E-og Z-Notation For Alkener (+ Cis/Trans) - Master Organisk Kemi

E-og Z-Notation For Alkener

Indholdsfortegnelse

Hvornår skal vi bruge cis– og trans– Notation I Ringe?
cis – og trans-isomerisme i alkener
pas på tvetydige navne, når geometrisk isomerisme er mulig!,
cis– og trans– isomerism i cyklisk alkener
Når “cis”- og “trans'” mislykkes: E-og Z-Notation
E-og Z-Notation For Alkener
at Bryde de Bånd: Den Metode, der Prikker
Konklusion: E-og Z-Notation For Alkener
Noter
Quiz dig Selv!

dette indlæg var medforfatter med Matt Pierce af organiske kemi løsninger. Spørg Matt om planlægning af en online vejledningssession her.,

en Hurtig Gennemgang: cis– Og trans – Isomerism (“Geometriske Isomerism”) I Ringe

Tidligere på vores MOC serie på cycloalkanes, så vi, at et centralt element af små ringe er, at de ikke kan blive “indefra og ud” uden at bryde obligationer.

en af de vigtigste konsekvenser af dette er, at det kan føre til eksistensen af stereoisomerer – molekyler, der deler den samme molekylformel og den samme forbindelse, men har et andet arrangement af atomer i rummet.

disse to versioner af 1,2 dichlorcyclopentan (nedenfor) er et eksempel., De har den samme forbindelse – begge er 1,2-dichlorcyclopentan – men har forskellige arrangementer af deres atomer i rummet. Chlorinerne er på samme side af ringen i venstre isomer (begge “kiler”, der kommer ud af siden) og på de modsatte sider (en kilet, en stiplet) på højre isomer.

disse to molekyler kan ikke interkonverteres gennem rotation af C-C-bindingen uden at sprænge ringen (brug et modelsæt og prøv, hvis du vil). De er derfor isomerer.,

molekyler, der har den samme forbindelse, men forskellige arrangement i rummet er kendt som stereoisomerer.

specifikt er forholdet mellem de to molekyler ovenfor forholdet mellem diastereomerer: stereoisomerer, der ikke er spejlbilleder af hinanden.

disse to molekyler har forskellige fysiske egenskaber – forskellige kogepunkter, smeltepunkter, reaktivitet, spektrale egenskaber og så videre.

1. Hvornår bruger vi cis – og trans-Notation i ringe?,

Vi bruger udtrykkene cis – og trans– til at betegne den relative konfiguration af to grupper til hinanden i situationer, hvor der er begrænset rotation.

I nomenklaturen, “cis” bruges til at skelne den isomer, hvor to identiske grupper (fx de to chlorines i 1,2-dichlorocyclopentane) peger i samme retning fra flyet af ringen, og trans at skelne mellem den isomer, hvor de peger i modsatte retninger.

et almindeligt navn for disse såkaldte “cis-trans”-isomerer er “geometriske isomerer”.,

for cis – trans – isomerism at eksistere i ringe, har vi brug for to betingelser:

to (og kun to) kulstofatomer der hver er forsynet med ikke-identiske substituenter over og under den ring
de to kulstofatomer har mindst én af disse substituenter i fælles

I 1,2-dichlorocyclopentane vi så, at C-1 og C-2 havde hver ikke-identiske substituenter (H og Cl) over og under ring, og at de hver havde mindst én substituent til fælles (faktisk har de to substituenter i fælles: H og Cl ).

Her er et andet eksempel: cis – og trans– 1-ethyl-2-methylcyclobutan., Bemærk, at de hver har to kulstofatomer, som hver bærer ikke-identiske substituenter over og under ringen (h og CH3; h og CH2CH3). De har også mindst ATN substituent til fælles (h). Så kan vi henvise til cis-1-ethyl-2-methylcyclohexane som isomer, hvor de to hydrogenmolekyler peger i samme retning, og trans, hvor de peger i modsatte retninger.

