Алкены. Геометрическая (цис-, транс-) изомерия, конфигурации

Важное следствие жесткости двойной связи (отсутствие вращения вокруг нее) – существование геометрических изомеров.

Геометрическая или цис-, транс-изомерия обусловлена различным расположением неодинаковых заместителей относительно двойной связи.

Простейшииим примером могут служить изомеры бутена-2:

Геометрические изомеры имеют одинаковый порядок химической связи атомов, различаясь по их пространственному расположению, по конфигурации. Это различие и создает разницу в физических, а также и в химических свойствах; цис-транс-изомеры обычно сильно отличаются по своим физическим свойствам. Например, дипольный момент транс-дихлорэтилена СНСl = СНСl равен нулю, так как диполи С – Сl направлены в противоположные стороны и взаимно компенсируются; в то же время дипольный момент цис-изомера равен 1,89 Д. Это различие можно использовать для установления конфигурации. цис-транс-изомеры имеют разные температуры плавления (обычно температура плавления транс-изомера выше), температуры кипения, показатели преломления и плотности (обычно выше для изомера с большим дипольным моментом), кислотность, ультрафиолетовые, инфракрасные и ЯМР-спектры и т.д.

В случае бутена-2 СН₃ ~ СН = СН₃ и других этиленов с углеродными заместителями, таких как кротоновая кислота СН₃СН = СНСООН, транс-изомер устойчивее цис-изомера. Вероятно, причиной этого являются пространственные факторы.

Определенное расположение атомов в пространстве, ведущее к наличию стереоизомерии, называется конфигурацией.

Геометрические изомеры могут быть выделены в чистом виде и существуют как индивидуальные, устойчивые вещества. Для их взаимного превращения необходима энергия порядка 130-170 кДж/моль (нагревание, УФ – облучение и др.).

Цис- и транс- изомерия встречается у полимеров цис-полиизопрен (натуральный каучук) и транс-полизопрен (гуттаперча), в растительных маслах, где остатки молекул ненасыщенных кислот( олеиновой, линолевой, линоленовой, арахидоновой) находятся в цис-конфигурации, что предопределяет их соответствующие биологические свойства.