13.3: Структура алкенів-цис-транс-ізомерії
- Page ID
- 21419
- 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:

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.\(\PageIndex{2}\)).

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:

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:

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:
- Обертання необхідно обмежити в молекулі.
- 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.
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.

Які сполуки можуть існувати у вигляді цис-транс (геометричних) ізомерів? Намалюйте їх.
- ЧКЛ = ЧБР
- СН 2 = брехти 3
- (СН 3) 2 С=ЧЧ 2 СН 3
- 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.
- 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:

Які сполуки можуть існувати у вигляді цис-транс-ізомерів? Намалюйте їх.
- СН 2 = ЧЧ 2 СН 2 СН 3
- СН 3 СН = ЧЧ 2 СН 3
- СН 3 СН 2 СН = ЧЧ 2 СН 3
-

Концепція Огляд Вправи
-
Що таке цис-транс (геометричні) ізомери? Які два типи сполук можуть проявляти цис-транс-ізомерію?
-
Класифікувати кожну сполуку як цис-ізомер, транс-ізомер, або ні.
-
Відповіді
-
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.
-
- транс (два атоми водню знаходяться з протилежних сторін)
- cis (два атоми водню знаходяться на одній стороні, як і дві етилові групи)
- цис (дві етилові групи знаходяться на одній стороні)
- ні (перегортання зв'язку не змінює молекулу. Для цієї молекули немає ізомерів)