Hvis du har dækket chiralitet, kan du også bemærke en interessant kendsgerning: der er to måder at tegne hver af cis – og trans– isomererne på, og de kan ikke overlejres på hinanden., Det er i øvrigt enantiomerer.

så cis – og trans – angiver ikke hvilken enantiomer (den kan anvendes til enten). Det beskriver bare den relative konfiguration af de to grupper (h i dette tilfælde). Hvis vi vil specificere en bestemt enantiomer, skal vi bruge Cahn-Ingold-Prelog (CIP) – systemet til tildeling af R-og S-konfigurationer, som giver os den “absolutte” konfiguration. I så fald er cis– og trans – overflødig.da cis– og trans– er relativ, virker det ikke, hvis de to kulstofatomer ikke deler en fælles substituent. I så fald skal du også bruge (R)/(S) .,

Vi tager for lang tid at gå gennem ringe her, så lad os bare illustrere 2 eksempler, hvor “cis” og trans ” ikke virker i ringe og lade det være der.

2. cis – og trans-isomerisme (Geometrisk isomerisme) i alkener

cis-trans-isomerisme er også mulig for alkener. Som i små ringe er rotation omkring pi-bindinger også begrænset: på grund af “side-on” – overlapningen af pi-bindinger kan man ikke rotere en pi-binding uden at bryde den., Dette står i modsætning til konventionelle sigma-bindinger (enkeltbindinger) i acykliske molekyler, hvor fri rotation er mulig: vidne 1,2-dichlorethan (nederst til venstre).

derfor kan vi have molekyler som cis-1,2-dichlorethen og trans-1,2-dichlorethen, som kan adskilles fra hinanden på grund af deres forskellige fysiske egenskaber.

Vi kan også bruge cis–trans-nomenklaturen til at skelne isomerer som 2-methyl-3-hexen (ovenfor til højre)., I cis-isomeren er de to hydrogener på samme side af pi-bindingen, og i trans-isomeren er de to hydrogener på den modsatte side af bindingen.

Som med ringe, minimumskravet for cis-trans isomerism i alkener er, at hver kulstof, der er bundet til to forskellige grupper, og at de to kulstofatomer har mindst en substituent til fælles.

som med ringe er cis-trans-isomerisme ikke mulig, hvis et af carbonerne i dobbeltbindingen er fastgjort til to identiske grupper, som med 1,1-dibrom-1-propen nedenfor. Prøv det selv, hvis du ikke er overbevist.,

3. Watch Out For Flertydige Navne, Hvor Cis/Trans Isomerism Er Muligt

Et hurtigt sidespring: en konsekvens af vores nyfundne påskønnelse af geometriske isomerism er, at mange enkelt-klingende molekyle navne er faktisk tvetydig.

for eksempel beskriver deskriptoren “3-he .en” ikke entydigt et specifikt molekyle. . For at negle det specifikke molekyle skal vi specificere cis– eller trans-3-he .en.,

Bemærk, at 1-hexene er stadig OK, da den 1-position af 1-hexene er knyttet til to identiske grupper (hydrogenmolekyler) og dermed ingen cis–trans-isomere er muligt.

4. Cis-Trans-isomerisme for cykliske alkener

cis – og trans kan også anvendes på alkener i ringe. For eksempel er det på papir muligt at tegne cis– og trans– cyclohe .en, da pi – bindingen opfylder kravene til cis – trans-isomerisme. I virkeligheden er trans-cyclohe .en umuligt anstrengt. Prøv at kysse dig selv på halebenet., Det vil give dig en ID .om den belastning, der er involveret i at forsøge at rumme en trans– dobbeltbinding i en seks-leddet ring.

af denne grund er det sikkert at ignorere at skrive “cis” for ringstørrelser 7 og derunder : konfigurationen antages.

Ved ringstørrelser på 8 og derover er vi nødt til at sætte en cis– eller trans – i navnet, fordi trans– isomeren bliver mulig. (Forestil dig at prøve at kysse dig selv på halebenet, hvis du havde en giraffs hals: pludselig ikke umuligt!,)

En Løsning, For Når “Cis” og “Trans” Mislykkes: E/Z-Systemet

så Vi, at cis-og trans-ikke i ringe, når de to kulstofatomer manglede en fælles substituent. Det mislykkes også for alkener under disse omstændigheder.

i dette Tilfælde: prøv at anvende cis-og trans-til alken nedenfor:

Se problemet?

i mangel af to identiske grupper har vi intet referencepunkt!

til venstre er kloren cis til Br og trans til F. men retfærdiggør det virkelig at kalde isomeren “cis” ? Hvordan beslutter vi os?,

det, vi har brug for, er en måde at bestemme prioriteter i disse situationer.

