Б) Геометрическая изомерия

Геометрические изомеры возникают в результате отсутствия в молекуле:

1. вращения атомов углерода относительно друг друга - следствие жесткости двойной связи С=С или циклической структуры;

2. двух одинаковых групп при одном атоме углерода двойной связи или цикла.

Геометрические изомеры, в отличие от конформеров, могут быть выделены в чистом виде и существуют как индивидуальные, устойчивые вещества. Для их взаимного превращения необходима более высокая энергия - порядка 125-170 кДж/моль (30-40 ккал/моль).

Различают цис-транс-(Z, E) изомеры; цис- формами называют геометрические изомеры, у которых одинаковые заместители лежат по одну сторону от плоскости π -связи или цикла, транс- формами называют геометрические изомеры, у которых одинаковые заместители лежат по разные стороны от плоскости π -связи или цикла.

Простейшим примером могут служить изомеры бутена-2, который существует в виде цис-, транс-геометрических изомеров:

цис-бутен-2 транс-бутен-2

температура плавления

-138, 9⁰С - 105, 6⁰С

температура кипения

3, 72⁰С 1, 00⁰С

плотность

0, 724 0, 604

1, 2 – дихлорциклопропан существует в виде цис-, транс-изомеров:

цис-1, 2-дихлорциклопропан транс-1, 2-дихлорциклопропан

В более сложных случаях применяется Z, E-номенклатура (номенклатура Канна, Ингольда, Прелога – КИП, номенклатура старшинства заместителей). В соединении

1-бром -2-метил-1-хлорбутене-1 (Br)(CI)С=С(СН₃) - СН₂-СН₃ все заместители при атомах углерода с двойной связью различные; поэтому данное соединение существует в виде Z-, E- геометрических изомеров:

Е-1-бром-2-метил-1-хлорбутен-1 Z-1-бром-2-метил-1-хлорбутен-1.

Для обозначения конфигурации изомера указываютрасположение старших заместителей при двойной связи (или цикле) – Z-(от немецкого Zusammen - вместе) или Е-(от немецкого Entgegen - напротив).

В Z, E-системе старшими считаются заместители с большим порядковым (атомным) номером. Если атомы, непосредственно связанные с ненасыщенными атомами углерода, одинаковы, то переходят ко " второму слою", в случае необходимости - к " третьему слою" и т. д.

В первой проекции старшие группы находятся напротив друг друга относительно двойной связи, поэтому это Е-изомер. Во второй проекции старшие группы расположены по одну сторону относительно двойной связи (вместе), поэтому это Z-изомер.

Геометрические изомеры широко распространены в природе. Например, природные полимеры каучук (цис-изомер) и гуттаперча (транс-изомер), природная фумаровая (транс-бутендиовая кислота) и синтетическая малеиновая (цис-бутендиовая кислота) кислоты, в составе жиров - цис-олеиновая, линолевая, линоленовая кислоты.