Ισομέρεια cis/trans

Ισομέρεια Cis/trans (γεωμετρική ισομέρεια (geometric isomerism, configurational isomerism)) είναι ένας όρος που χρησιμοποιείται στην οργανική χημεία για να αναφερθεί στη στερεοϊσομέρεια (stereoisomerism) που δημιουργείται από τον σχετικό προσανατολισμό των χαρακτηριστικών ομάδων σε ένα μόριο. Δεν πρέπει να συγχέεται με την ισομέρεια E/Z (isomerism E/Z), που είναι μια απόλυτη στερεοχημική περιγραφή και χρησιμοποιείται μόνο για τα αλκένια. Γενικά, τέτοια ισομερή περιέχουν διπλούς δεσμούς που δεν μπορούν να περιστραφούν, ή μπορεί να περιέχουν δομές δακτυλίου, όπου η περιστροφή των δεσμών περιορίζεται ή εξουδετερώνεται.  Τα Cis and trans ισομερή εμφανίζονται και σε οργανικά μόρια και σε ανόργανα σύμπλοκα συναρμογής. Οι περιγραφείς Cis και trans δεν χρησιμοποιούνται για ισομέρεια διαμόρφωσης (conformational isomerism), όπου οι δύο γεωμετρικές μορφές αλληλομετατρέπονται εύκολα, όπως στις περισσότερες δομές ανοικτής αλυσίδας με απλό δεσμό· αντίθετα, θα πρέπει να χρησιμοποιούνται οι όροι “συν (syn)” και “αντί (anti)”.
Οι όροι “cis” και “trans” προέρχονται από τα λατινικά, όπου cis σημαίνει "σε αυτήν την πλευρά" και trans σημαίνει "στην άλλη πλευρά" ή "κατά πλάτος". Ο όρος "γεωμετρική ισομέρεια (geometric isomerism)" θεωρείται απόλυτο συνώνυμο του όρου "ισομέρεια cis/trans" από την IUPAC.

Σταθερότητα

Συνήθως, στα άκυκλα συστήματα τα trans ισομερή είναι πιο σταθερά από τα cis. Αυτό συνήθως οφείλεται σε αυξημένες δυσμενείς στερεοχημικές αλληλεπιδράσεις των υποκαταστατών στα cis ισομερή. Συνεπώς, τα trans ισομερή έχουν μικρότερη εξώθερμη θερμότητα καύσης (heat of combustion), που δείχνει μεγαλύτερη θερμοχημική σταθερότητα. Στα δεδομένα Benson η θερμότητα σχηματισμού προσθετικότητας ομάδας (heat of formation group additivity) τα cis ισομερή έχουν μικρότερη σταθερότητα κατά 1,10 kcal/mol. Εξαιρέσεις σε αυτόν τον κανόνα υπάρχουν, όπως το 1,2-διφθοροαιθυλένιο, το 1,2-διφθοροδιαζένιο (FN=NF) και αρκετά άλλα υποκατεστημένα από αλογόνο ή οξυγόνο αιθυλένια. Σε αυτές τις περιπτώσεις, το cis ισομερές είναι πιο σταθερό από το trans. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται φαινόμενο cis.

Σημειογραφία E/Z

Το σύστημα ονομασίας ισομερών αλκενίων cis/trans πρέπει γενικά να χρησιμοποιείται μόνο με δύο διαφορετικούς υποκαταστάτες στον διπλό δεσμό, έτσι ώστε να μην υπάρχει σύγχυση ως προς το ποιος υποκαταστάτης περιγράφεται σχετικά με ποιόν. Για τις πιο περίπλοκες περιπτώσεις, η ονομασία cis/trans βασίζεται γενικά στη μεγαλύτερη ανθρακική αλυσίδα όπως απεικονίζεται στο όνομα της ρίζας του μορίου (δηλαδή, μια επέκταση της τυπικής οργανικής ονοματολογίας για τη γονική δομή). Οι τυπικές ονομασίες της IUPAC E/Z είναι σαφείς σε όλες τις περιπτώσεις και είναι συνεπώς ιδιαίτερα χρήσιμες για τρι- και τετρα- υποκατεστημένα αλκένια για να αποφευχθεί κάθε σύγχυση ταυτοποίησης των ομάδων ως cis ή trans μεταξύ τους. Z (από το γερμανικό zusammen) που σημαίνει "μαζί". E (από το γερμανικό entgegen) που σημαίνει "αντίθετο". Δηλαδή, το Z έχει τις υψηλότερης προτεραιότητας ομάδες cis μεταξύ τους και το E έχει τις υψηλότερης προτεραιότητας ομάδες trans μεταξύ τους. Επειδή τα συστήματα cis/trans και E/Z συγκρίνουν διαφορετικές ομάδες στο αλκένιο, δεν είναι απολύτως αληθές ότι το Z αντιστοιχεί στο cis και το E αντιστοιχεί στο trans. Παραδείγματος χάρη, στο trans-2-χλωροβουτ-2-ένιο (οι δύο μεθυλομάδες, C1 και C4, στο σκελετό βουτ-2-ένιο είναι trans μεταξύ τους) είναι (Z)-2-χλωροβουτ-2-ένιο (το χλώριο και το C4 είναι μαζί επειδή C1 και C4 είναι αντίθετα).
Εάν μια μοριακή διαμόρφωση χαρακτηρίζεται ως E ή Z καθορίζεται από τους κανόνες προτεραιότητας Cahn-Ingold-Prelog· στους υψηλότερους ατομικούς αριθμούς δίνεται υψηλότερη προτεραιότητα. Για καθένα από τα δύο άτομα του διπλού δεσμού, είναι αναγκαίο να καθοριστεί η προτεραιότητα κάθε υποκαταστάτη. Εάν και οι δυο υποκαταστάτες υψηλότερης προτεραιότητας είναι στην ίδια πλευρά, η διάταξη είναι Z· εάν είναι σε αντίθετες πλευρές, η διάταξη είναι E.

Ανόργανη χημεία

Η ισομέρεια Cis/trans μπορεί να συμβεί επίσης σε ανόργανες ενώσεις, κυρίως σε διαζένια και ενώσεις συναρμογής (coordination compounds).