Cis-trans-isomeeria

"Cis-trans"-isomeeria ehk tsiss-trans-isomeeria ehk vananenud väljendiga geomeetriline isomeeria on orgaanilises keemias stereoisomeeria vorm, mis johtub aatomite või aatomirühmade asetusest molekulis sisalduva kaksiksideme või tsüklitasandi suhtes.
Seega on tegu kaksiksideme või tsükli süsinikuaatomitega seotud asendusrühmade ehk substituentide ruumilise paiknemise erinevustega üksteise suhtes. "Cis" tähendab, et asendusrühmad on kaksiksideme või alitsüklilise ringi "samal poolel", ja "trans" tähendab "vastaspooltel". Ka anorgaanilistes kompleksühendites esineb "cis-trans"-isomeeria.
Kuigi enamikus ühendites langeb "cis"-isomeeria kokku Z-isomeeriaga ja "trans"-isomeeria E-isomeeriaga, ei tohi neid kasutada sünonüümidena, kuna esineb ühendeid, kus need isomeerid on erineva ehitusega. "Cis"- ja "trans"-deskriptorite kasutamine on ülevaatlik ja selge lihtsamate (kahe asendusrühmaga) ühendite korral. Kui kaksiksideme või tsükliga on seotud mitu asendusrühma, siis nende täpsemaks määratlemiseks kasutatakse deskriptoreid E (saksa keeles "entgegen") ja Z ("zusammen"). Seejuures võrreldakse asendusrühmade vanemust: kui kaks kõige vanemat rühma on samal pool võrdlustasandit, siis on tegemist Z-isomeeriga, kui eri pooltel, siis E-isomeeriga.
"Cis-trans"-isomeeria võib esineda ka alitsüklilistes ühendites. Need on alifaatsed tsüklilised ühendid. Näiteks võib tuua 1,2-diklorotsükloheksaani. Sellel on kaks kõrvutist süsiniku aatomit seotud kumbki ühe vesiniku ja ühe kloori aatomiga. Kui kloori aatomid on piltlikult öeldes suunatud teineteisest eemale, siis on tegu "trans"-isomeeriga, aga kui teineteise suunas, siis "cis"-isomeeriga (vt juuresolevaid jooniseid).
Skelettvalemitega saab kujutada alkeenide ja tsükliliste ühendite "cis"- ja "trans"-isomeere. Lainelise joonega kujutatakse keemilist sidet siis, kui stereoisomeer ei ole teada või kui tegemist on isomeeride seguga (vt juuresolevaid jooniseid).
"Cis-trans"-isomeeria tuleneb asjaolust, et molekulis esineb nii kaksiksideme kui tsükli korral nendega seotud asendusrühmade ruumis vaba pöörlemise takistus, mis hoiab need rühmad üksteise suhtes fikseerituna.
Füüsikaliste omaduste erinevus.
"Cis"- ja "trans"-isomeerid enamasti erinevad füüsikalistelt ja keemilistelt omadustelt. Need erinevused tekivad üldiselt molekulide erinevast kujust või erinevast üldisest dipoolmomendist.
Need erinevused võivad olla vaevumärgatavad, näiteks sirge süsinikuahelaga alkeenidel. 2-penteeni "cis"-isomeeri keemistemperatuur on +37 °C, "trans"-isomeeril +36 °C. Erinevused on suuremad siis, kui mängu tulevad polaarsed sidemed. Näiteks 1,2-dikloroeteeni keemistemperatuur on +60,3 °C "cis"-isomeeril ja +47,5 °C "trans"-isomeeril. Selles aines ühinevad kahe polaarse süsiniku ja kloori aatomi vahelise sideme dipoolmomendid ja annavad kogu molekulile dipoolmomendi. Seetõttu tekivad sama aine molekulide vahele dipooljõud]], mille lagundamiseks kulub täiendavalt energiat ehk teisisõnu keemistemperatuur muutub kõrgemaks. "Trans"-isomeeril seda ei juhtu, sest kaks kloori sideme dipoolmomenti tühistavad teineteist vastastikku ja molekuli dipoolmoment tervikuna on null (siiski on molekulil olemas nullist erinev kvadrupoolmoment).
Buteendihappe kahe isomeeri omadused on sedavõrd erinevad, et neile on antud täielikult erinevad nimed: "cis"-isomeeri nimetatakse maleiinhappeks ja "trans"-isomeeri fumaarhappeks. Nende sulamistemperatuur on vastavalt +135 °C ja +287 °C, aga näiteks lahustuvus vees vastavalt 788 g/l ja 6,3 g/l. Needki erinevused põhjustab fumaarhappe polaarsus, mis tekitab molekulidevahelisi jõude ja tõstab niimoodi sulamistemperatuuri.
Sümmeetria on ka peamine põhjus, millega seletada oleiinhappe ja elaiinhappe omaduste erinevust. "Cis"-isomeeri oleiinhappe sulamistemperatuur on +13,4 °C, mistõttu see aine on toatemperatuuril vedelik, aga "trans"-isomeeri elaiinhappe sulamistemperatuur on +43 °C, mistõttu see on toatemperatuuril tahkis. Elaiinhappe molekul on suhteliselt sirge, aga oleiinhappe molekul kõver. Sellepärast saab elaiinhappe molekule nii-öelda tihedamalt kokku pakkida, mis tõstab sulamistemperatuuri.
Reeglina on "trans"-isomeerid vähem polaarsed ja rohkem sümmeetrilised ning kõrgema sulamistemperatuuriga kui "cis"-isomeerid. Inertsetes lahustites lahustuvad "trans"-isomeerid üldiselt vähem.
Paljudel juhtudel on "trans"-isomeer stabiilsem kui "cis". "Trans"-isomeeri põlemisel eraldub vähem soojust, mistõttu nad on termokeemiliselt stabiilsemad. Eksisteerib siiski erandeid, näiteks 1,2-difluoroetüleen, 1,2-difluoroaseen FN=NF ning veel mitmed halogeene ja hapnikku sisaldavad etüleenid: nendel on "cis"-isomeer stabiilsem.
Looduslikele molekulidele on iseloomulik "cis"-konfiguratsioon, sünteetilistele molekulidele, vastupidi, "trans"-vorm. Organismid reeglina ei suuda hästi lõhustada "trans"-vorme. Seetõttu peetakse "trans"-rasvasid ebatervislikeks.
E- ja Z-deskriptorid.
E- ja Z-deskriptorid tuletatakse kindlate reeglite (Cahni-Ingoldi-Prelogi reeglid) alusel, kusjuures iga kaksiksidemega seotud asendusrühma korral arvestatakse tema vanemust. Kui kaks kõige vanemat rühma on samal pool kaksiksidet, siis on tegemist Z-isomeeriga, kui eri pooltel, siis E-isomeeriga.