Obiectivele de Învățare

  • Recunosc că alchene care poate exista ca cis-trans izomeri.
  • clasificați izomerii ca cis sau trans.
  • desenați structuri pentru izomerii cis-trans dat numele lor.

există rotație liberă cu privire la legăturile unice carbon-carbon (C-C) în alcani., În schimb, structura alchenelor necesită ca atomii de carbon ai unei legături duble și cei doi atomi legați de fiecare atom de carbon să se afle într-un singur plan și ca fiecare atom de carbon dublu legat să se afle în centrul unui triunghi. Această parte a structurii moleculei este rigidă; rotația atomilor de carbon dublu legați nu este posibilă fără ruperea legăturii. Uită-te la cele două hidrocarburi clorurate în figura \(\PageIndex{1}\).

Figura \(\PageIndex{1}\): Rotația în Obligațiuni., În 1,2–dicloretan (a), rotația liberă în jurul legăturii C-C permite interconectarea celor două structuri printr-o răsucire a unui capăt în raport cu celălalt. În 1,2-dicloreten (b), rotația restrânsă în jurul dublei legături înseamnă că pozițiile relative ale grupurilor substituente deasupra sau sub dubla legătură sunt semnificative.

în 1,2-dicloretan (partea (a) din Figura \(\PageIndex{1}\)), există o rotație liberă în legătură cu legătura C–C. Cele două modele prezentate reprezintă exact aceeași moleculă; nu sunt izomeri., Puteți desena formulele structurale care arata diferit, dar dacă aveți în vedere această posibilitate rotire liberă despre unic de obligațiuni, ar trebui să recunoască faptul că aceste două structuri reprezintă aceeași moleculă:

În 1,2-dichloroethene (Figura \(\PageIndex{1b}\)), cu toate acestea, restricționat rotație dublă legătură înseamnă că pozițiile relative ale substituentului grupuri de mai sus sau mai jos în legătură dublă devin semnificative. Aceasta duce la un tip special de izomerism., Izomerul în care cei doi atomi de clor (Cl) se află pe aceeași parte a moleculei se numește izomerul cis (cis Latin, adică „pe această parte”) și se numește cis-1,2-dicloreten. Izomerul cu cei doi atomi Cl pe laturile opuse ale moleculei este izomerul trans (trans latină, însemnând „peste”) și este numit trans-1,2-dicloreten. Acești doi compuși sunt izomeri cis-trans (sau izomeri geometrici), compuși care au configurații diferite (grupuri permanent în locuri diferite în spațiu) datorită prezenței unei structuri rigide în molecula lor.,luați în considerare alchena cu formula structurală condensată CH3CH=CHCH3. Am putea numi 2-butenă, dar există de fapt doi astfel de compuși; dubla legătură are ca rezultat izomerismul cis-trans (figura \(\PageIndex{2}\)).Cis-2-butena are ambele grupări metil pe aceeași parte a moleculei. Trans-2-butena are grupările metil pe laturile opuse ale moleculei. Lor formulele structurale sunt după cum urmează:

Figura \(\PageIndex{3}\): Modele de (stânga) Cis-2-Butenă și (dreapta) Trans-2-Butenă.,
Figura \(\PageIndex{4}\): puncte de vedere Diferite de propenă moleculă (flip vertical). Aceștia nu sunt izomeri. cu toate acestea, aceste două structuri nu sunt cu adevărat diferite unele de altele. Dacă ați putea ridica oricare moleculă din pagină și să o răsturnați de sus în jos, ați vedea că cele două formule sunt identice. Astfel, există două cerințe pentru izomerismul cis-trans:

  1. rotația trebuie restricționată în moleculă.
  2. trebuie să existe două grupuri nonidentice pe fiecare atom de carbon dublu legat.,

în aceste structuri propene, a doua cerință pentru izomerismul cis-trans nu este îndeplinită. Unul dintre atomii de carbon dublu legați are două grupuri diferite atașate, dar regulile impun ca ambii atomi de carbon să aibă două grupuri diferite. În general, următoarele afirmații sunt adevărate în izomerismul cis-trans:

  • alchenele cu o unitate C=CH2 nu există ca izomeri cis-trans.
  • alchene cu o unitate C=CR2, unde cele două grupe R sunt aceleași, nu există ca izomeri cis-trans.,
  • Alchene de tip R–CH=CH–R poate exista ca izomeri cis și trans; csi dacă cele două R grupuri sunt pe aceeași parte a carbon-carbon legătură dublă, și trans dacă cele două R grupuri sunt pe părți opuse ale carbon-carbon legătură dublă.

notă avansată: Izomerizarea e/Z

dacă o moleculă are o legătură C = C cu o grupare non-hidrogen atașată la fiecare dintre atomi de carbon, nomenclatura cis / trans descrisă mai sus este suficientă pentru a o descrie., Cu toate acestea, dacă aveți trei grupuri diferite (sau patru), atunci abordarea cis/trans este insuficientă pentru a descrie diferiții izomeri, deoarece nu știm care două dintre cele trei grupuri sunt descrise. De exemplu, dacă aveți o legătură C=C , cu o grupare metil și un brom pe un carbon și o grupare etil pe cealaltă, nu este nici trans, nici cis, deoarece nu este clar dacă gruparea etil este trans la brom sau metil. Acest lucru este abordat cu o nomenclatură E/Z mai avansată discutată în altă parte.izomerismul Cis-trans apare și în compușii ciclici., În structurile inelare, grupurile nu sunt în măsură să se rotească cu privire la oricare dintre legăturile inelare carbon–carbon. Prin urmare, grupurile pot fi fie pe aceeași parte a inelului (cis), fie pe laturile opuse ale inelului (trans). Pentru scopurile noastre aici, reprezentăm toate cicloalcanele ca structuri plane și indicăm pozițiile grupurilor, fie deasupra, fie sub planul inelului.

exemplu \(\PageIndex{1}\)

ce compuși pot exista ca izomeri cis-trans (geometrici)? Desenați-le.,

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

Soluție

Toate cele patru structuri au o legătură dublă și, astfel, să îndeplinească regula 1 pentru cis-trans izomerie.

  1. acest compus îndeplinește regula 2; are două grupuri nonidentice pe fiecare atom de carbon (H și Cl pe unul și H și Br pe celălalt). Există atât izomeri cis și trans:
  2. Acest compus are doi atomi de hidrogen pe unul de două ori mai legați de atomi de carbon; aceasta nu reușește regula 2 și nu există ca izomeri cis și trans.,
  3. acest compus are două grupări metil (CH3) pe unul dintre atomii săi de carbon dublu legați. Nu reușește regula 2 și nu există ca izomeri cis și trans.
  4. Acest compus se întâlnește regula 2; acesta are două nonidentical grupuri pe fiecare atom de carbon și există ca ambii izomeri cis și trans:

Conceptul Exerciții de evaluare

  1. Ce sunt cis-trans (geometrice) izomeri? Ce două tipuri de compuși pot prezenta izomerism cis-trans?

  2. clasificați fiecare compus ca un izomer cis, un izomer trans, sau nici unul.,

Răspunsuri

  1. Cis-trans izomerii sunt compuși care au diferite configurații (grupuri permanent în locuri diferite în spațiu) din cauza prezenței de o structură rigidă în molecula lor. Alchenele și compușii ciclici pot prezenta izomerism cis-trans.,

    1. trans (cei doi atomi de hidrogen sunt pe părți opuse)
    2. csi (doi atomi de hidrogen sunt pe aceeași parte, ca și cele două etilic grupuri)
    3. csi (două etilic grupuri sunt pe aceeași parte)
    4. nici (fliping obligațiuni nu se schimba moleculă. Nu există izomeri pentru această moleculă)

cheie Takeaway

  • izomerismul Cis-trans (geometric) există atunci când există o rotație limitată într-o moleculă și există două grupuri nonidentice pe fiecare atom de carbon dublu legat.,

răspuns

  1. a: Nici unul. Există doi izomeri geometrici distincți, dar din moment ce există patru grupuri diferite în afara legăturii duble, aceștia sunt ambii izomeri cis/trans (sunt din punct de vedere tehnic izomeri E/Z discutați în altă parte).
    b:

    c:

    d:

    e: