Notacja E i z Dla alkenów (+ Cis/Trans) - Mistrz Chemii Organicznej

notacja E i z Dla alkenów

spis treści

kiedy używamy notacji cis i trans w pierścieniach?
Izomeryzm cis i trans w Alkenach
uważaj na niejednoznaczne nazwy, gdy izomeryzm geometryczny jest możliwy!,
izomeryzm cis– i trans– w cyklicznych alkenach
gdy „cis”- i „trans” zawodzą: notacja E i z
notacja E i z Dla alkenów
zerwanie więzi: metoda kropek
wniosek: notacja E i z Dla alkenów
notatki
Quiz Sam!

this post was co-authored with Matt Pierce of Organic Chemistry Solutions. Zapytaj Matta o zaplanowanie sesji korepetycji online tutaj.,

szybki przegląd: izomeryzm cis i trans („Izomeryzm geometryczny”) w pierścieniach

wcześniej w naszej serii MOC na cykloalkanach widzieliśmy, że kluczową cechą małych pierścieni jest to, że nie można ich obrócić „na lewą stronę” bez zerwania wiązań.

jedną z najważniejszych konsekwencji tego jest to, że może prowadzić do istnienia stereoizomerów-cząsteczek, które mają ten sam wzór cząsteczkowy i tę samą łączność, ale mają inny układ atomów w przestrzeni.

te dwie wersje 1,2 dichlorocyklopentanu (poniżej) są przykładem., Mają tę samą łączność-oba są 1,2-dichlorocyklopentanem – ale mają różne układy swoich atomów w przestrzeni. Chloriny znajdują się po tej samej stronie pierścienia w izomerze lewostronnym (oba „kliny” wychodzące ze strony) i po przeciwnych stronach (jeden klinowany, jeden przerywany) w izomerze prawostronnym.

te dwie cząsteczki nie mogą być interkonwertowane przez obrót wiązania C-C bez zerwania pierścienia (użyj zestawu modelowego i spróbuj, jeśli chcesz). Są więc izomerami.,

cząsteczki, które mają tę samą łączność, ale inny układ w przestrzeni, nazywane są stereoizomerami.

w szczególności, związek między dwiema powyższymi cząsteczkami jest związkiem diastereomerów: stereoizomerów, które nie są wzajemnie lustrzanymi odbiciami.

te dwie cząsteczki mają różne właściwości fizyczne – różne temperatury wrzenia, temperatury topnienia, reaktywności, charakterystyki widmowe i tak dalej.

1. Kiedy używamy notacji cis i trans w pierścieniach?,

używamy terminów cis – i trans -, aby określić względną konfigurację dwóch grup względem siebie w sytuacjach, w których istnieje ograniczona rotacja.

w nomenklaturze „cis” jest używany do rozróżnienia izomeru, w którym dwie identyczne grupy (np. dwie chloriny w 1,2-dichlorocyklopentanie) są skierowane w tym samym kierunku od płaszczyzny pierścienia, a trans do rozróżnienia izomeru, w którym są skierowane w przeciwnych kierunkach.

potoczną nazwą tych tzw. izomerów „cis-trans” są „izomery geometryczne”.,

aby izomeryzm cis – trans istniał w pierścieniach, potrzebujemy dwóch warunków:

dwa (i tylko dwa) węgle, z których każdy ma nie identyczne podstawniki powyżej i poniżej pierścienia
dwa węgle mają co najmniej jeden z tych podstawników wspólnych

w 1,2 – dichlorocyklopentanie widzieliśmy, że C-1 i C-2 miały nie identyczne podstawniki (H i Cl) powyżej.i poniżej pierścienia, a każdy z nich miał co najmniej jeden wspólny podstawnik (w rzeczywistości mają dwa wspólne podstawniki: h i CL).

oto kolejny przykład: cis – i trans– 1-etylo-2-metylocyklobutan., Zauważ, że każdy z nich ma dwa atomy węgla, z których każdy nosi nie identyczne podstawniki powyżej i poniżej pierścienia (H I CH3; H I CH2CH3). Mają również co najmniej jeden wspólny podstawnik (H). Możemy więc odnieść się do cis-1-etylo-2-metylocykloheksanu jako izomeru, w którym dwa hydrogeny są skierowane w tym samym kierunku, i trans, gdzie wskazują w przeciwnych kierunkach.

