E och Z Notation för Alkenes (+ Cis/Trans) - Master organisk kemi

e och Z Notation för Alkenes

Innehållsförteckning

när använder vi cis– och trans– Notation i ringar?
cis– och trans-Isomerism i Alkenes
se upp för tvetydiga namn när geometrisk isomerism är möjlig!,
cis– och trans– isomerism i cykliska alkener
när ”cis”- och ”trans” misslyckas: E och Z Notation
e och Z Notation för alkener
bryta band:metoden för prickar
slutsats: E och Z Notation för alkener
anteckningar
Quiz själv!

det här inlägget var medförfattare till Matt Pierce of Organic Chemistry Solutions. Fråga Matt om schemaläggning en online handledning session här.,

Quick Review: cis– och trans-Isomerism (”geometrisk Isomerism”) i ringar

tidigare på vår MOC-serie på cykloalkaner såg vi att en viktig egenskap hos små ringar är att de inte kan vridas” inifrån och ut ” utan att bryta bindningar.

en av de viktigaste konsekvensen av detta är att det kan leda till förekomsten av stereoisomerer – molekyler som delar samma molekylformel och samma anslutning men har ett annat arrangemang av atomer i rymden.

dessa två versioner av 1,2 diklorocyklopentan (nedan) är ett exempel., De har samma anslutning – båda är 1,2-diklorocyklopentan-men har olika arrangemang av sina atomer i rymden. Klorinerna är på samma sida av ringen i den vänstra isomeren (båda ”kilarna”, som kommer ut ur sidan) och på motsatta sidor (en kilad, en streckad) på den högra isomeren.

dessa två molekyler kan inte konverteras genom rotation av C-C-bindningen utan att bryta ringen (använd ett modellpaket och försök, om du vill). De är därför isomerer.,

molekyler som har samma anslutning men olika arrangemang i rymden kallas stereoisomerer.

specifikt är förhållandet mellan de två molekylerna ovan diastereomerer: stereoisomerer som inte är spegelbilder av varandra.

dessa två molekyler har olika fysikaliska egenskaper – olika kokpunkter, smältpunkter, reaktiviteter, spektrala egenskaper och så vidare.

1. När använder vi cis – och trans – Notation i ringar?,

vi använder termerna cis – och trans– för att beteckna den relativa konfigurationen av två grupper till varandra i situationer där det finns begränsad rotation.

i nomenklaturen används ”cis” för att skilja mellan isomeren där två identiska grupper (t.ex. de två klorinerna i 1,2-diklorocyklopentan) pekar i samma riktning från ringens plan och trans för att skilja isomeren där de pekar i motsatta riktningar.

ett vanligt namn för dessa så kallade ”cis-trans”-isomerer är ”geometriska isomerer”.,

för att cis – trans – isomerism ska existera i ringar behöver vi två villkor:

två (och endast två) kol som var och en bär icke-identiska substituenter över och under ringen
de två kolerna har minst en av de substituenter gemensamt

i 1,2-diklorocyklopentan såg vi att C-1 och C-2 vardera hade icke-identiska substituenter (H och Cl) ovan och under ringen, och de hade åtminstone en substituent gemensamt (i själva verket har de två substituenter gemensamt: h och cl ).

Här är ett annat exempel: cis – och trans– 1-etyl-2-metylcyklobutan., Observera att de var och en har två kol som var och en bär icke-identiska substituenter över och under ringen (H och CH3; H och CH2CH3). De har också minst en substituent gemensamt (H). Så vi kan hänvisa till cis-1-etyl-2-metylcyklohexan som isomeren där de två hydrogenerna pekar i samma riktning och trans där de pekar i motsatta riktningar.

om du har täckt chiralitet kan du också notera ett intressant faktum: Det finns två sätt att rita var och en av cis – och transisomererna, och de kan inte överlagras på varandra., Det här är enantiomerer, förresten.

så cis – och trans – anger inte vilken enantiomer (det kan tillämpas på antingen). Det beskriver bara den relativa konfigurationen av de två grupperna (h i det här fallet). Om vi vill ange en viss enantiomer måste vi använda Cahn-Ingold-Prelog-systemet (CIP) för att tilldela r-och s-konfigurationer, vilket ger oss ”absolut” – konfigurationen. I så fall är cis– och trans – överflödiga.

eftersom cis– och trans– är relativt fungerar det inte om de två kolerna inte delar en gemensam substituent. I så fall måste du också använda (R) / (S).,

Vi tar för lång tid att gå igenom ringar här, så låt oss bara illustrera 2 exempel där ”cis” och trans ” inte fungerar i ringar och lämna det där.

2. cis – och trans-Isomerism (geometrisk Isomerism) i alkener

cis-trans-isomerism är också möjlig för alkener. Som i små ringar är rotation om pi-bindningar också begränsad: på grund av ”side-on” överlappningen av pi-bindningar kan man inte rotera en pi-bindning utan att bryta den., Detta står i motsats till konventionella sigma bindningar (enkelbindningar) i acykliska molekyler, där fri rotation är möjlig: vittne 1,2-dikloretan (nedan vänster).

därför kan vi ha molekyler som cis-1,2-dikloreten och trans-1,2-dikloreten som kan separeras från varandra på grund av deras olika fysikaliska egenskaper.

Vi kan också använda cis–trans-nomenklaturen för att skilja isomerer som 2-metyl-3-Hexen (ovanför höger)., I cis-isomeren är de två hydrogenerna på samma sida av pi-bindningen, och i trans-isomeren är de två hydrogenerna på motsatt sida av bindningen.

som med ringar är minimikravet för cis-trans-isomerism i alkener att varje kol är bunden till två olika grupper och att de två kolerna har minst en substituent gemensamt.

som med ringar är cis-trans-isomerism inte möjlig om en av kolerna i dubbelbindningen är fäst vid två identiska grupper, som med 1,1-dibromo-1-Propen, nedan. Prova själv om du inte är övertygad.,

3. Se upp För Tvetydiga Namn Där Cis/Trans Isomerism Är Möjligt

En snabb utvikning: en konsekvens av våra nyfunna uppskattning av geometriska isomerism är att många enkla klingande molekyl namn är faktiskt oklar.

till exempel beskriver deskriptorn ”3-Hexen” inte entydigt en specifik molekyl. . För att spika ner den specifika molekylen måste vi ange cis– eller trans-3-Hexen.,

Observera att 1-Hexen fortfarande är OK, eftersom 1-positionen för 1-Hexen är kopplad till två identiska grupper (hydrogener) och därmed inga cis–trans-isomerer är möjliga.

4. Cis-Trans-Isomerism för cykliska alkener

cis – och trans kan också appliceras på alkener i ringar. Till exempel på papper är det möjligt att rita cis– och trans– Cyklohexen, eftersom pi – bindningen uppfyller kraven för cis – trans-isomerism. I verkligheten är trans-Cyklohexen omöjligt ansträngd. Försök kyssa dig själv på svansbenet., Det ger dig en uppfattning om stammen som är inblandad i att försöka rymma en trans– dubbelbindning i en sexledad ring .

av denna anledning, för ringstorlekar 7 och Nedan, är det säkert att ignorera skrivning ”cis” : konfigurationen antas.

vid ringstorlekar på 8 och över måste vi sätta en cis– eller trans – i namnet, eftersom trans– isomeren blir genomförbar. (Tänk dig att försöka kyssa dig själv på svanskotan om du hade nacken på en giraff: plötsligt inte omöjligt!,)

en lösning för när ”Cis” och ”Trans” misslyckas: E/Z-systemet

vi såg att cis och trans misslyckas i ringar när de två kolerna saknade en gemensam substituent. Det misslyckas också för alkenes under dessa omständigheter.

fall i punkt: försök att tillämpa cis och trans till alkenen nedan:

se problemet?

i avsaknad av två identiska grupper har vi ingen referenspunkt!

till vänster är klor cis till Br och trans till F. men motiverar det verkligen att kalla isomeren ”cis”? Hur bestämmer vi oss?,

vad vi behöver är ett sätt att fastställa prioriteringar i dessa situationer.

