Isomeria cis-trans
L'isomeria cis-trans nei cicloalcani e negli alcheni
L'isomeria cis-trans (talvolta chiamata anche isomeria geometrica) è un particolare tipo di stereoisomeria.
Gli isomeri geometrici hanno proprietà fisiche diverse (densità diverse, punti di fusione diversi, punti di ebollizione diversi, etc.) e pertanto possono essere fisicamente separabili.
Gli isomeri geometrici sono diastereoisomeri.
Isomeria cis-trans nei cicloalcani
L'isomeria cis-trans si può avere ad esempio nei cicloalcani. Prendendo in considerazione l'1-4-dimetilcicloesano, possiamo notare che i due gruppi metilici possono trovarsi entrambi dalla stessa parte del piano dell'anello oppure da parti opposte:
Si dice che i due sostituenti (in questo caso i due gruppi metilenici) sono cis se si trovano dalla stessa parte rispetto al piano della molecola, trans se sono da parti opposte.
Isomeria cis-trans negli alcheni
Anche gli alcheni opportunamente sostituiti possono dare isomeria cis-trans. Ciò è dovuta al fatto che, intorno al doppio legame C=C, la libera rotazione è impedita.
Ad esempio, l'1,2-dicloroetene può esistere in due forme diverse:
Quando negli alcheni i due atomi di C uniti con doppio legame sono sostituiti con gruppi diversi possono aversi due tipi di isomeri: gli isomeri nei quali i due sostituenti uguali si trovano nella stessa parte si indicano con il prefisso cis, quelli nei quali si trovano da parti opposte si indicano con trans.
Come è possibile notare dalla figura precedente, se i due sostituenti sono disposti dalla stessa parte rispetto al doppio legame si ha l'isomero cis, se i due sostituenti sono disposti dalla parte opposta rispetto al doppio legame, si ha l'isomero trans.
Si noti che se uno dei due atomi di carbonio impegnati nel doppio legame è legato a due gruppi uguali non c'è isomeria geometrica.
Fornendo sufficiente energia sotto forma di luce o calore, gli isomeri cis e trans possono interconvertirsi. Il legame π si spezza e viene permessa la libera rotazione intorno al legame σ, molto più resistente del legame π.
Pertanto, fornendo a un isomero la quantità di energia sufficiente a disaccoppiare gli orbitali che formano il legame π, la molecola diventa libera di ruotare attorno al legame σ e si riassesta nella forma più stabile nelle condizioni sperimentali. Un modo conveniente per fornire l'energia necessaria (alcune decine di kcal/mol) consiste nell'illuminare l'isomero con luce ad elevata frequenza.
Gli isomeri geometrici hanno proprietà chimiche simili, ma non uguali e queste possono essere sfruttate per stabilire la configurazione. Anche le proprietà fisiche sono differenti: salvo rare eccezioni gli isomeri trans fondono a temperatura più alta, bollono a temperatura più bassa, hanno momento dipolare minore o nullo e minor calore di combustione.
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