorobut-2-en ma grupy metylowe C1 i C4 w stosunku do siebie, ale związek to (Z)-2-chlorobut-2-en, ponieważ grupy chloru i C4 są razem, a C1 i C4 są przeciwne.

Źródła

• Bingham, Richard C. (1976). „Stereochemiczne konsekwencje delokalizacji elektronów w rozszerzonych układach π. Interpretacja efektu cis wykazywanego przez 1,2-dwupodstawione etyleny i zjawiska pokrewne”. J. Am. Chem. Soc . 98 (2): 535–540. doi:10.1021/ja00418a036
• IUPAC (1997). „Izomeria geometryczna”. Kompendium Terminologii Chemicznej (2nd ed.) ('Złota Księga'). Publikacje naukowe Blackwella. doi:10.1351/złota księga.G02620
• Marzec Jerry (1985). Zaawansowana chemia organiczna, reakcje, mechanizmy i struktura (3rd ed.). ISBN 978-0-471-85472-2 .
• Ouellette, Robert J.; Rawn, J. David (2015). „Alkeny i alkiny”. Zasady chemii organicznej . doi:10.1016/B978-0-12-802444-7.00004-5. ISBN 978-0-12-802444-7.
• Williams, Dudley H.; Fleming, Ian (1989). „Tabela 3.27”. Metody spektroskopowe w chemii organicznej (wyd. 4 rew.). McGraw-Hill. ISBN 978-0-07-707212-4.