Objectivos de aprendizagem
- Reconhecer que os alcenos podem existir como isómeros cis-trans.
- Classificar os isómeros em cis ou trans.
- Desenhar as estruturas dos isómeros cis-trans com os respectivos nomes.
Tal como referido no Capítulo 12 "Química Orgânica: Alcanos e Hidrocarbonetos Halogenados", nos alcanos existe rotação livre em torno das ligações simples carbono-carbono (C-C). Em contrapartida, a estrutura dos alcenos exige que os átomos de carbono de uma ligação dupla e os dois átomos ligados a cada átomo de carbono se encontrem todos num único plano e que cada átomo de carbono duplamente ligado se encontre no centro de um triângulo.parte da estrutura da molécula é rígida; a rotação em torno de átomos de carbono duplamente ligados é não Observe os dois hidrocarbonetos clorados na Figura 13.2 "Rotação em torno de ligações".
Figura 13.2 Rotação sobre ligações. No 1,2-dicloroetano (a), a rotação livre sobre a ligação C-C permite que as duas estruturas sejam interconvertidas por uma torção de uma extremidade em relação à outra. No 1,2-dicloroeteno (b), a rotação restrita sobre a ligação dupla significa que as posições relativas dos grupos substituintes acima ou abaixo da ligação dupla são significativas.
No 1,2-dicloroetano (parte (a) da Figura 13.2 "Rotação em torno de ligações"), existe rotação livre em torno da ligação C-C. Os dois modelos apresentados representam exatamente a mesma molécula; são não Pode desenhar fórmulas estruturais que parecem diferentes, mas se tiver em mente a possibilidade desta rotação livre em torno de ligações simples, deve reconhecer que estas duas estruturas representam a mesma molécula:
No 1,2-dicloroeteno (parte (b) da Figura 13.2 "Rotação em torno de ligações"), no entanto, a rotação restrita em torno da ligação dupla significa que as posições relativas dos grupos substituintes acima ou abaixo da ligação dupla se tornam significativas. Isto leva a um tipo especial de isomerismo. O isómero em que os dois átomos de cloro (Cl) se encontram no mesmo lado da molécula é chamado isómero cis.em que dois grupos substituintes estão ligados do mesmo lado de uma ligação dupla ou de um anel numa molécula orgânica. (Latim cis O isómero com os dois átomos de Cl em lados opostos da molécula é o isómero trans Um isómero no qual dois grupos substituintes estão ligados a lados opostos de uma ligação dupla ou anel numa molécula. (Latim trans , que significa "através") e tem o nome de trans -Estes dois compostos são isómeros cis-trans (ou isómeros geométricos) Isómeros que têm configurações diferentes devido à presença de uma estrutura rígida, como uma ligação dupla ou um anel, e compostos que têm configurações diferentes (grupos permanentemente em locais diferentes no espaço) devido à presença de uma estrutura rígida na sua molécula.
Considere-se o alceno com a fórmula estrutural condensada CH 3 CH=CHCHCH 3 Poderíamos chamar-lhe 2-buteno, mas na realidade existem dois compostos deste tipo; a ligação dupla resulta em isomerismo cis-trans (Figura 13.3 "Modelos de bola e mola de (a) Cis-2-Buteno e (b) Trans-2-Buteno").
Figura 13.3 Modelos de bola e mola de (a) Cis-2-buteno e (b) Trans-2-buteno. Os isómeros cis-trans têm propriedades físicas, químicas e fisiológicas diferentes.
Cis O -2-buteno tem ambos os grupos metilo no mesmo lado da molécula. Trans O -2-buteno tem os grupos metilo em lados opostos da molécula e as suas fórmulas estruturais são as seguintes
Note-se, no entanto, que a presença de uma ligação dupla não conduz necessariamente ao isomerismo cis-trans. Podemos desenhar duas aparentemente diferentes propenos:
No entanto, estas duas estruturas não são realmente diferentes uma da outra. Se pegássemos numa das moléculas da página e a virássemos de cima para baixo, veríamos que as duas fórmulas são idênticas.
Assim, existem dois requisitos para o isomerismo cis-trans:
- A rotação deve ser limitada na molécula.
- Devem existir dois grupos não idênticos em cada átomo de carbono duplamente ligado.
Nestas estruturas de propeno, o segundo requisito para o isomerismo cis-trans não é cumprido. Um dos átomos de carbono duplamente ligados tem dois grupos diferentes ligados, mas as regras exigem que ambos os átomos de carbono têm dois grupos diferentes.
Em geral, as seguintes afirmações são verdadeiras no isomerismo cis-trans:
- Alcenos com um C=CH 2 não existem como isómeros cis-trans.
- Alcenos com um C=CR 2 em que os dois grupos R são os mesmos, não existem isómeros cis-trans.
- Os alcenos do tipo R-CH=CH-R podem existir como isómeros cis e trans; cis se os dois grupos R estiverem no mesmo lado da ligação dupla carbono-carbono, e trans se os dois grupos R estiverem em lados opostos da ligação dupla carbono-carbono.
O isomerismo cis-trans também ocorre em compostos cíclicos. Nas estruturas em anel, os grupos não podem rodar em torno de qualquer uma das ligações carbono-carbono do anel. Por conseguinte, os grupos podem estar ou no mesmo lado do anel (cis) ou em lados opostos do anel (trans). Para os nossos objectivos, representamos todos os cicloalcanos como estruturas planas e indicamos as posições dos grupos, acima ou abaixo daplano do anel.
Exemplo 3
Que compostos podem existir como isómeros cis-trans (geométricos)? Desenhe-os.
- CHCl=CHBr
- CH 2 =CBrCH 3
- (CH 3 ) 2 C=CHCH 2 CH 3
- CH 3 CH=CHCHCH 2 CH 3
Mostrar resposta
Todas as quatro estruturas têm uma ligação dupla e, portanto, cumprem a regra 1 para o isomerismo cis-trans.
1) Este composto satisfaz a regra 2; tem dois grupos não idênticos em cada átomo de carbono (H e Cl num e H e Br no outro). Existe como isómeros cis e trans: 
2) Este composto tem dois átomos de hidrogénio num dos seus átomos de carbono duplamente ligados; não cumpre a regra 2 e não existe como isómeros cis e trans.
3) Este composto tem dois metil (CH 3 ) num dos seus átomos de carbono duplamente ligados. Não cumpre a regra 2 e não existe como isómeros cis e trans.
4) Este composto cumpre a regra 2; tem dois grupos não idênticos em cada e existe na forma de isómeros cis e trans:
