Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

13.3: Структура алкенів-цис-транс-ізомерії

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    21419

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    Цілі навчання
    • Визнайте, що алкени, які можуть існувати як цис-транс-ізомери.
    • Класифікують ізомери як цис або транс.
    • Намалюйте структури для цис-транс-ізомерів з урахуванням їх назв.

    У алканах відбувається вільне обертання навколо одиничних зв'язків вуглецю з вуглецем (C—C). Навпаки, структура алкенів вимагає, щоб атоми вуглецю подвійного зв'язку та два атоми, пов'язані з кожним атомом вуглецю, лежать в одній площині, і щоб кожен подвійно пов'язаний атом вуглецю лежить в центрі трикутника. Ця частина структури молекули жорстка; обертання навколо подвійно зв'язаних атомів вуглецю неможливо без розриву зв'язку. Подивіться на два хлоровані вуглеводні на малюнку\(\PageIndex{1}\).

    Малюнок \(\PageIndex{1}\): Обертання про облігації. У 1,2-дихлоретані (а) вільне обертання навколо зв'язку С—С дозволяє перетворенню двох структур скручуванням одного кінця відносно іншого. У 1,2-дихлоретені (b) обмежене обертання навколо подвійного зв'язку означає, що відносні положення груп замісників вище або нижче подвійного зв'язку є значними.

    У 1,2-дихлоретані (частина (а\(\PageIndex{1}\)) малюнка) відбувається вільне обертання навколо зв'язку С—С. Дві показані моделі представляють точно таку ж молекулу; вони не є ізомерами. Ви можете малювати структурні формули, які виглядають по-різному, але якщо ви маєте на увазі можливість цього вільного обертання навколо одиночних зв'язків, ви повинні визнати, що ці дві структури представляють одну і ту ж молекулу:

    безкоштовно rotation.jpg

    Однак у 1,2-дихлоретені (рис.\(\PageIndex{1b}\)) обмежене обертання навколо подвійного зв'язку означає, що відносні положення груп замісників вище або нижче подвійного зв'язку стають значними. Це призводить до особливого виду ізомерії. Ізомер, в якому два атоми хлору (Cl) лежать на одній стороні молекули, називається цис-ізомером (лат. Cis, що означає «на цій стороні») і називається цис-1,2-дихлоретен. Ізомер з двома атомами Cl на протилежних сторонам молекули є транс-ізомером (латинський транс, що означає «поперек») і називається транс-1,2-дихлоретен. Ці два сполуки є цис-транс-ізомери (або геометричні ізомери), сполуки, які мають різну конфігурацію (групи постійно знаходяться в різних місцях простору) через наявність жорсткої структури в їх молекулі.

    Розглянемо алкен з конденсованою структурною формулою CH 3 CH=CHCH 3. Ми могли б назвати його 2-бутеном, але насправді є дві такі сполуки; подвійний зв'язок призводить до цис-транс-ізомерії (рис.\(\PageIndex{2}\)).

    Малюнок\(\PageIndex{2}\): Кульково-пружинні моделі (а) Цис-2-Бутену та (б) Транс-2-Бутену. Ціс-транс-ізомери мають різні фізичні, хімічні та фізіологічні властивості.

    Cis -2-бутен має обидві метильні групи на одній стороні молекули. Транс-2-бутен має метильні групи з протилежних сторін молекули. Їх структурні формули такі:

    цис, trans.jpg
    Малюнок \(\PageIndex{3}\): Моделі (зліва) Цис-2-Бутену і (праворуч) Транс-2-Бутену.

    Зверніть увагу, однак, що наявність подвійного зв'язку не обов'язково призводить до цис-транс-ізомерії (рис.\(\PageIndex{4}\)). Ми можемо намалювати два, здавалося б, різних схильностей:

    propene.jpg
    Малюнок \(\PageIndex{4}\): Різні види молекули пропену (перевернути вертикально). Це не ізомери.

    Однак ці дві структури насправді не відрізняються один від одного. Якби ви могли взяти будь-яку молекулу зі сторінки і перевернути її зверху вниз, ви побачите, що дві формули ідентичні. Таким чином, існує дві вимоги до цис-транс-ізомерії:

    1. Обертання необхідно обмежити в молекулі.
    2. На кожному подвійно зв'язаному атомі вуглецю повинно бути дві неоднакові групи.

