objetivos de aprendizaje

  • Reconocer que los alquenos que pueden existir como isómeros cis-trans.
  • clasificar los isómeros como cis o trans.
  • dibujar estructuras para isómeros cis-trans con sus nombres.

hay rotación libre sobre los enlaces simples de carbono a carbono (C-C) en los alcanos., En contraste, la estructura de los alquenos requiere que los átomos de carbono de un enlace doble y los dos átomos unidos a cada átomo de carbono se encuentren en un solo plano, y que cada átomo de carbono doblemente Unido se encuentre en el Centro de un triángulo. Esta parte de la estructura de la molécula es rígida; la rotación sobre átomos de carbono doblemente Unidos no es posible sin romper el enlace. Observe los dos hidrocarburos clorados en la figura \(\PageIndex{1}\).

Figure \(\PageIndex{1}\): rotación sobre enlaces., En el 1,2-dicloroetano (a), la rotación libre sobre el enlace C–C permite que las dos estructuras se interconvertan por un giro de un extremo en relación con el otro. En el 1,2-dicloroeteno (b), La rotación restringida sobre el doble enlace significa que las posiciones relativas de los grupos sustituyentes por encima o por debajo del doble enlace son significativas.

en el 1,2-dicloroetano (parte (a) de la figura \(\PageIndex{1}\)), hay rotación libre sobre el enlace C–C. Los dos modelos mostrados representan exactamente la misma molécula; no son isómeros., Puede dibujar fórmulas estructurales que se vean diferentes, pero si tiene en cuenta la posibilidad de esta rotación libre sobre enlaces simples, debe reconocer que estas dos estructuras representan la misma molécula:

en 1,2-dicloroeteno (figura \(\PageIndex{1b}\)), sin embargo, la rotación restringida sobre el enlace doble significa que las posiciones relativas de los grupos sustituyentes por encima o por debajo del doble enlace el vínculo se vuelve significativo. Esto conduce a un tipo especial de isomerismo., El isómero en el que los dos átomos de cloro (Cl) se encuentran en el mismo lado de la molécula se llama isómero cis (en latín cis, que significa «en este lado») y se denomina cis-1,2-dicloroeteno. El isómero con los dos átomos Cl en lados opuestos de la molécula es el isómero trans (en latín trans, que significa «a través») y se denomina trans-1,2-dicloroeteno. Estos dos compuestos son isómeros cis-trans (o isómeros geométricos), compuestos que tienen diferentes configuraciones (grupos permanentemente en diferentes lugares en el espacio) debido a la presencia de una estructura rígida en su molécula.,

considere el alqueno con la fórmula estructural condensada CH3CH = CHCH3. Podríamos llamarlo 2-buteno, pero en realidad hay dos compuestos de este tipo; el doble enlace resulta en isomerismo cis-trans (figura \(\PageIndex{2}\)).

Cis-2-buteno tiene ambos grupos metilo en el mismo lado de la molécula. El Trans-2-buteno tiene los grupos metilo en lados opuestos de la molécula. Sus fórmulas estructurales son las siguientes:

Figure \(\PageIndex{3}\): modelos de (izquierda) Cis-2-buteno y (derecha) Trans-2-buteno.,
Figure \(\PageIndex{4}\): Diferentes vistas de la molécula de propeno (Voltear verticalmente). Estos no son isómeros.

sin embargo, estas dos estructuras no son realmente diferentes entre sí. Si pudiera recoger cualquier molécula de la página y voltearla de arriba a abajo, vería que las dos fórmulas son idénticas. Por lo tanto, hay dos requisitos para el isomerismo cis-trans:

  1. La rotación debe restringirse en la molécula.
  2. Debe haber dos grupos no idénticos en cada átomo de carbono doblemente Unido.,

en estas estructuras de propeno, el segundo requisito para isomerismo cis-trans no se cumple. Uno de los átomos de carbono doblemente Unidos tiene dos grupos diferentes Unidos, pero las reglas requieren que ambos átomos de carbono tengan dos grupos diferentes. En general, las siguientes afirmaciones son ciertas en el isomerismo cis-trans:

  • los alquenos con una unidad C=CH2 no existen como isómeros cis-trans.
  • los alquenos con una unidad C=CR2, donde los dos grupos R son iguales, no existen como isómeros cis-trans.,
  • los alquenos del tipo R-CH = CH–R pueden existir como isómeros CIS y trans; cis si los dos grupos R están en el mismo lado del doble enlace carbono-carbono, y trans si los dos grupos R están en lados opuestos del doble enlace carbono-carbono.

