Cis - isomería trans - Cis–trans isomerism
Cis - trans isomería , también conocido como la isomería geométrica o isomería configuracional, es un término usado en la química orgánica . Los prefijos " cis " y " trans " son del latín: "este lado de" y "el otro lado de", respectivamente. En el contexto de la química, cis indica que los grupos funcionales (sustituyentes) están en el mismo lado de algún plano, mientras que trans transmite que están en lados opuestos. Los isómeros cis-trans son estereoisómeros , es decir, pares de moléculas que tienen la misma fórmula pero cuyos grupos funcionales están en diferentes orientaciones en el espacio tridimensional. La notación cis-trans no siempre se corresponde con la isomería E - Z , que es unadescripción estereoquímica absoluta . En general, los estereoisómeros contienen dobles enlaces que no rotan, o pueden contener estructuras de anillo, donde la rotación de los enlaces está restringida o impedida. Los isómeros cis y trans se encuentran tanto en moléculas orgánicas como en complejos de coordinación inorgánicos. Los descriptores cis y trans no se utilizan para casos de isomería conformacional donde las dos formas geométricas se interconvierten fácilmente, como la mayoría de las estructuras de enlace simple de cadena abierta; en su lugar, se utilizan los términos " syn " y " anti ".
La IUPAC considera que el término "isomería geométrica" es un sinónimo obsoleto de " isomería cis - trans ".
Química Orgánica
Cuando los grupos sustituyentes están orientados en la misma dirección, el diastereoisómero se denomina cis , mientras que, cuando los sustituyentes están orientados en direcciones opuestas, el diastereoisómero se denomina trans . Un ejemplo de un hidrocarburo pequeño que muestra isomería cis - trans es but-2-eno .
Los compuestos alicíclicos también pueden mostrar isomería cis - trans . Como ejemplo de un isómero geométrico debido a una estructura de anillo, considere el 1,2-diclorociclohexano:
 
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| trans -1,2-diclorociclohexano | cis -1,2-diclorociclohexano |
Comparación de propiedades físicas
Los isómeros cis y trans a menudo tienen diferentes propiedades físicas. Las diferencias entre isómeros, en general, surgen de las diferencias en la forma de la molécula o el momento dipolar global .
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| cis -2-penteno | trans -2-penteno |
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| cis -1,2-dicloroeteno | trans -1,2-dicloroeteno |
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ácido cis -butenodioico (ácido maleico) |
ácido trans- butenodioico (ácido fumárico) |
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| Ácido oleico | Ácido elaídico |
Estas diferencias pueden ser muy pequeñas, como en el caso del punto de ebullición de los alquenos de cadena lineal, como el pent-2-eno , que es 37 ° C en el isómero cis y 36 ° C en el isómero trans . Las diferencias entre los isómeros cis y trans pueden ser mayores si están presentes enlaces polares, como en los 1,2-dicloroetenos . El isómero cis en este caso tiene un punto de ebullición de 60,3 ° C, mientras que el isómero trans tiene un punto de ebullición de 47,5 ° C. En el isómero cis, los dos momentos dipolares del enlace C-Cl polar se combinan para dar un dipolo molecular general, de modo que hay fuerzas intermoleculares dipolo-dipolo (o fuerzas de Keesom), que se suman a las fuerzas de dispersión de London y elevan el punto de ebullición. En el isómero trans, por otro lado, esto no ocurre porque los dos momentos de enlace C − Cl se cancelan y la molécula tiene un momento dipolar neto cero (sin embargo, tiene un momento cuadrupolo distinto de cero).
Los dos isómeros del ácido butenodioico tienen diferencias tan grandes en propiedades y reactividades que en realidad se les dio nombres completamente diferentes. El isómero cis se llama ácido maleico y el isómero trans ácido fumárico . La polaridad es clave para determinar el punto de ebullición relativo, ya que provoca un aumento de las fuerzas intermoleculares, elevando así el punto de ebullición. De la misma manera, la simetría es clave para determinar el punto de fusión relativo, ya que permite un mejor empaquetamiento en estado sólido, incluso si no altera la polaridad de la molécula. Un ejemplo de esto es la relación entre el ácido oleico y el ácido elaídico ; El ácido oleico, el isómero cis , tiene un punto de fusión de 13,4 ° C, lo que lo convierte en un líquido a temperatura ambiente, mientras que el isómero trans , el ácido elaídico, tiene un punto de fusión mucho más alto de 43 ° C, debido a que el isómero trans más recto es capaz de empaquetarse más herméticamente y es sólido a temperatura ambiente.
Así, los alquenos trans , que son menos polares y más simétricos, tienen puntos de ebullición más bajos y puntos de fusión más altos, y los alquenos cis , que son generalmente más polares y menos simétricos, tienen puntos de ebullición más altos y puntos de fusión más bajos.
En el caso de los isómeros geométricos que son consecuencia de dobles enlaces y, en particular, cuando ambos sustituyentes son iguales, suelen mantenerse algunas tendencias generales. Estas tendencias pueden atribuirse al hecho de que los dipolos de los sustituyentes en un isómero cis se sumarán para dar un dipolo molecular global. En un isómero trans , los dipolos de los sustituyentes se cancelarán debido a que están en lados opuestos de la molécula. Los isómeros trans también tienden a tener densidades más bajas que sus contrapartes cis .
Como tendencia general, los alquenos trans tienden a tener puntos de fusión más altos y menor solubilidad en disolventes inertes, ya que los alquenos trans , en general, son más simétricos que los alquenos cis .
Las constantes de acoplamiento vecinales ( 3 J HH ), medidas por espectroscopia de RMN , son mayores para los isómeros trans (rango: 12–18 Hz; típico: 15 Hz) que para los isómeros cis (rango: 0–12 Hz; típico: 8 Hz).
Estabilidad
Normalmente, para los sistemas acíclicos, los isómeros trans son más estables que los isómeros cis . Esto se debe típicamente a la interacción estérica desfavorable aumentada de los sustituyentes en el isómero cis . Por lo tanto, los isómeros trans tienen un calor de combustión menos exotérmico , lo que indica una mayor estabilidad termoquímica . En el conjunto de datos de aditividad del grupo de calor de formación de Benson , los isómeros cis sufren una penalización de estabilidad de 1,10 kcal / mol. Existen excepciones a esta regla, como el 1,2-difluoroetileno , el 1,2-difluorodiazeno (FN = NF) y varios otros etilenos sustituidos con halógeno y oxígeno. En estos casos, el isómero cis es más estable que el isómero trans . Este fenómeno se llama efecto cis .
Notación E / Z
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La notación cis-trans no se puede utilizar para alquenos con más de dos sustituyentes diferentes. En cambio, la notación E / Z se utiliza en función de la prioridad de los sustituyentes utilizando las reglas de Cahn-Ingold-Prelog para la configuración absoluta. Las designaciones estándar de la IUPAC E - Z son inequívocas en todos los casos y, por lo tanto, son especialmente útiles para los alquenos tri- y tetrasustituidos para evitar cualquier confusión sobre qué grupos se identifican como cis o trans entre sí.
Z (del alemán zusammen ) significa "juntos". E (del alemán entgegen ) significa "opuesto" en el sentido de "opuesto". Es decir, Z tiene los grupos de mayor prioridad cis entre sí y E tiene los grupos de mayor prioridad trans entre sí. El hecho de que una configuración molecular se designe como E o Z está determinado por las reglas de prioridad de Cahn-Ingold-Prelog ; a los números atómicos más altos se les da mayor prioridad. Para cada uno de los dos átomos del doble enlace, es necesario determinar la prioridad de cada sustituyente. Si ambos sustituyentes de mayor prioridad están en el mismo lado, la disposición es Z ; si en lados opuestos, la disposición es E .
Debido a que los sistemas cis / trans y E - Z comparan diferentes grupos en el alqueno, no es estrictamente cierto que Z corresponda a cis y E corresponda a trans. Por ejemplo, trans -2-clorobut-2-eno (los dos grupos metilo, C1 y C4, en el esqueleto but-2-eno son trans entre sí) es ( Z ) -2-clorobut-2-eno (el cloro y C4 están juntos porque C1 y C4 son opuestos).
Química Inorgánica
La isomería cis - trans también puede ocurrir en compuestos inorgánicos, sobre todo en diazenos y compuestos de coordinación .
Diazenes
Diazenes (y los relacionados diphosphenes ) también pueden exhibir isomería cis / trans. Al igual que con los compuestos orgánicos, el isómero cis es generalmente el más reactivo de los dos, siendo el único isómero que puede reducir los alquenos y alquinos a alcanos , pero por una razón diferente: el isómero trans no puede alinear sus hidrógenos adecuadamente para reducir el alqueno, pero el isómero cis , al tener una forma diferente, sí puede hacerlo.
 
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| trans- diazeno | cis -diazeno |
Complejos de coordinación
En los complejos de coordinación inorgánicos con geometrías planas cuadradas o octaédricas, también hay isómeros cis en los que ligandos similares están más juntos y isómeros trans en los que están más separados.
Por ejemplo, hay dos isómeros de Pt (NH 3 ) 2 Cl 2 plano cuadrado , como lo explicó Alfred Werner en 1893. El isómero cis , cuyo nombre completo es cis -diaminedicloroplatino (II), fue mostrado en 1969 por Barnett Rosenberg como tiene actividad antitumoral y ahora es un fármaco de quimioterapia conocido con el nombre corto de cisplatino . Por el contrario, el isómero trans ( transplatino ) no tiene actividad anticancerosa útil. Cada isómero se puede sintetizar usando el efecto trans para controlar qué isómero se produce.
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Para los complejos octaédricos de fórmula MX 4 Y 2 , también existen dos isómeros. (Aquí M es un átomo de metal, y X e Y son dos tipos diferentes de ligandos ). En el isómero cis , los dos ligandos Y están adyacentes entre sí a 90 °, como ocurre con los dos átomos de cloro que se muestran en verde en cis - [Co (NH 3 ) 4 Cl 2 ] + , a la izquierda. En el isómero trans que se muestra a la derecha, los dos átomos de Cl están en lados opuestos del átomo de Co central.
Un tipo de isomería relacionado en los complejos octaédricos MX 3 Y 3 es la isomería facial-meridional (o fac / mer ), en la que diferentes números de ligandos son cis o trans entre sí. Los compuestos de carbonilo metálico se pueden caracterizar como " fac " o " mer " usando espectroscopía infrarroja .