シスおよびトランス異性体 同じ分子式を持つ立体異性体ですが、3 次元空間での方向が異なります。シス異性体では、官能基は互いに平面の同じ側にありますが、トランス異性体では、官能基は互いに反対側にあります。 「cis」と「trans」という用語はラテン語に由来し、cis は「こちら側」を意味し、trans は「反対側」を意味します。シスおよびトランス異性は「幾何異性」と同じですが、IUPAC はシスおよびトランスという用語の使用を強く支持しています。
シスおよびトランス異性体の仕組み
シス異性体とトランス異性体は、有機分子と無機分子の両方に存在します。
有機分子では、官能基は、シス配置では炭素鎖の面の同じ側にあり、トランス配置では炭素鎖の反対側にあります。ここで、シスおよびトランス異性体は通常、二重結合を含む化合物で発生します。線状化合物 (アルケンなど) では、置換基は単結合の周りを自由に回転し、異性体を形成しません。一方、芳香族化合物は できる 環が結合の周りの動きを制限するため、単結合を持つ cis および trans 異性体があります。
二重結合は剛体です。分子は、最初に結合を切断しないと、シス異性体とトランス異性体を切り替えることができません。三重結合の周りにシス異性体とトランス異性体が見られない理由は、結合が電子の結合対を使い果たし、どちらの側にも 2 つの官能基が結合していないためです。
シスおよびトランス異性は、一部の無機分子で発生します。例には、ジアゼン (N=N 結合を含む)、ジホスフェン (P=P 結合を含む)、および配位化合物が含まれます。
シスおよびトランス異性体の例
シスおよびトランス異性体の例を次に示します:
- シス -but-2-ene と トランス -but-2-ene (アルケン)
- シス -1,2-ジクロロシクロヘキサンと trans -1,2-ジクロロシクロヘキサン (芳香族炭化水素)
- シス -プラチンとトランス -プラチナ（無機）
これらの異性体に名前を付けるときは、cis と trans を最初に書きます (イタリック体)。次に、ダッシュを書き、次に化合物名を書きます。 (イタリック体とダッシュは省略される場合があります。)
シス異性体とトランス異性体の物理的性質の違い
シス異性体とトランス異性体は、一般的に異なる物理的特性を示します。一部の化合物では、違いはわずかです。他のものでは、それらはより顕著です。特性が異なる理由は、官能基が分子の同じ側にあるか反対側にあるかによって、全体的な双極子モーメントが変化するためです。そのため、極性官能基を持つ分子は、その構成によってより影響を受けます。
一部の例外を除いて、トランス アルケンはシス アルケンよりも沸点が低く、融点が高くなります。これは、トランス異性体がより対称的で極性が低いためです。基本的に、トランス アルケンの双極子は互いに打ち消し合います。
トランス アルケンは不活性溶媒に溶けにくく、シス アルケンよりも安定する傾向があります。両方の置換基が結合の同じ側にあると、シス アルケンに立体的な相互作用が生じ、通常は安定性が低下します。ただし、注目すべき例外があります。たとえば、1-2-ジフルオロエチレンと 1,2-ジフルオロジアゼンのシス異性体は、トランス異性体よりも安定しています。
シスおよびトランス vs E/Z 表記法
シス-トランスおよび E/Z 表記は、異性体を表す 2 つの異なる表記です。 E/Z 表記では、「E」はドイツ語の entgenen に由来します。 (「反対」を意味する)、「Z」はドイツ語の zusammen に由来します。 （「一緒に」という意味）。 cis と trans は最大 2 つの異なる置換基がある場合にのみ適用されますが、E/Z 表記は追加の官能基の位置を表します。たとえば、E/Z 表記は、三置換および四置換アルケンで使用されます。グループの優先順位は、Cahn-Ingold-Prelog 優先順位規則に従っており、原子番号が大きい原子ほど優先順位が高くなります。
通常、Ｚはシス異性体に対応し、Ｅはトランス異性体に対応する。ただし、例外があります。たとえば、トランス -2-クロロブト-2-エンは (Z )-2-クロロブト-2-エン。 2 つのメチル基は互いにトランスですが、C1 と C4 の炭素原子が互いに向かい合っており、塩素と C4 が一緒になっているため、Z 異性体です。
参考文献
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- マーチ、ジェリー (1985). 高度な有機化学、反応、メカニズムおよび構造 （第3版）。 ISBN 978-0-471-85472-2.
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- ウィリアムズ、ダドリー H.;フレミング、イアン (1989)。 有機化学における分光法 （第4改訂版）。マグロウヒル。 ISBN 978-0-07-707212-4.
