Isomeria geomètrica: cis, trans i substituents PAU

Un doble enllaç no garanteix dos isòmers geomètrics

La rotació restringida al voltant d’un doble enllaç permet distingir disposicions espacials, però només quan els substituents de cada carboni són adequats. Mirar la fórmula molecular o trobar C=C no és suficient.

Aquesta pràctica proposa tres exercicis originals per decidir si hi ha isomeria geomètrica, comparar cis i trans i separar aquesta diferència de la isomeria de posició. Treballarem amb alquens senzills, sense anells ni altres elements estereogènics que compliquin el recompte.

El control local que has de fer als dos carbonis

En un alquè acíclic, cada carboni del doble enllaç ha de tenir dos substituents diferents perquè existeixin les dues configuracions geomètriques corresponents. Cal comprovar cada extrem de C=C per separat.

Si un dels carbonis porta dos hidrògens, intercanviar-los no crea una molècula diferent. El mateix passa si porta dos grups metil iguals. No ho arregla que l’altre extrem tingui dos substituents diferents.

En els exemples on cada carboni del doble enllaç té un hidrogen i un grup alquil, podem comparar els grups alquil: al mateix costat, cis; a costats oposats, trans. Per a altres patrons de substitució pot caldre la nomenclatura E/Z amb regles de prioritat; no generalitzarem cis/trans indiscriminadament.

El capítol d’isomeria cis–trans dels alquens d’OpenStax explica la condició estructural. La guia d’enllaç químic i forces intermoleculars pot ajudar-te a situar la pràctica dins del bloc general.

Exercici 1: dues configuracions de l’hex-3-è

Considera aquesta connectivitat:

CH₃–CH₂–CH=CH–CH₂–CH₃.

El doble enllaç és entre els carbonis 3 i 4. Cada carboni de C=C està unit a un hidrogen i a un grup etil, CH₂CH₃. A cada extrem hi ha dos substituents diferents.

Per tant, hi ha dues configuracions geomètriques:

• Cis: els dos grups etil estan al mateix costat del doble enllaç.
• Trans: els dos grups etil estan a costats oposats.

En tots dos casos la connectivitat és la mateixa. No hem traslladat el doble enllaç ni hem canviat quins àtoms estan units. La diferència és la disposició espacial dels substituents al voltant d’aquest doble enllaç.

Una manera de comprovar el dibuix és marcar primer els dos carbonis de C=C i escriure, al costat de cadascun, la parella “H / etil”. Després dibuixa una configuració amb els etils a dalt i una altra amb un a dalt i l’altre a baix.

Girar tot el paper no transforma cis en trans. Aquest gir canvia l’orientació del dibuix, però conserva que els dos grups siguin al mateix costat o a costats oposats. Tampoc una rotació al voltant d’un enllaç simple de la cadena converteix una configuració de C=C en l’altra.

El criteri no exigeix que tota la cadena estigui dibuixada de manera recta. Només cal llegir correctament els substituents directament units a cada carboni del doble enllaç.

Exercici 2: dos alquens que no superen el control

Analitza separadament:

A: CH₂=CH–CH₂–CH₂–CH₃.

B: CH₃–C(CH₃)=CH–CH₃.

A és un alquè terminal. El primer carboni del doble enllaç és CH₂ i porta dos hidrògens iguals. Per això no presenta isomeria geomètrica en aquest doble enllaç.

Que el segon carboni tingui H i una cadena carbonada no és suficient: cal que la condició es compleixi als dos extrems.

A B, un carboni del doble enllaç està unit a dos grups CH₃. Encara que es dibuixin amb orientacions diferents, són substituents químicament iguals. Intercanviar-los no genera una configuració distingible. Per tant, B tampoc presenta aquesta isomeria geomètrica.

El seu nom és 2-metilbut-2-è. El grup de la ramificació no es torna “diferent” del metil de la cadena principal perquè l’hàgim escrit entre parèntesis. La manera d’escollir i dibuixar la cadena no altera la identitat del grup.

Comprovació útil: escriu una llista de dos substituents per a cada carboni de C=C, ignorant si al dibuix apareixen a l’esquerra, a la dreta o entre parèntesis. Aquest control evita confondre posició gràfica amb diferència química.

Exercici 3: isomeria de posició i configuració en un mateix conjunt

Considera només aquestes dues connectivitats, sense buscar tots els alquens possibles de la mateixa fórmula:

Hex-2-è: CH₃–CH=CH–CH₂–CH₂–CH₃.

Hex-3-è: CH₃–CH₂–CH=CH–CH₂–CH₃.

Quantes configuracions geomètriques inclou aquest conjunt restringit?

L’hex-2-è té H i metil en un extrem de C=C, i H i propil en l’altre. Cada extrem presenta substituents diferents, de manera que admet cis i trans.

L’hex-3-è també admet cis i trans, com hem justificat al primer exercici. Així, el conjunt inclou quatre formes: cis-hex-2-è, trans-hex-2-è, cis-hex-3-è i trans-hex-3-è.

Entre cis-hex-2-è i trans-hex-2-è canvia la configuració. Entre hex-2-è i hex-3-è canvia la posició del doble enllaç dins de la cadena. Són dos nivells de comparació que no s’han de barrejar.

No afirmem que existeixin només quatre isòmers amb fórmula C₆H₁₂. Hem limitat expressament el conjunt a dues connectivitats acícliques concretes. Altres cadenes, ramificacions o anells ampliarien el problema.

La fórmula molecular comuna no permet decidir tota sola quines parelles són geomètriques. Primer cal saber si mantenen la mateixa connectivitat i, després, comparar la configuració.

Què no hem deduït de les etiquetes cis i trans

No hem calculat punts d’ebullició ni estabilitats. La disposició espacial pot influir en propietats, però no correspon assignar una regla quantitativa universal només amb aquestes dues paraules.

Tampoc un dibuix pla determina totes les conformacions dels enllaços simples de la cadena. La pràctica identifica configuracions del doble enllaç, no una única forma rígida de tota la molècula.

A la llibreta d’errors, fes dues columnes: “mateixa connectivitat?” i “dos substituents diferents a cada carboni?”. Respon-les abans d’intentar posar cis o trans.

Preguntes freqüents

Qualsevol molècula amb un doble enllaç té cis i trans?

No. En els alquens acíclics estudiats, cada carboni del doble enllaç ha de tenir dos substituents diferents.

Dos grups metil són diferents si un apareix com una ramificació?

No. La forma de dibuixar o anomenar la cadena no converteix dos grups iguals en substituents diferents.

Hex-2-è i hex-3-è són dos isòmers geomètrics entre si?

No. Canvia la posició del doble enllaç, és a dir, la connectivitat. Cadascun pot tenir, al seu torn, les seves configuracions cis i trans.

Identifica els substituents abans de posar una etiqueta

Dibuixa les quatre formes del tercer exercici i comprova a quina connectivitat pertany cadascuna. Després justifica per què els dos contraexemples no generen dues configuracions. Per continuar amb estructura orgànica i isomeria, consulta el curs de Química de les Illes Balears i revisa els continguts i les opcions de compra.