5.15: Інший вид стереохімії - ізомери алкенів

Last updated
Save as PDF

Page ID: 27966

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

Ізомери, пов'язані хіральністю, не є єдиним видом геометричних ізомерів. Ще одним прикладом є цис-транс-ізомерія в алкенах; тобто різні орієнтації навколо подвійного зв'язку вуглецево-вуглецевого (та інших подвійних зв'язків, в деяких випадках).

У цис-ізомерах на кожному кінці алкену є неводнева група, і вони знаходяться на одній стороні осі подвійного зв'язку.

Лінійна структура цис-2-бутену.

Малюнок\(\PageIndex{1}\): Цис-ізомер алкену.

Кулькова модель цис-2-бутену. Кінцеві метильні групи знаходяться на одній стороні подвійного зв'язку. — Малюнок\(\PageIndex{2}\): Кульково-палична модель *цис-2-бутену*.

Перейдіть до анімації SC12.1. Тривимірна модель цис-2-бутену.

У транс-ізомерів на кожному кінці алкену є неводнева група, і вони знаходяться з протилежних сторін осі подвійного зв'язку.

Лінійна структура транс-2-бутену. — Малюнок\(\PageIndex{3}\): *Транс-ізомер* алкену.

Кульково-паликова модель транс-2-бутену, з кінцевими метильними групами на протилежних сторонам молекули. — Малюнок\(\PageIndex{4}\): Кульково-палична модель *цис-2-бутену*.

Перейдіть до анімації SC12.1. Тривимірна модель транс-2-бутену.

У цис-ізомерах неводневі групи на кожному кінці алкену знаходяться на одній стороні.
У транс-ізомерах неводневі групи на кожному кінці алкену знаходяться з протилежних сторін.

Цей вид ізомерії відрізняється від змін форми, що спостерігаються в насичених вуглеводнях, таких як бутан; тобто сполуки, які мають лише одиночні зв'язки, а не подвійні зв'язки, не мають цих специфічних ізомерів. (Однак насичені кільцеві структури можуть мати цис і транс-ізомери; у цьому випадку терміни описують, чи знаходяться дві групи на одній грані кільця або протилежних гранях). Існує вільне обертання в бутані, оскільки поодинокі зв'язки, які утримують вуглеці разом, не настільки чутливі до орієнтації чотиригранних вуглеців на будь-якому кінці зв'язку. На відміну від цього, поворот тригонального площинного вуглецю на одному кінці подвійного зв'язку порушить p орбітальне перекриття, яке утворює pi зв'язок. Це коштувало б багато енергії.

Cis і транс-ізомери відіграють важливу біологічну роль. Наприклад, одним з білків, що відповідають за зір, є родопсин. Родопсин зв'язав з ним органічну сполуку, звану сітківки (кисень у сітківці замінюється азотом в бічному ланцюзі амінокислот в білку з утворенням активного родопсину).

Одна з зв'язків в активній формі сітківки має цис-конфігурацію. Ви можете знати з конформаційного аналізу, що між групами, які тримають близько один від одного боку подвійного зв'язку, буде певне скупчення. Ця скупченість, яку іноді називають стеричним штамом, викликає збільшення енергії.

Лінійна структура 11-цис-сітківки, з видимим зламом при С11. — Малюнок\(\PageIndex{5}\): Ізомер сітківки, важливий для зору.

Кульково-палична модель 11-цис-сітківки. — Малюнок\(\PageIndex{6}\): Кульково-палична модель 11- *цис-сітківки*.

Перейдіть до анімації SC12.1. Тривимірна модель цис-сітківки.

Однак, якщо фотон поглинається молекулою, електрон може збуджуватися від рівня наземного стану до рівня збудженого стану. Цей електрон потім займатиме пі антизв'язуючу орбіту, послаблюючи зв'язки пі в системі. Це полегшує обертання молекули, і це робить.

Після того, як вона вільно обертається, молекула легше приймає більш відкриту, менш складену форму. Він стає все- транс-ізомером.

Лінійна структура всіх транс-сітківки. — Малюнок\(\PageIndex{7}\): Все- *транс-ізомер* сітківки.

Кульково-палична модель все-транс-сітківки. — Малюнок\(\PageIndex{8}\): Кульково-палична модель *транс-сітківки*.

Перейдіть до анімації SC12.1. Тривимірна модель транс-сітківки.

Зміна форми сітківки важлива, оскільки вона пов'язана з білком родопсину. Білок згортається навколо сітківки, так що, коли сітківка частина змінює форму, білок повинен зазнати конформаційних змін, щоб поміститися навколо сітківки. Отримана конформаційна зміна білка дозволяє надсилати сигнал, який повідомляє мозку про те, що світло було виявлено в певному місці ока.

Вправа\(\PageIndex{1}\)

Визначте, чи є наступні молекули цис, транс чи ні.

Вправа 5.15.1, а через f, показуючи кілька структур лінії зв'язку.