Wróć do informacji o e-podręczniku Wydrukuj Pobierz materiał do PDF Pobierz materiał do EPUB Pobierz materiał do MOBI Zaloguj się, aby dodać do ulubionych Zaloguj się, aby skopiować i edytować materiał Zaloguj się, aby udostępnić materiał Zaloguj się, aby dodać całą stronę do teczki

Izomeria geometrycznaizomeria 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.

bg‑red

Izomeria cis‑trans

W przypadku dwupodstawionych pochodnych, aby określić położenie podstawników, używane są przedrostki cisizomer ciscis- lub transizomer 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‑transizomeria geometryczna cis/transcis‑trans.

R1NXqZsaNKx811
Rotacja wiązania w cząsteczce butanu
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

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.

R12NqNjOc5xRd1
Izomery cistrans cząsteczki but-2-enu
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
  • Cząsteczki typu RC=CH nie występują w postaci izomerów cis‑trans, np.:

RVGwHqTPqslGU1
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
  • Cząsteczki z jednostką RC=CR, w których dwie grupy R są takie same, nie istnieją jako izomery cis‑trans, np.:

RNjVq5IdY9qz21
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
  • Cząsteczki typu R–CH=CH–R mogą istnieć jako:

R17walXN8Z1831
Wybierz jedno nowe słowo poznane podczas dzisiejszej lekcji i ułóż z nim zdanie.
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Poniżej zestawione zostały przykłady grup związków, które tworzą izomery geometryczne typu cis‑transizomeria geometryczna cis/transcis‑trans.

RLKmAvCqat3TB1
Wybierz jedno nowe słowo poznane podczas dzisiejszej lekcji i ułóż z nim zdanie.
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
bg‑red

Metoda Cahna, IngoldaPreloga

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:

  1. 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.

  2. 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.

  3. 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.

RkbUmAtMYsQFQ1
Atomy przyłączone do atomu węgla wiązaniem wielokrotnym i równoważna im liczba atomów połączona wiązaniami pojedynczymi.
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Po ustaleniu hierarchii ważności podstawników wokół każdego z atomów węgla wiązania podwójnego, izomer określamy jako Z lub E.

RB2twsbV2F9yt1
Wybierz jedno nowe słowo poznane podczas dzisiejszej lekcji i ułóż z nim zdanie.
Przykład 1
RcVezKjlMaTy8
Na ilustracji znajduje się wzór podstawionego alkenu. Dwa atomy węgla związane wiązaniem podwójnym. Do pierwszego atomu węgla przyłączone są podstawniki Br i I za pomocą wiązań pojedynczych. Do drugiego atomu węgla przyłączone są podstawniki F i Cl za pomocą wiązań pojedynczych. I i Cl znajdują się po tej samej stronie podwójnego. Opis. 1. I ma wyższy priorytet niż Br, ponieważ ma większą liczbę atomową., 2. Cl ma wyższy priorytet niż F, ponieważ ma większą liczbę atomową.

Podstawniki o wyższym priorytecie leżą po tej samej stronie wiązania podwójnego, więc jest to izomer Z.

Słownik

izomeria geometryczna
izomeria geometryczna

rodzaj stereoizomerii, w której izomery różnią się rozmieszczeniem podstawników wokół wiązania podwójnego (podstawniki przy atomach węgla spIndeks górny 2) bądź pierścienia (podstawniki przy atomach węgla spIndeks górny 3); wiąże się z zahamowaniem rotacji wokół wiązania węgiel‑węgiel

izomeria geometryczna cis/trans
izomeria geometryczna cis/trans

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

izomeria geometryczna Z/E
izomeria geometryczna Z/E

typ izomerii geometrycznej obserwowanej w alkenach posiadających więcej niż dwa różne podstawniki przy atomach węgla spIndeks górny 2; 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

izomer cis
izomer cis

cząsteczka, której dwa podstawniki umieszczone są po tej samej stronie płaszczyzny wyznaczonej przez wiązanie podwójne lub pierścień

izomer trans
izomer trans

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.