Jeśli zbadałeś chiralność, możesz również zauważyć interesujący fakt: istnieją dwa sposoby narysowania każdego z izomerów cis i trans, i nie mogą być nałożone na siebie., To są enancjomery.

więc cis – i trans-nie określają, który enancjomer (może być stosowany do obu). Opisuje tylko relatywną konfigurację obu grup (w tym przypadku H). Jeśli chcemy określić konkretny enancjomer, musimy użyć systemu Cahn-Ingold-Prelog (CIP) przypisywania konfiguracji R I S, który zapewnia nam konfigurację „absolutną”. W takim przypadku cis – i trans – są zbędne.

ponieważ cis – i trans – są względne, to nie działa, jeśli dwa węgle nie mają wspólnego podstawnika. W takim przypadku musisz również użyć (R) / (S).,

zbyt długo trwa przeglądanie pierścieni, więc zilustrujmy 2 przykłady, w których „cis” i trans” nie działają w pierścieniach i zostawmy to.

2. izomeryzm cis – i trans (Izomeryzm geometryczny) w Alkenach

izomeryzm cis – trans jest również możliwy dla alkenów. Podobnie jak w małych pierścieniach, obrót wokół wiązań pi jest również ograniczony: ze względu na” boczne ” nakładanie się wiązań pi, nie można obracać wiązania pi bez jej zerwania., Jest to przeciwieństwo konwencjonalnych wiązań sigma (wiązań pojedynczych) w cząsteczkach acyklicznych, gdzie możliwa jest swobodna rotacja: 1,2-dichloroetan (poniżej lewej).

stąd możemy mieć cząsteczki takie jak cis-1,2-dichloroeten i trans-1,2-dichloroeten, które mogą być oddzielone od siebie ze względu na ich różne właściwości fizyczne.

możemy również użyć nomenklatury cis–trans do rozróżnienia izomerów, takich jak 2-metylo-3-heksen (powyżej po prawej)., W izomerze cis dwa hydrogeny znajdują się po tej samej stronie wiązania pi, a w izomerze trans dwa hydrogeny znajdują się po przeciwnej stronie wiązania.

podobnie jak w przypadku pierścieni, minimalnym wymogiem dla izomeryzmu cis-trans w alkenach jest to, że każdy węgiel jest związany z dwiema różnymi grupami i że dwa węgle mają co najmniej jeden wspólny podstawnik.

podobnie jak w przypadku pierścieni, izomeryzm cis-trans nie jest możliwy, jeśli jeden z węgla wiązania podwójnego jest przyłączony do dwóch identycznych grup, jak w przypadku 1,1-dibromo-1-propenu, poniżej. Spróbuj sam, jeśli nie jesteś przekonany.,

3. Uważaj na niejednoznaczne nazwy, gdzie Izomeryzm Cis/Trans jest możliwy

szybka dygresja: jedną z konsekwencji naszego nowo odkrytego uznania izomeryzmu geometrycznego jest to, że wiele prostych brzmiących nazw cząsteczek jest faktycznie niejednoznacznych.

na przykład deskryptor „3-heksen” nie opisuje jednoznacznie konkretnej cząsteczki. . Aby przybić konkretną cząsteczkę, musimy podać CIS– lub trans-3-heksen.,

zauważ, że 1-heksen jest nadal w porządku, ponieważ 1-Pozycja 1-heksenu jest przyłączona do dwóch identycznych grup (hydrogenów) i dlatego nie są możliwe izomery cis–trans.

4. CIS – Trans-Izomeryzm dla cyklicznych alkenów

cis – i trans mogą być również stosowane do alkenów w pierścieniach. Na przykład na papierze można narysować cis – i trans-cykloheksen, ponieważ Wiązanie pi spełnia wymagania dla izomeryzmu CIS-trans. W rzeczywistości trans-cykloheksen jest niemożliwie napięty. Spróbuj pocałować się w kość ogonową., To da ci pojęcie o szczepie zaangażowanym w próbę umieszczenia trans – podwójnego wiązania w sześcioczłonowym pierścieniu .

z tego powodu, dla pierścieni o rozmiarach 7 i niższych, można bezpiecznie zignorować zapis „cis” : przyjmuje się konfigurację.

przy rozmiarach pierścieni 8 i wyższych, musimy umieścić cis– lub trans – w nazwie, ponieważ izomer trans staje się wykonalny. (Wyobraź sobie, że próbujesz pocałować się w kość ogonową, jeśli masz szyję żyrafy: nagle nie jest to niemożliwe!,)

rozwiązanie w przypadku awarii „Cis” i „Trans”: System E/Z

widzieliśmy, że cis i trans ulegają awarii w pierścieniach, gdy dwa węgle nie miały wspólnego podstawnika. W tych okolicznościach również nie powiodło się alkenesowi.

przykład: spróbuj zastosować cis i trans do alkenu poniżej:

widzisz problem?

w przypadku braku dwóch identycznych grup nie mamy punktu odniesienia!

po lewej chlor to cis do Br i trans do F. ale czy to naprawdę usprawiedliwia nazywanie izomeru „cis” ? Jak się zdecydujemy?,

potrzebujemy jakiegoś sposobu na określenie priorytetów w takich sytuacjach.

