Ισομερή Cis και Trans

Cis και trans ισομερή είναι στερεοϊσομερή που έχουν τους ίδιους μοριακούς τύπους αλλά διαφορετικούς προσανατολισμούς στον τρισδιάστατο χώρο. Σε ένα cis ισομερές, οι λειτουργικές ομάδες βρίσκονται στην ίδια πλευρά του επιπέδου μεταξύ τους, ενώ σε ένα trans ισομερές, οι λειτουργικές ομάδες βρίσκονται σε αντίθετες πλευρές μεταξύ τους. Οι όροι «cis» και «trans» προέρχονται από τις λατινικές λέξεις, όπου cis σημαίνει «από αυτήν την πλευρά» και trans σημαίνει «από την άλλη πλευρά». Η ισομέρεια Cis και trans είναι η ίδια με τη "γεωμετρική ισομέρεια", αλλά η IUPAC ευνοεί σθεναρά τη χρήση των όρων cis και trans.

Πώς λειτουργούν τα ισομερή Cis και Trans

Τα ισομερή Cis και trans εμφανίζονται τόσο σε οργανικά όσο και σε ανόργανα μόρια.

Στα οργανικά μόρια, οι λειτουργικές ομάδες βρίσκονται στην ίδια πλευρά του επιπέδου της ανθρακικής αλυσίδας στη διαμόρφωση cis και στις αντίθετες πλευρές της ανθρακικής αλυσίδας στη διαμόρφωση trans. Εδώ, τα ισομερή cis και trans εμφανίζονται τυπικά σε ενώσεις που περιέχουν διπλούς δεσμούς. Σε γραμμικές ενώσεις (όπως τα αλκένια) οι υποκαταστάτες περιστρέφονται ελεύθερα γύρω από έναν μόνο δεσμό και δεν σχηματίζουν ισομερή. Οι αρωματικές ενώσεις, από την άλλη, μπορούν έχουν cis και trans ισομερή με απλούς δεσμούς επειδή ο δακτύλιος περιορίζει την κίνηση γύρω από τον δεσμό.

Ένας διπλός δεσμός είναι άκαμπτος. Ένα μόριο δεν μπορεί να εναλλάσσεται μεταξύ cis και trans ισομερούς του χωρίς να σπάσει πρώτα τον δεσμό. Ο λόγος που δεν βλέπετε cis και trans ισομερή γύρω από τριπλούς δεσμούς είναι επειδή ο δεσμός καταναλώνει τα δεσμευτικά ζεύγη ηλεκτρονίων, επομένως δεν υπάρχουν δύο λειτουργικές ομάδες συνδεδεμένες και στις δύο πλευρές.

Ο ισομερισμός Cis και trans εμφανίζεται σε ορισμένα ανόργανα μόρια. Παραδείγματα περιλαμβάνουν τα διαζένια (που περιέχουν δεσμό N=N), τα διφωσφένια (που περιέχουν τον δεσμό P=P) και ενώσεις συντονισμού.

Παραδείγματα ισομερών Cis και Trans

Ακολουθούν μερικά παραδείγματα ισομερών cis και trans:

• cis -but-2-ene και trans -βουτ-2-ένιο (αλκένια)
• cis -1,2-διχλωροκυκλοεξάνιο και trans -1,2-διχλωροκυκλοεξάνιο (αρωματικός υδρογονάνθρακας)
• cis -πλατινένιο και trans -πλατίνα (ανόργανη)

Όταν ονομάζετε αυτά τα ισομερή, γράψτε πρώτα cis και trans (με πλάγιους χαρακτήρες). Στη συνέχεια, γράψτε μια παύλα και μετά το σύνθετο όνομα. (Μερικές φορές τα πλάγια γράμματα και η παύλα παραλείπονται.)

Διαφορά μεταξύ των φυσικών ιδιοτήτων των ισομερών Cis και Trans

Τα ισομερή Cis και trans εμφανίζουν συνήθως διαφορετικές φυσικές ιδιότητες. Σε ορισμένες ενώσεις, οι διαφορές είναι μικρές. Σε άλλες είναι πιο έντονες. Ο λόγος για τις διαφορετικές ιδιότητες είναι επειδή η συνολική διπολική ροπή αλλάζει ανάλογα με το αν οι λειτουργικές ομάδες βρίσκονται στην ίδια πλευρά του μορίου ή σε μία αντίθετη πλευρά. Έτσι, τα μόρια με πολικές λειτουργικές ομάδες επηρεάζονται περισσότερο από τις διαμορφώσεις τους.

Με ορισμένες εξαιρέσεις, τα τρανς αλκένια έχουν χαμηλότερα σημεία βρασμού και υψηλότερα σημεία τήξης από τα cis αλκένια. Αυτό συμβαίνει επειδή το trans ισομερές είναι πιο συμμετρικό και λιγότερο πολικό. Ουσιαστικά, τα δίπολα στα τρανς αλκένια αλληλοεξουδετερώνονται.

Τα τρανς αλκένια είναι λιγότερο διαλυτά σε αδρανείς διαλύτες και τείνουν να είναι πιο σταθερά από τα cis αλκένια. Η ύπαρξη και των δύο υποκαταστατών στην ίδια πλευρά του δεσμού προκαλεί κάποια στερική αλληλεπίδραση στα cis αλκένια, καθιστώντας τα συνήθως λιγότερο σταθερά. Ωστόσο, υπάρχουν αξιοσημείωτες εξαιρέσεις. Για παράδειγμα, τα cis ισομερή του 1-2-διφθοροαιθυλενίου και του 1,2-διφθοροδιαζενίου είναι πιο σταθερά από τα ισομερή trans.

Συμβολισμοί Cis και Trans vs E/Z

Οι συμβολισμοί Cis-trans και E/Z είναι δύο διαφορετικές σημειώσεις που περιγράφουν το ισομερές. Στον συμβολισμό E/Z, το "E" προέρχεται από τη γερμανική λέξη entgenen (που σημαίνει «αντίθετος») και το «Ζ» προέρχεται από το γερμανικό zusammen (σημαίνει «μαζί»). Ενώ τα cis και trans ισχύουν μόνο όταν υπάρχουν το πολύ δύο διαφορετικοί υποκαταστάτες, ο συμβολισμός Ε/Ζ περιγράφει τη θέση πρόσθετων λειτουργικών ομάδων. Για παράδειγμα, ο συμβολισμός Ε/Ζ βρίσκει χρήση σε τριυποκατεστημένα και τετραυποκατεστημένα αλκένια. Η προτεραιότητα της ομάδας είναι σύμφωνα με τους κανόνες προτεραιότητας Cahn-Ingold-Prelog, όπου ένα άτομο με μεγαλύτερο ατομικό αριθμό έχει μεγαλύτερη προτεραιότητα.

Συνήθως, το Ζ αντιστοιχεί σε ένα ισομερές cis και το Ε αντιστοιχεί σε ένα trans ισομερές. Όμως, υπάρχουν και εξαιρέσεις! Για παράδειγμα, trans Το -2-χλωροβουτ-2-ένιο είναι (Z )-2-χλωροβουτ-2-ένιο. Οι δύο ομάδες μεθυλίου είναι trans μεταξύ τους, αλλά είναι ένα ισομερές Z επειδή τα άτομα άνθρακα C1 και C4 βρίσκονται το ένα απέναντι από το άλλο, με το χλώριο και το C4 μαζί.

Αναφορές

• IUPAC (1997). «Γεωμετρική ισομέρεια». Σύνοψη Χημικής Ορολογίας (2η έκδ.) (το «Χρυσό Βιβλίο»). Επιστημονικές Εκδόσεις Blackwell. ISBN 0-9678550-9-8. doi:10.1351/goldbook
• Μάρτιος, Τζέρι (1985). Προηγμένη Οργανική Χημεία, Αντιδράσεις, Μηχανισμοί και Δομή (3η έκδ.). ISBN 978-0-471-85472-2.
• Ouellette, Robert J.; Rawn, J. David (2015). «Αλκένια και Αλκίνια». Αρχές Οργανικής Χημείας . ISBN 978-0-12-802444-7. doi:10.1016/B978-0-12-802444-7.00004-5
• Williams, Dudley H.; Fleming, Ian (1989). Φασματοσκοπικές Μέθοδοι στην Οργανική Χημεία (4th rev. ed.). McGraw-Hill. ISBN 978-0-07-707212-4.