E-og Z-Notation For Alkener

Heldigvis, kan vi anvende ranking system, der er udviklet af Cahn, Ingold, og Prelog for chirale centre (som rørte om i dette tidligere indlæg på (R)/(S) nomenklatur) til dette formål.

protokollen er som følger:

hvert kulstof i pi-bindingen er bundet til to substituenter. For hvert kulstof rangeres disse to substituenter (1 eller 2) i henhold til atomnumrene for atomet, der er direkte knyttet til carbonet. (f. eks., Cl > F)
hvis begge substituenter, der er rangeret 1, er på samme side af pi-bindingen, får obligationen deskriptor 1 (forkortelse for tysk .usammen, som betyder “sammen”).
hvis begge substituenter, der er rangeret 1, er på den modsatte side af pi-bindingen, får obligationen deskriptor E (forkortelse for tysk Entgegen, som betyder “modsat”).

så Resem ligner “cis” og e ligner “trans” . (Bemærk: de er ikke nødvendigvis de samme og korrelerer ikke altid: se fodnote for et eksempel på en cis-Alken, der er E ., E / system-Systemet er omfattende for alle alkener, der er i stand til geometrisk isomerisme, herunder cis / trans Alken-eksemplerne ovenfor. Vi bruger ofte cis/trans for nemheds skyld, men E/. er den “officielle”, IUPAC-godkendte måde at navngive Alken stereoisomerer].

en nem måde at huske Z på er at sige “eeee .ame .ide “i en tysk accent. Min måde at gøre det på var at foregive, at Z står for “.is”. Uanset hvad der virker for dig.,

Her er et praktisk eksempel:

Som med chirale centre, rangering i overensstemmelse med atomnummer kan resultere i bånd, hvis vi begrænser os til blot at de atomer, der er direkte knyttet til pi obligationer.

7. Breaking Ties: metoden med prikker

for eksempel giver Alken nedenfor os et dilemma: et af alkenens carbonatomer er fastgjort til to carbonatomer. Så hvordan bestemmer vi prioriteter i denne sag. Hvordan bryder vi båndene?

i tilfælde af bånd skal vi anvende metoden til prikker., Prikker er praktiske pladsholdere, hvorfor jeg kan lide at bruge denne metode.

Placer en prik på hvert af de to atomer, du sammenligner.
Angiv de 3 atomer, som hvert atom er knyttet til, i rækkefølge af atomnummer.
Sammenlign listerne, ligesom du ville sammenligne et sæt af tre spillekort. Ligesom en hånd af (8, 8, 7) ville slå (8, 7, 7), så ville (C, C, H) slå (C, H, H).
hvis listerne er identiske, skal du flytte prikkerne udad til det højeste prioriterede atom på listen.
på det første punkt af forskel, tildele (E eller Z).,
hvis der ikke er nogen forskel… så er grupperne identiske, og E / Z gælder ikke.

Her er et praktisk eksempel på “metode til prikker”.

Her er et mere komplekst eksempel med flere alkener. I dette tilfælde betegnes hver pi-binding med et nummer med sin egen separate e-eller Z-konfiguration.

OK, dette var længe. Men forhåbentlig nyttigt.

pas på et fremtidigt indlæg, hvor vi går nærmere ind på “prikkermetoden”.

8., Konklusion: E-og Z-Notation for alkener

cis-trans – er OK til at beskrive enkle alkenstereoisomerer, men fungerer kun i visse tilfælde. Desuden giver det kun relative konfigurationer. E / system-Systemet er omfattende og beskriver den absolutte konfiguration af molekylet.

se nedenfor for et eksempel på en E-Alken, der er “cis” og en. – alken, der er “trans”.

bare en påmindelse: dette indlæg blev medforfatter af Matt Pierce af Organic Chemistry Solutions. Spørg Matt om planlægning af en online vejledningssession her.,

noter

Note 1: Det er muligt at have en alken, vi vil beskrive som ‘cis’, være E og omvendt.

E / is er den foretrukne, mere omfattende nomenklatur, da den beskriver absolut konfiguration, mens cis – trans – kun beskriver relativ konfiguration.

Bemærk 2: trans-cyclopropene, trans-cyclobutene, og trans-cyclopentene er aldrig blevet syntetiseret eller observeret. trans-cyclohe .en er en laboratorie nysgerrighed, stabil ved nogle få grader over absolut nul. trans-cycloheptene har en ekstremt kort halveringstid ved stuetemperatur., trans-cycloocten er et stabilt molekyle .