Геометрическая изомерия
Геометрическая изомерия свойственна соединениям, содержащим двойные связи С = С (алкенам и алкадиенам), а также циклоалканам.
Заместители могут быть расположены либо по одну сторону плоскости двойной связи или цикла (цис-положение), либо по разные стороны (транс-положение). Это различие и создает разницу в физических (а также химических свойствах).
* Другое название - Z,E-номенклатура.
Ц ис- (Z, от немецкого Zusammen - вместе) или транс- (Е, от немецкого Entgegen - напротив) расположение старших заместителей при двойной связи.
Вокруг двойной связи С=С свободное вращение невозможно, цис - и транс - изомеры не могут в обычных условиях переходить друг в друга. Такое превращение требует разрыва π-связи и может происходить только при сообщении молекуле достаточного количества энергии, например, при нагревании или освещении. Поэтому цис - и транс - изомеры представляют собой разные индивидуальные вещества, которые имеют отличия по физическим, а иногда и по химическим свойствам
Различие в физических свойствах между цис- и транс-изомерами
Полярность
Цис-изомеры: Цис-изомер всегда является полярной молекулой.
Транс-изомеры: Транс-изомер является менее полярным или неполярным.
Температура плавления
Цис-изомеры: Температура плавления цис-изомера сравнительно низкая из-за неплотной упаковки молекул.
Транс-изомеры: Температура плавления транс-изомера сравнительно высока из-за плотной упаковки молекул (упаковываются как пазлы из-за расположения заместителей по обе стороны).
Температура кипения
Цис изомеры: Температура кипения цис-изомера является сравнительно высокой из-за наличия сильных сил притяжения (из-за полярности молекул).
|
|
Транс Изомеры: Температура кипения транс-изомера сравнительно низкая из-за отсутствия сильных сил притяжения (низкая полярность или отсутствие полярности).
Пример №1
цис-Бутен-2 транс-Бутен-2
Т.пл. -138.9 оС -105.6 оС
Т.кип. 3.72 оС 1.0 оС
Растворимость в воде (пример №2)
Цис-изомеры: растворимость в воде выше из-за наличия внутримолекулярных водородных связей (образование водородных связей возможно, если заместители, содержащие водород и кислород (либо азот, фтор) находятся по одну сторону плоскости молекулы).
Транс-изомеры: растворимость в воде ниже.
Пример №2
Пример №3 Пояснять не нужно, просто пример геометрической изомерии для циклоалканов
Различие в химических свойствах между цис- и транс-изомерами
Пример №1
Рассмотрим влияние «цис» и «транс» расположения заместителей на химические свойства бутендиовой кислоты. Ее цис-изомер называется малеиновая кислота, а транс-изомер – фумаровая кислота.
В малеиновой кислоте возможно образование внутримолекулярных водородных связей из-за «цис» расположения заместителей (карбоксильных групп СООН). За счет близкого расположения карбоксильных групп (+ дополнительного образования водородных связей – максимальное сближение) при нагревании возможно отнятие воды и образование циклического малеинового ангидрида. Для фумаровой кислоты такой вариант невозможен, т.к. карбоксильные группы достаточно далеко находятся друг от друга («транс» положение).
Пример №2
Транс-бутен-2 более стабилен, чем цис-изомер. Для других алкенов наблюдается аналогичная закономерность - транс-изомеры оказываются более стабильными изомерами. Меньшая стабильность цис-изомеров объясняется отталкиванием алкильных заместителей (стерическое напряжение). 
|
|
Вопрос: при взаимодействии цис- и транс-бутена-2 с перманганатом калия в нейтральной среде, как будут располагаться группы ОН: «цис» или «транс» положение, или возможны оба варианта?