Przeczytaj
Izomeria geometrycznaIzomeria geometryczna znajduje zastosowanie w następujących przypadkach:
gdy cząsteczka posiada wiązanie podwójne lub jest związkiem cyklicznym (pierścieniowym);
gdy w cząsteczce występują min. dwa różne podstawniki wokół atomów węgla (połączonych wiązaniem podwójnym) lub przy atomach węgla w związku cyklicznym.
Izomeria cis‑trans
W przypadku dwupodstawionych pochodnych, aby określić położenie podstawników, używane są przedrostki ciscis- lub transtrans-, które umieszcza się na początku nazwy związku. Aby cząsteczka mogła być nazwana izomerem typu cis‑trans, musi spełnić poniższe warunki.
1. Rotacja w cząsteczce musi być ograniczona.
W przypadku związków łańcuchowych z wiązaniami pojedynczymi (np. w cząsteczce butanu) przestrzenny układ atomów (konformacja) zmienia się przez obrót wokół wiązania, ale obie konformacje reprezentują tę samą cząsteczkę. W tej sytuacji nie można mówić o izomerii cis‑transcis‑trans.
W przypadku alkenów (oraz innych związków zawierających wiązanie podwójne typu C=C, C=N, N=N) wokół wiązania podwójnego rotacja jest ograniczona. Cząsteczki nie ulegają konwersji przez obrót. Są to dwa różne związki.
2. Na każdym atomie węgla, tworzącym wiązanie podwójne, muszą znajdować się dwie nieidentyczne grupy.
Cząsteczki typu RC=CH nie występują w postaci izomerów cis‑trans, np.:
Cząsteczki z jednostką RC=CR, w których dwie grupy R są takie same, nie istnieją jako izomery cis‑trans, np.:
Cząsteczki typu R–CH=CH–R mogą istnieć jako:
Poniżej zestawione zostały przykłady grup związków, które tworzą izomery geometryczne typu cis‑transcis‑trans.
Metoda Cahna, Ingolda i Preloga
Jeżeli wokół wiązania podwójnego alkenów znajdują się cztery różne podstawniki, izomeria cis‑trans zawodzi. Wówczas stosowana jest metoda bezwzględna, tzw. metoda Cahna-Ingolda-Preloga. Posługując się tą metodą, najpierw ustala się pierwszeństwo par podstawników przy każdym atomie węgla wiązania podwójnego, a następnie położenie względem siebie podstawników ważniejszych (o wyższym priorytecie). Sposób postępowania opisany jest przez następujące reguły pierwszeństwa:
Atomy o wyższych liczbach atomowych (Z) mają pierwszeństwo przed atomami, których liczby atomowe są niższe. Gdy mamy do czynienia z izotopami pierwiastków, o pierwszeństwie decyduje wyższa liczba masowa.
Jeżeli zastosowanie pierwszej reguły nie pozwala na uporządkowanie podstawników, wówczas rozpatruje się sumę liczba atomowych drugich, trzecich lub dalszych atomów (przyłączonych do atomu węgla wiązania podwójnego), aż do zróżnicowania wartości sumy liczb atomowych.
Atomy, które przyłączone są do atomu węgla wiązaniem wielokrotnym, są równoważne z odpowiednią liczbą atomów połączonych wiązaniami pojedynczymi. Wówczas krotność wiązania należy pomnożyć przez liczbę atomową rozpatrywanego atomu.
Po ustaleniu hierarchii ważności podstawników wokół każdego z atomów węgla wiązania podwójnego, izomer określamy jako Z lub E.
Podstawniki o wyższym priorytecie leżą po tej samej stronie wiązania podwójnego, więc jest to izomer Z.
Słownik
rodzaj stereoizomerii, w której izomery różnią się rozmieszczeniem podstawników wokół wiązania podwójnego (podstawniki przy atomach węgla spIndeks górny 22) bądź pierścienia (podstawniki przy atomach węgla spIndeks górny 33); wiąże się z zahamowaniem rotacji wokół wiązania węgiel‑węgiel
izomeria obecna m.in. w alkenach; występuje, gdy przy dwóch atomach węgla, uczestniczących w tworzeniu wiązania podwójnego lub atomach węgla wyznaczających płaszczyznę pierścienia, znajdują się po dwa różne od siebie podstawniki
typ izomerii geometrycznej obserwowanej w alkenach posiadających więcej niż dwa różne podstawniki przy atomach węgla spIndeks górny 22; izomery E/Z różnią się wzajemnym położeniem „ważniejszych” podstawników przy obydwu końcach wiązania podwójnego: w izomerze Z. Podstawniki te leżą „obok” siebie, natomiast w izomerze E – podstawniki leżą „po przeciwległych stronach” wiązania podwójnego
cząsteczka, której dwa podstawniki umieszczone są po tej samej stronie płaszczyzny wyznaczonej przez wiązanie podwójne lub pierścień
cząsteczka, której dwa podstawniki umieszczone są po przeciwnej stronie płaszczyzny wyznaczonej przez wiązanie podwójne lub pierścień
Bibliografia:
Encyklopedia PWN
Gorzynski Smith J., Organic Chemistry, wyd. 3, New York 2011.
Hejwowska S., Marcinkowski R., Staluszka J., Chemia 2. Zakres rozszerzony, Gdynia 2011.
Kołodziejczyk A., Naturalne związki organiczne, Warszawa 2013.
Litwin M., Styka‑Wlazło Sz., Szmońska J., Chemia organiczna 2, Warszawa 2005.
Majewski W., Mechanizmy reakcji organicznych, Lublin 2012.
McMurry J., Chemia organiczna, cz. 2, Warszawa 2010.
Saunders N., Saunders A., Clinton S., Parsonage M., Poole E., AS Chemistry for AQA, Oxford 2007.
Świerkocka B., Świerkocki J., Projekt: Matura Chemia, Warszawa 2012.