    У цих пропенових структурах друга вимога до цис-транс-ізомерії не виконується. Один з подвійно зв'язаних атомів вуглецю має дві різні групи, але правила вимагають, щоб обидва атоми вуглецю мали дві різні групи. Загалом у цис-транс-ізомерії справедливі такі твердження:

    • Алкени з одиницею C = CH 2 не існують як цис-транс-ізомери.
    • Алкени з одиницею C = CR 2, де дві групи R однакові, не існують як цис-транс-ізомери.
    • Алкени типу R—CH=CH—R можуть існувати як цис і транс-ізомери; cis, якщо дві групи R знаходяться на одній стороні подвійного зв'язку вуглець-вуглець, і транс, якщо дві групи R знаходяться на протилежних сторонам подвійного зв'язку вуглець-вуглець.
    Розширений Примітка: Е/Z Ізомеризація

    Якщо молекула має зв'язок C = C з однією неводневою групою, прикріпленою до кожного з вуглеців, для її опису достатньо цис/транс-номенклатури, описаної вище. Однак, якщо у вас три різні групи (або чотири), то підхід cis/trans недостатній для опису різних ізомерів, оскільки ми не знаємо, які дві з трьох груп описуються. Наприклад, якщо у вас зв'язок C = C, з метильною групою та бромом на одному вуглеці, а етиловою групою на іншому, це ні транс, ні цис, оскільки незрозуміло, чи є етилова група транс брому чи метилу. Це розглядається за допомогою більш просунутої номенклатури E/Z, обговорюваної в інших місцях.

    CIS-транс-ізомерія зустрічається і в циклічних сполуках. У кільцевих структурах групи не можуть обертатися навколо жодної з кільцевих вуглецево-вуглецевих зв'язків. Тому групи можуть бути як на одній стороні кільця (цис), так і з протилежних сторін кільця (транс). Для наших цілей тут ми представляємо всі циклоалкани як площинні структури, і вказуємо положення груп, або над площиною кільця, або нижче площини.

    цис-транс cyclic.jpg
    Приклад\(\PageIndex{1}\)

    Які сполуки можуть існувати у вигляді цис-транс (геометричних) ізомерів? Намалюйте їх.

    1. ЧКЛ = ЧБР
    2. СН 2 = брехти 3
    3. (СН 3) 2 С=ЧЧ 2 СН 3
    4. СН 3 СН = ЧЧ 2 СН 3
    Рішення

    Всі чотири структури мають подвійний зв'язок і, таким чином, відповідають правилу 1 для цис-транс-ізомерії.

    1. Ця сполука відповідає правилу 2; вона має дві неоднакові групи на кожному атомі вуглецю (H і Cl на одному і H і Br на іншому). Він існує як цис, так і транс-ізомери:
      1.jpg
  • Ця сполука має два атоми водню на одному з його подвійно зв'язаних атомів вуглецю; вона не відповідає правилу 2 і не існує як цис і транс-ізомери.
  • Ця сполука має дві метильні (CH 3) групи на одному з його подвійно зв'язаних атомів вуглецю. Він не відповідає правилу 2 і не існує як цис і транс-ізомерів.
  • Ця сполука відповідає правилу 2; вона має дві неідентичні групи на кожному атомі вуглецю і існує як цис, так і транс-ізомери:
    • 4.jpg
    Вправа\(\PageIndex{1}\)

    Які сполуки можуть існувати у вигляді цис-транс-ізомерів? Намалюйте їх.

    1. СН 2 = ЧЧ 2 СН 2 СН 3
    2. СН 3 СН = ЧЧ 2 СН 3
    3. СН 3 СН 2 СН = ЧЧ 2 СН 3
    4. СБ 1d.jpg
  • СБ 1e.jpg

    • Концепція Огляд Вправи

    1. Що таке цис-транс (геометричні) ізомери? Які два типи сполук можуть проявляти цис-транс-ізомерію?

    2. Класифікувати кожну сполуку як цис-ізомер, транс-ізомер, або ні.

      1. 2a.jpg
      2. 2b.jpg
      3. 2c.jpg
      4. 2d.jpg

    Відповіді

    1. CIS-транс-ізомери - це сполуки, які мають різну конфігурацію (групи постійно знаходяться в різних місцях простору) через наявність в їх молекулі жорсткої структури. Алкени і циклічні сполуки можуть проявляти цис-транс-ізомерія.

      1. транс (два атоми водню знаходяться з протилежних сторін)
      2. cis (два атоми водню знаходяться на одній стороні, як і дві етилові групи)
      3. цис (дві етилові групи знаходяться на одній стороні)
      4. ні (перегортання зв'язку не змінює молекулу. Для цієї молекули немає ізомерів)