Cis-trans izomerie

Cis-trans izomerie, cis/trans izomerie (také geometrická izomerie, konfigurační izomerie či E/Z izomerie) v organické chemii označuje stereoizomerii popisující orientaci funkční skupiny v molekule.

Cis-trans izomery jsou stereoizomery, tedy páry molekul, které mají stejný vzorec, ale jejichž funkční skupiny jsou v různých orientacích v trojrozměrném prostoru. Nejčastěji takové izomery obsahují dvojné vazby, které nemohou rotovat. Mohou však také vystupovat z kruhových struktur, kde je rotace vazeb silně omezena. Izomery cis a trans se vyskytují jak u organických molekul, tak u anorganických koordinačních komplexů. Cis a trans izomery se často liší chemickými a fyzikálními vlastnostmi, jako je teplota tání, teplota varu, entalpie vazby.

Termíny cis a trans jsou z latinského cis (na stejné straně) a trans (na druhé straně či napříč). Cis-izomery se také označují písmenem Z (z německého Zusammen – spolu) a trans-izomery písmenem E (z německého Entgegen – naproti sobě).

Někdy se pro cis-trans izomerii používá označení „geometrická izomerie“, ale podle IUPAC se považuje za zastaralé synonymum.^[1] Někdy se však tento název používá jako synonymum pro obecnou stereoizomerii (například optická izomerie se nazývá geometrickou izomerií).

Základní pojmy

Cis a trans izomery se liší pouze v tom, že dva substituenty jsou na stejné straně referenční roviny nebo na její opačné straně. Referenční rovina může být definována například dvojnou vazbou nebo cyklickým systémem.

Pro cis-trans izomerii obecně platí následující pravidla:

Dva substituenty mají cis konfiguraci, pokud jsou na stejné straně referenční roviny.
Dva substituenty mají trans konfiguraci, pokud jsou na opačné straně referenční roviny.

Tradiční cis-trans notace může být nejednoznačná, pokud existují více než dva substituenty. V tomto případě musí být

kvůli jednoznačnosti zadán referenční substituent nebo musí být použit zápis (Z)-(E) definovaný IUPAC. Pak se berou v

úvahu ty vicinální substituenty,

které mají vyšší prioritu podle Cahn-Ingold-Prelogova pravidla. V tomto případě platí:

Dva prioritní substituenty mají konfiguraci (Z-Zusammen), pokud jsou na stejné straně referenční roviny.
Dva prioritní substituenty mají konfiguraci (E-Entgegen), pokud jsou na opačné straně referenční roviny.
Cis-trans isomery dimethylcyklopentanu

Cis- a trans- nebo (Z)- a (E)- jsou označovány jako deskriptory a předcházejí systematickému názvu sloučeniny.

Cis-trans izomerie na dvojných vazbách

Cis-trans izomerie nastává, když atomy dvojné vazby nesou různé substituenty. V tomto případě je referenční rovina na ose dvojné vazby a zároveň stojí kolmo k rovině, ve které leží vazby na substituenty. Jednoduchým příkladem jsou cis-trans izomery kyseliny butendiové, kyselina maleinová a kyselina fumarová.

Cis-trans izomerie v cyklických sloučeninách

Cis-trans izomerie existuje také v cyklických sloučeninách, které nesou substituenty na různých atomech uhlíku. V tomto případě je referenční rovinou kruh (cyklus), na který jsou substituenty vázány.

Příkladem monocyklické sloučeniny je 1,2-dimethylcyklopentan, kde dva methylové substituenty mohou být na stejné straně referenční roviny (cis forma) nebo na jejich opačných stranách (trans forma).

Cis-trans izomerie v koordinačních komplexech

V anorganických koordinačních komplexech s rovinným čtvercovým nebo prostorovým osmistěnným uspořádáním existují také cis izomery (podobné ligandy jsou blíž k sobě) a trans izomery (podobné ligandy jsou dál od sebe).

Například existují dva izomery čtvercového rovinného uspořádání Pt(NH₃)₂Cl₂, jak objevil Alfred Werner v roce 1893. U cis izomeru byla v roce 1969 prokázána protinádorová aktivita a nyní je chemoterapeutickým lékem známým pod názvem cisplatina. Naproti tomu trans izomer nemá protirakovinnou aktivitu.

Pro osmistěnné komplexy s obecným vzorcem MX₄Y₂ (M je atom kovu a X a Y jsou dva různé typy ligandů) existují také dva izomery. Například u cis-[Co(NH₃)₄ Cl₂]⁺ jsou dva atomy Cl vedle sebe v úhlu 90°, u trans-[Co(NH₃)₄ Cl₂]⁺ jsou dva atomy Cl na opačných stranách centrálního atomu Co.

Reference

V tomto článku byly použity překlady textů z článků Cis-trans-Isomerie na německé Wikipedii a Cis–trans isomerism na anglické Wikipedii.

↑ IUPAC Gold Book - geometric isomerism [online]. Goldbook.iupac.org, 2009-09-07 [cit. 2010-06-22]. Dostupné online.

Externí odkazy

IUPAC definition of "stereoisomerism" (anglicky)
IUPAC definition of "geometric isomerism" (anglicky)
IUPAC definition of "cis-trans isomers" (anglicky)

[1] IUPAC Gold Book - geometric isomerism [online]. Goldbook.iupac.org, 2009-09-07 [cit. 2010-06-22]. Dostupné online.

[1]