notacja E i z Dla Alkenes

na szczęście możemy zastosować system rankingowy opracowany przez Cahn, Ingold i Prelog dla centrów chiralnych (jak wspomniano w tym wcześniejszym poście na (R) / (S) nomenklatury) w tym celu.

protokół jest następujący:

każdy węgiel w wiązaniu pi jest dołączony do dwóch podstawników. Dla każdego węgla, te dwa podstawniki są uszeregowane (1 lub 2) według liczby atomowej atomu bezpośrednio przyłączonego do węgla. (np., Cl> f)
Jeśli oba podstawniki w rankingu 1 znajdują się po tej samej stronie wiązania pi, Wiązanie otrzymuje deskryptor Z (skrót od niemieckiego Zusammen, co oznacza „razem”).
Jeśli oba podstawniki w rankingu 1 znajdują się po przeciwnej stronie wiązania pi, Wiązanie otrzymuje deskryptor E (skrót od niemieckiego Entgegen, co oznacza „przeciwny”).

więc Z przypomina „cis”, A E przypomina „trans”. (Uwaga: niekoniecznie są one takie same i nie zawsze są ze sobą skorelowane: patrz przypis dla przykładu alkenu cis, który jest E ., System E/Z jest kompleksowy dla wszystkich alkenów zdolnych do izomeryzmu geometrycznego, w tym przykładów alkenów cis / trans powyżej. Często używamy cis/trans dla wygody, ale E / Z jest „oficjalnym”, zatwierdzonym przez IUPAC sposobem nazywania alkenowych stereoizomerów].

jednym z łatwych sposobów zapamiętania Z jest wypowiedzenie „Zee Zame Zide” z niemieckim akcentem. Moim sposobem na to było udawanie, że Z oznacza „zis”. Cokolwiek ci pasuje.,

oto praktyczny przykład:

podobnie jak w przypadku ośrodków chiralnych, ranking według liczby atomowej może skutkować wiązaniami, jeśli ograniczymy się tylko do atomów bezpośrednio przyłączonych do wiązań pi.

7. Breaking Ties: the Method of Dots

na przykład, Alken poniżej przedstawia nam dylemat: jeden z węgla Alken jest przyłączony do dwóch atomów węgla. Jak więc określić priorytety w tym przypadku. Jak zerwać więzi?

w przypadku krawatów musimy zastosować metodę kropek., Kropki są poręcznymi elementami zastępczymi, dlatego lubię korzystać z tej metody.

umieść kropkę na każdym z dwóch atomów, które porównujesz.
Lista 3 atomów, do których każdy atom jest dołączony, w kolejności liczby atomowej.
Porównaj listy, podobnie jak porównałbyś zestaw trzech kart do gry. Tak jak ręka (8, 8, 7) bije (8, 7, 7), Tak (C, C, H) bije (C, H, H).
Jeśli listy są identyczne, przesuń kropki na zewnątrz do atomu o najwyższym priorytecie na liście.
w pierwszym punkcie różnicy, przypisać (E lub Z).,
Jeśli nie ma różnicy … wtedy grupy są identyczne, A E / Z nie ma zastosowania.

oto praktyczny przykład „metody kropek”.

oto bardziej złożony przykład z wielu alkenów. W tym przypadku każde Wiązanie pi jest oznaczane przez numer z własną oddzielną konfiguracją E lub Z.

OK, to było długie. Ale mam nadzieję, że przydatne.

uważaj na przyszły post, w którym wejdziemy bardziej szczegółowo na temat „metody kropek”.

8., Wniosek: notacja E i Z Dla alkenów

cis-trans – jest dobra do opisywania prostych stereoizomerów alkenów, ale działa tylko w niektórych przypadkach. Ponadto daje tylko względne konfiguracje. Układ E/Z jest kompleksowy i opisuje absolutną konfigurację cząsteczki.

zobacz poniżej przykład alkenu E, który jest „cis” i alkenu Z, który jest „trans”.

Just a reminder: this post was co-author by Matt Pierce of Organic Chemistry Solutions. Zapytaj Matta o zaplanowanie sesji korepetycji online tutaj.,

uwagi

Uwaga 1: możliwe jest posiadanie alkenu, który opisalibyśmy jako „cis”, czyli e i odwrotnie.

E / Z jest preferowaną, bardziej kompleksową nomenklaturą, ponieważ opisuje konfigurację absolutną, podczas gdy cis – trans – opisuje jedynie konfigurację względną.

Uwaga 2: trans-cyklopropen, trans-cyklobuten i trans-cyklopenten nigdy nie były syntetyzowane ani obserwowane. trans-cykloheksen jest ciekawostką laboratoryjną, stabilną o kilka stopni powyżej zera bezwzględnego. trans-cykloheptene ma bardzo krótki okres półtrwania w temperaturze pokojowej., trans-cyklookten jest stabilną cząsteczką .