E och Z Notation för Alkenes

Tack och lov kan vi tillämpa rankingsystemet som utvecklats av Cahn, Ingold och Prelog för chiral centers (som berörts i detta tidigare inlägg på (R) / (s) nomenklatur) för detta ändamål.

protokollet är som följer:

varje kol i Pi-bindningen är fäst vid två substituenter. För varje kol rankas dessa två substituenter (1 eller 2) enligt atomnummer av atomen direkt fäst vid kolet. (ex., Cl > F)
Om båda substituenterna rankade 1 är på samma sida av PI-bonden, ges obligationen deskriptorn Z (kort för tyska Zusammen, vilket betyder ”tillsammans”).
Om båda substituenterna rankade 1 är på motsatt sida av PI-obligationen ges obligationen deskriptorn E (kort för tyska Entgegen, vilket betyder ”motsatt”).

så Z liknar ”cis” och E liknar ”trans” . (Anm.: de är inte nödvändigtvis desamma och korrelerar inte alltid: se fotnot för ett exempel på en cis-Alken som är E ., E / Z-systemet är omfattande för alla alkener som kan geometrisk isomerism, inklusive cis / trans-alkenexemplen ovan. Vi använder ofta cis / trans för bekvämlighet,men E / Z är den” officiella”, IUPAC godkänt sätt att namnge Alken stereoisomerer].

En lätt sätt att komma ihåg Z är att säga ”Zee Zame Zide” i en tysk accent. Mitt sätt att göra det var att låtsas att Z står för”zis”. Vad fungerar för dig.,

här är ett praktiskt exempel:

som med chirala centra, ranking enligt atomnummer kan resultera i band om vi begränsar oss bara till atomer direkt kopplade till pi-bindningar.

7. Brytande Band: metoden för prickar

till exempel presenterar alkenen nedan oss med ett dilemma: en av kolerna i Alken är fäst vid två kolatomer. Så hur bestämmer vi prioriteringar i det här fallet. Hur bryter vi slipsar?

När det gäller band måste vi tillämpa metoden för prickar., Prickar är praktiska platshållare vilket är anledningen till att jag gillar att använda den här metoden.

placera en punkt på var och en av de två atomer du jämför.
lista de 3 atomer varje atom är fäst vid, i ordning av atomnummer.
jämför listorna, ungefär som du skulle jämföra en uppsättning av tre spelkort. Precis som en hand av (8, 8, 7) skulle slå (8, 7, 7), så skulle (c, c, H) slå (C, H, H).
om listorna är identiska, flytta prickarna utåt till den högsta prioriterade atomen på listan.
vid den första punkten av skillnaden, tilldela (e eller Z).,
om det inte finns någon skillnad… då grupperna är identiska, och E / Z gäller inte.

här är ett praktiskt exempel på ”prickmetoden”.

Här är ett mer komplext exempel med flera alkener. I detta fall betecknas varje pi-bindning med ett nummer med sin egen separata e-eller Z-konfiguration.

OK, det här var långt. Men förhoppningsvis användbar.

se upp för ett framtida inlägg där vi går in mer i detalj på ”prickmetoden”.

8., Slutsats: E och Z Notation för Alkenes

cis-trans – är OK för att beskriva enkla alkenstereoisomerer, men fungerar endast i vissa fall. Dessutom ger det bara relativa konfigurationer. E / Z-systemet är omfattande och beskriver molekylens absoluta konfiguration.

se nedan för ett exempel på en E-Alken som är ” cis ”och en Z-Alken som är”trans”.

bara en påminnelse: det här inlägget var medförfattare av Matt Pierce of Organic Chemistry Solutions. Fråga Matt om schemaläggning en online handledning session här.,

anmärkningar

anmärkning 1: Det är möjligt att ha en alken som vi skulle beskriva som ” cis ” vara E och vice versa.

E / Z är den föredragna, mer omfattande nomenklaturen eftersom den beskriver absolut konfiguration, medan cis-trans-bara beskriver relativ konfiguration.

Anmärkning 2: trans-cyklopropen, trans-cyklobuten och trans-cyklopenten har aldrig syntetiserats eller observerats. trans-Cyklohexen är en laboratorie nyfikenhet, stabil vid några grader över absolut noll. trans-cyklohepten har en extremt kort halveringstid vid rumstemperatur., trans-cyklookten är en stabil molekyl .