Nota avanzada: isomerización e/Z

si una molécula tiene un enlace C = C con un grupo no hidrógeno unido a cada uno de los carbonos, la nomenclatura cis/trans descrita anteriormente es suficiente para describirla., Sin embargo, si usted tiene tres grupos diferentes (o cuatro), entonces el enfoque cis/trans es insuficiente para describir los diferentes isómeros, ya que no sabemos cuáles dos de los tres grupos se están describiendo. Por ejemplo, si tiene un enlace C = C, con un grupo metilo y un bromo en un carbono , y un grupo etílico en el otro, no es trans ni cis, ya que no está claro si el grupo etílico es trans al bromo o al metilo. Esto se aborda con una nomenclatura E/Z más avanzada discutida en otra parte.

El isomerismo Cis-trans también ocurre en compuestos cíclicos., En las estructuras de anillo, los grupos son incapaces de rotar alrededor de cualquiera de los enlaces carbono–carbono del anillo. Por lo tanto, los grupos pueden estar en el mismo lado del anillo (cis) o en lados opuestos del anillo (trans). Para nuestros propósitos aquí, representamos todos los cicloalcanos como estructuras planas, e indicamos las posiciones de los grupos, ya sea por encima o por debajo del plano del anillo.

Example \(\PageIndex{1}\)

¿Qué compuestos pueden existir como isómeros cis-trans (geométricos)? Dibuja.,

  1. CHCl=CHBr
  2. CH2=CBrCH3
  3. (CH3)2C=CHCH2CH3
  4. CH3CH=CHCH2CH3

solución

Las cuatro estructuras tienen un doble enlace y por lo tanto cumplen con la Regla 1 para el isomerismo cis-trans.

  1. este compuesto cumple con la Regla 2; tiene dos grupos no idénticos en cada átomo de carbono (H y Cl en uno y H y Br en el otro). Existe como isómeros CIS y trans:
  2. Este compuesto tiene dos átomos de hidrógeno en uno de sus átomos de carbono doblemente Unidos; falla la Regla 2 y no existe como isómeros CIS y trans.,
  3. este compuesto tiene dos grupos metilo (CH3) en uno de sus átomos de carbono doblemente Unidos. No cumple la Regla 2 y no existe como isómeros CIS y trans.
  4. este compuesto cumple con la Regla 2; tiene dos grupos no idénticos en cada átomo de carbono y existe como isómeros CIS y trans:

ejercicios de revisión de conceptos

  1. ¿Qué son los isómeros cis-trans (geométricos)? ¿Qué dos tipos de compuestos pueden exhibir isomerismo cis-trans?

  2. Clasificar cada compuesto como un isómero cis, un isómero trans, o ninguno.,

Respuestas

  1. Cis-trans de los isómeros son compuestos que tienen diferentes configuraciones (grupos de forma permanente en diferentes lugares en el espacio), debido a la presencia de una estructura rígida en su molécula. Los alquenos y los compuestos cíclicos pueden presentar isomerismo cis-trans.,

    1. trans (los dos átomos de hidrógeno están en lados opuestos)
    2. cis (los dos átomos de hidrógeno están en el mismo lado, como son los dos grupos etil)
    3. cis (los dos grupos etil están en el mismo lado)
    4. ni (fliping la fianza no cambiar la molécula. No hay isómeros para esta molécula)

Key Takeaway

  • El isomerismo Cis-trans (geométrico) existe cuando hay rotación restringida en una molécula y hay dos grupos no idénticos en cada átomo de carbono doblemente Unido.,

Respuesta

  1. a: ninguno. Hay dos isómeros geométricos distintos, pero como hay cuatro grupos diferentes fuera del doble enlace, ambos son isómeros cis/trans (técnicamente son isómeros E/Z discutidos en otra parte).
    b:

    c:

    d:

    e: