13.2: Isomeri Cis-Trans (Isomeri geometrici)

Esiste una rotazione libera attorno ai legami singoli carbonio-carbonio (C-C) negli alcani., Al contrario, la struttura degli alcheni richiede che gli atomi di carbonio di un doppio legame e i due atomi legati a ciascun atomo di carbonio si trovino tutti in un unico piano, e che ogni atomo di carbonio doppiamente legato si trovi al centro di un triangolo. Questa parte della struttura della molecola è rigida; la rotazione degli atomi di carbonio doppiamente legati non è possibile senza rompere il legame. Guarda i due idrocarburi clorurati nella figura \(\PageIndex{1}\).

Figura \ (\PageIndex{1}\): Rotazione sulle obbligazioni., In 1,2-dicloroetano (a), la rotazione libera attorno al legame C–C consente alle due strutture di essere interconverse da una torsione di un’estremità rispetto all’altra. In 1,2-dicloroetene (b), la rotazione limitata attorno al doppio legame significa che le posizioni relative dei gruppi sostituenti sopra o sotto il doppio legame sono significative.

In 1,2-dicloroetano (parte (a) della figura \(\PageIndex{1}\)), c’è una rotazione libera attorno al legame C–C. I due modelli mostrati rappresentano esattamente la stessa molecola; non sono isomeri., Potete disegnare le formule di struttura che hanno un aspetto diverso, ma se si tiene a mente la possibilità di rotazione su un singolo obbligazioni, si dovrebbe riconoscere che queste due strutture rappresentano la stessa molecola:

1,2-dichloroethene (Figura \(\PageIndex{1b}\)), tuttavia, limitata rotazione di circa il doppio legame significa che le posizioni relative dei gruppi sostituenti al di sopra o al di sotto del doppio legame diventare significativo. Questo porta ad un tipo speciale di isomerismo., L’isomero in cui i due atomi di cloro (Cl) si trovano sullo stesso lato della molecola è chiamato isomero cis (latino cis, che significa “su questo lato”) ed è chiamato cis-1,2-dicloroetene. L’isomero con i due atomi di Cl sui lati opposti della molecola è l’isomero trans (latino trans, che significa “attraverso”) ed è chiamato trans-1,2-dicloroetene. Questi due composti sono isomeri cis-trans (o isomeri geometrici), composti che hanno configurazioni diverse (gruppi permanentemente in luoghi diversi nello spazio) a causa della presenza di una struttura rigida nella loro molecola.,

Considera l’alchene con la formula strutturale condensata CH3CH = CHCH3. Potremmo chiamarlo 2-butene, ma in realtà ci sono due di questi composti; il doppio legame si traduce in isomerismo cis-trans (Figura \(\PageIndex{2}\)).

Cis-2-butene ha entrambi i gruppi metilici sullo stesso lato della molecola. Il Trans-2-butene ha i gruppi metilici sui lati opposti della molecola. Le loro formule strutturali sono le seguenti:

Tuttavia, queste due strutture non sono realmente diverse l’una dall’altra. Se si potesse prendere una molecola dalla pagina e capovolgerla dall’alto verso il basso, si vedrebbe che le due formule sono identiche. Quindi ci sono due requisiti per l’isomerismo cis-trans:

1. La rotazione deve essere limitata nella molecola.
2. Ci devono essere due gruppi non identici su ogni atomo di carbonio doppiamente legato.,

In queste strutture propeniche, il secondo requisito per l’isomerismo cis-trans non è soddisfatto. Uno degli atomi di carbonio doppiamente legati ha due gruppi diversi collegati, ma le regole richiedono che entrambi gli atomi di carbonio abbiano due gruppi diversi. In generale, le seguenti affermazioni sono valide nell’isomerismo cis-trans:

• Gli alcheni con unità C=CH2 non esistono come isomeri cis-trans.
• Gli alcheni con unità C=CR2, dove i due gruppi R sono uguali, non esistono come isomeri cis-trans.,
• Alcheni del tipo R–CH=CH–R possono esistere come isomeri cis e trans; cis se i due gruppi R si trovano sullo stesso lato del doppio legame carbonio-carbonio e trans se i due gruppi R si trovano sui lati opposti del doppio legame carbonio-carbonio.

L’isomerismo Cis-trans si verifica anche nei composti ciclici., Nelle strutture ad anello, i gruppi non sono in grado di ruotare su uno qualsiasi dei legami carbonio–carbonio dell’anello. Pertanto, i gruppi possono essere sullo stesso lato dell’anello (cis) o sui lati opposti dell’anello (trans). Per i nostri scopi qui, rappresentiamo tutti i cicloalcani come strutture planari e indichiamo le posizioni dei gruppi, sopra o sotto il piano dell’anello.