Cis – trans đồng phân còn được gọi là đồng phân hình học hoặc đồng phân cấu hình, là một thuật ngữ được sử dụng trong hóa học hữu cơ. Các tiền tố " cis " và " trans " lần lượt là từ tiếng Latin: "bên này" và "bên kia". Trong bối cảnh hóa học, cis chỉ ra rằng các nhóm chức nằm cùng phía với chuỗi carbon ^[1] trong khi trans truyền tải rằng các nhóm chức nằm ở hai bên đối diện của chuỗi carbon . Các đồng phân cis-trans là các đồng phân lập thể, nghĩa là các cặp phân tử có cùng công thức nhưng có các nhóm chức được quay theo hướng khác nhau trong không gian ba chiều. Không nên nhầm lẫn với E – Z đồng phân, là một mô tả hóa học tuyệt đối và chỉ được sử dụng với anken. Nói chung, các đồng phân lập thể chứa các liên kết đôi không quay hoặc chúng có thể chứa các cấu trúc vòng, trong đó sự quay vòng của các liên kết bị hạn chế hoặc ngăn chặn. ^[2] Cis và trans đồng phân xảy ra cả trong các phân tử hữu cơ và trong các phức hợp phối hợp vô cơ. Cis và trans mô tả không được sử dụng cho các trường hợp đồng phân hình dạng trong đó hai dạng hình học dễ dàng xen kẽ, như hầu hết các cấu trúc liên kết đơn chuỗi mở; thay vào đó, các thuật ngữ " syn " và " anti " sẽ được sử dụng.

Thuật ngữ "đồng phân hình học" được IUPAC coi là một từ đồng nghĩa lỗi thời của " cis – trans isomeism". ^[3]

Hóa học hữu cơ chỉnh sửa ]

Khi các nhóm thế được định hướng theo cùng một hướng, diastereome được gọi là cis trong khi đó, khi các nhóm thế được định hướng theo hướng ngược nhau, diastereome được gọi là trans . Một ví dụ về một hydrocarbon nhỏ hiển thị cis – trans isomeism is but-2-ene.

Các hợp chất Alicyclic cũng có thể hiển thị cis – trans đồng phân. Như một ví dụ về đồng phân hình học do cấu trúc vòng, hãy xem xét 1,2-dichlorocyclohexane:

trans -1,2-dichlorocyclohexane	cis -1,2-dichlorocyclohexane

So sánh các tính chất vật lý [ chỉnh sửa ]

Cis và trans đồng phân thường có các tính chất vật lý khác nhau. Sự khác biệt giữa các đồng phân, nói chung, phát sinh từ sự khác biệt về hình dạng của phân tử hoặc thời điểm lưỡng cực tổng thể.

Những khác biệt này có thể rất nhỏ, như trong trường hợp điểm sôi của các anken mạch thẳng, như pent-2-ene, là 37 ° C trong đồng phân cis và 36 ° C trong đồng phân trans . ^[4] Sự khác biệt giữa cis và trans đồng phân có thể lớn hơn nếu có liên kết cực, như trong 1,2- dicloroen. Đồng phân cis trong trường hợp này có nhiệt độ sôi 60,3 ° C, trong khi đồng phân trans có nhiệt độ sôi 47,5 ° C. ^[5] Trong cis đồng phân hai thời điểm lưỡng cực liên kết C-Cl cực kết hợp với nhau để tạo ra một lưỡng cực phân tử tổng thể, do đó có các lực lưỡng cực liên phân tử (hay lực Keesom), thêm vào lực phân tán London và tăng điểm sôi. Mặt khác, trong đồng phân trans trans điều này không xảy ra do hai khoảnh khắc liên kết C − Cl bị hủy và phân tử có lưỡng cực bằng không (tuy nhiên nó có tứ cực không bằng 0).

Hai đồng phân của axit butenedioic có sự khác biệt lớn về tính chất và khả năng hoạt động đến mức chúng thực sự được đặt tên hoàn toàn khác nhau. Đồng phân cis được gọi là axit maleic và trans đồng phân axit fumaric. Phân cực là chìa khóa trong việc xác định điểm sôi tương đối vì nó gây ra lực liên phân tử tăng lên, do đó làm tăng điểm sôi. Theo cách tương tự, tính đối xứng là chìa khóa trong việc xác định điểm nóng chảy tương đối vì nó cho phép đóng gói tốt hơn ở trạng thái rắn, ngay cả khi nó không làm thay đổi độ phân cực của phân tử. Một ví dụ về điều này là mối quan hệ giữa axit oleic và axit elaidic; Axit oleic, đồng phân cis có nhiệt độ nóng chảy 13,4 ° C, biến nó thành chất lỏng ở nhiệt độ phòng, trong khi đồng phân trans axit elaidic, có nhiệt độ nóng chảy cao hơn nhiều ở nhiệt độ 43 ° C, do chất đồng phân trans có khả năng đóng gói chặt hơn và rắn ở nhiệt độ phòng.

Do đó, trans anken, ít cực hơn và đối xứng hơn, có điểm sôi thấp hơn và điểm nóng chảy cao hơn, và cis anken, thường có tính phân cực và ít đối xứng hơn, có điểm sôi cao hơn và điểm nóng chảy thấp hơn.

Trong trường hợp các đồng phân hình học là hệ quả của liên kết đôi và đặc biệt, khi cả hai nhóm thế đều giống nhau, một số xu hướng chung thường giữ. Những xu hướng này có thể được quy cho thực tế là các lưỡng cực của các nhóm thế trong một đồng phân cis sẽ cộng lại để tạo ra một lưỡng cực phân tử tổng thể. Trong một đồng phân trans các lưỡng cực của các nhóm thế sẽ hủy bỏ ^{[ cần trích dẫn ]} do nằm ở phía đối diện của phân tử. Các đồng phân Trans cũng có xu hướng có mật độ thấp hơn so với các đối tác cis của chúng. ^{[ cần trích dẫn ]}

trans anken có xu hướng có điểm nóng chảy cao hơn và độ hòa tan thấp hơn trong dung môi trơ, vì nói chung, trans anken có tính đối xứng hơn so với cis [6]

Hằng số ghép nối ( ³ J _HH ), được đo bằng quang phổ NMR, lớn hơn cho trans (phạm vi: 12 Hz; điển hình: 15 Hz) so với cis (phạm vi: 0 Hóa12 Hz; điển hình: 8 Hz). ^[7]

Ổn định [ chỉnh sửa ]

Thông thường đối với các hệ thống mạch vòng các đồng phân trans ổn định hơn các đồng phân cis . Điều này thường là do sự tăng tương tác không thuận lợi của các nhóm thế trong đồng phân cis . Do đó, các đồng phân trans có nhiệt lượng đốt cháy ít tỏa nhiệt hơn, cho thấy độ ổn định nhiệt hóa học cao hơn. ^[6] Trong tập dữ liệu phụ thuộc nhóm nhiệt của Benson, cis đồng phân chịu nhiệt 1,10 kcal / mol phạt ổn định. Các trường hợp ngoại lệ cho quy tắc này tồn tại, chẳng hạn như 1,2-differluoroetylen, 1,2-differluorodiazene (FN = NF) và một số ethylen thay thế halogen và oxy khác. Trong những trường hợp này, đồng phân cis ổn định hơn so với đồng phân trans . ^[8] Hiện tượng này được gọi là hiệu ứng cis . ^[9]

E / Z ký hiệu [ chỉnh sửa ]

Brom có ​​mức độ ưu tiên CIP cao hơn clo, do đó, anken này là đồng phân Z [19900109] hệ thống trans để đặt tên cho các đồng phân anken thường chỉ được sử dụng khi chỉ có hai nhóm thế khác nhau trên liên kết đôi, do đó không có sự nhầm lẫn về các nhóm thế nào được mô tả so với nhau. Đối với các trường hợp phức tạp hơn, chỉ định cis / trans thường dựa trên chuỗi carbon dài nhất như được phản ánh trong tên gốc của phân tử (nghĩa là một phần mở rộng của danh pháp hữu cơ tiêu chuẩn cho cấu trúc cha mẹ). Các chỉ định tiêu chuẩn của IUPAC E – Z không rõ ràng trong mọi trường hợp, và do đó đặc biệt hữu ích cho các anken ba và tetrasubstituting để tránh bất kỳ sự nhầm lẫn nào về các nhóm được xác định là cis hoặc trans với nhau.

Z (từ tiếng Đức zusammen ) có nghĩa là "cùng nhau". E (từ tiếng Đức entgegen ) có nghĩa là "đối lập" theo nghĩa "ngược lại". Đó là, Z có các nhóm có mức độ ưu tiên cao hơn cis với nhau và E có các nhóm có mức độ ưu tiên cao hơn trans với nhau . Việc cấu hình phân tử được chỉ định E hay Z được xác định theo quy tắc ưu tiên Cahn-Ingold-Prelog; số nguyên tử cao hơn được ưu tiên cao hơn. Đối với mỗi hai nguyên tử trong liên kết đôi, cần xác định mức độ ưu tiên của từng nhóm thế. Nếu cả hai nhóm thế có mức độ ưu tiên cao hơn nằm cùng một phía, thì sự sắp xếp là Z ; nếu ở phía đối diện, sự sắp xếp là E .

Bởi vì các hệ thống cis / trans và E – Z so sánh các nhóm khác nhau trên anken, không hoàn toàn đúng khi Z tương ứng với cis và E tương ứng với trans. Ví dụ: trans -2-chlorobut-2-ene (hai nhóm methyl, C1 và C4, trên xương sống but-2-ene là trans với nhau) là ( Z ) – 2-chlorobut-2-ene (clo và C4 cùng nhau vì C1 và C4 ngược nhau).

Hóa học vô cơ [ chỉnh sửa ]

Cis – trans đồng phân cũng có thể xảy ra trong các hợp chất vô cơ, đáng chú ý nhất là trong các hợp chất vô cơ .

Diazenes [ chỉnh sửa ]

Diazenes (và các diphosphenes liên quan) cũng có thể biểu hiện đồng phân cis / trans. Cũng như các hợp chất hữu cơ, đồng phân cis nói chung là phản ứng mạnh hơn của cả hai, là đồng phân duy nhất có thể khử anken và alkynes thành ankan, nhưng vì một lý do khác: trans Đồng phân không thể xếp hydrogens của nó lên một cách phù hợp để khử anken, nhưng đồng phân cis có hình dạng khác nhau, có thể.

trans -diazene	cis -diazene

Các phức hợp phối hợp [ chỉnh sửa ]

Trong các phức hợp phối hợp vô cơ với các hình học bát diện hoặc mặt phẳng vuông, cũng có các đồng phân cis trans các đồng phân trong đó chúng cách xa nhau hơn.

Hai phức chất đồng phân, cisplatin và transplatin

Ví dụ, có hai đồng phân của mặt phẳng vuông Pt (NH ₃ ) ₂ Cl _{2 , như được giải thích bởi Alfred Werner vào năm 1893. Đồng phân cis tên đầy đủ là cis -diamminedichloroplatinum (II), được hiển thị vào năm 1969 bởi Barnett Rosenberg, có hoạt tính chống ung thư bây giờ là một loại thuốc hóa trị được biết đến với tên ngắn cisplatin. Ngược lại, đồng phân trans (transplatin) không có hoạt tính chống ung thư hữu ích. Mỗi đồng phân có thể được tổng hợp bằng cách sử dụng hiệu ứng chuyển hóa để kiểm soát đồng phân nào được tạo ra.}

cis – [Co(NH ₃ ) ₄ Cl ₂ ] ⁺ và ] – [Co(NH ₃ ) ₄ Cl ₂ ] ⁺

Đối với các phức hợp bát diện của công thức MX ₄ Y ₂ hai đồng phân cũng tồn tại. (Ở đây M là một nguyên tử kim loại và X và Y là hai loại phối tử khác nhau.) Trong đồng phân cis hai phối tử Y nằm cạnh nhau ở 90 °, điều này đúng với hai các nguyên tử clo thể hiện màu xanh lá cây trong cis – [Co(NH ₃ ) ₄ Cl ₂ ] ⁺ ở bên trái. Trong đồng phân trans ở bên phải, hai nguyên tử Cl nằm ở hai phía đối diện của nguyên tử Co trung tâm.

Một loại đồng phân liên quan trong bát diện MX ₃ Y ₃ là phức khuôn mặt kinh tuyến (hoặc fac / mer ) đồng phân, trong đó số lượng phối tử khác nhau là cis hoặc trans với nhau. Các hợp chất cacbonyl kim loại có thể được mô tả là " fac " hoặc " mer " bằng quang phổ hồng ngoại.

Xem thêm [ chỉnh sửa ]

Tài liệu tham khảo [ chỉnh sửa ]

1. ^ Charlton T. Lewis, Charles Short, A Latin Từ điển (Clarendon Press, 1879) Nhập cảnh cho cis
2. ^ Reusch, William (2010). "Âm thanh nổi phần I". Sách giáo khoa ảo về hóa học hữu cơ . Đại học bang Michigan . Truy cập 7 tháng 4 2015 .
3. ^ IUPAC, Bản tóm tắt thuật ngữ hóa học tái bản lần 2. ("Sách vàng") (1997). Phiên bản sửa lỗi trực tuyến: (2006)) "đồng phân hình học". doi: 10.1351 / goldbook.G02620
4. ^ "Giá trị của dấu chấm phẩy". Chemicalland21.com . Truy xuất 2010-06-22 .
5. ^ Cẩm nang hóa học và vật lý CRC (lần thứ 60). 1979 lồng80. tr. C-298.
6. ^ ^{a b} Tháng 3, Jerry. Hóa học, phản ứng, cơ chế và cấu trúc hữu cơ tiên tiến (tái bản lần thứ 3). tr. 111. ISBN 0-471-85472-7.
7. ^ Williams, Dudley H.; Fleming, Ian (1989). "Bảng 3.27". Phương pháp quang phổ trong hóa học hữu cơ (tái bản lần thứ 4). Đồi McGraw. Sê-ri 007707212X.
8. ^ Bingham, Richard C. (1976). "Các hậu quả hóa học lập thể của quá trình khử định vị electron trong các hệ thống π mở rộng. Giải thích về hiệu ứng cis được thể hiện bởi các ethylen 1,2 phân ly và các hiện tượng liên quan". J. Là. Hóa. Soc. 98 (2): 535 Tắt540. doi: 10.1021 / ja00418a036.
9. ^ Craig, N. C.; Chen, A.; Suh, K.H.; Klee, S.; Mellau, G. C.; Winnewisser, B. P.; Winnewisser, M. (1997). "Đóng góp cho nghiên cứu về hiệu ứng Gauche. Cấu trúc hoàn chỉnh của Anti Rotamer của 1,2-Difluoroethane". J. Là. Hóa. Soc. 119 (20): 4789. doi: 10.1021 / ja963819e.

Liên kết ngoài [ chỉnh sửa ]