Номер 143, страница 44 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

2.143. В чём разница между цис-/транс- и E/Z-номенклатурой? В каких случаях цис-/транс-номенклатура неприменима?

В чём разница между цис-/транс- и E/Z-номенклатурой?

Обе номенклатуры, цис-/транс- и E/Z-, используются для описания пространственной конфигурации заместителей у атомов углерода, связанных двойной связью (геометрическая изомерия). Основное различие между ними заключается в принципе, на котором они основаны, и, как следствие, в области их применимости.

Цис-/транс-номенклатура — это более старая и простая система. Она основана на сравнении взаимного расположения двух одинаковых или похожих групп-заместителей относительно плоскости двойной связи. В этой системе выделяют цис-изомер (от лат. cis – «по эту сторону»), у которого одинаковые заместители находятся по одну сторону от плоскости двойной связи, и транс-изомер (от лат. trans – «через», «напротив»), у которого эти заместители расположены по разные стороны. Классическим примером является бутен-2 ($CH_3-CH=CH-CH_3$), который существует в виде цис- и транс-изомеров в зависимости от расположения метильных групп ($CH_3$).

E/Z-номенклатура — это более современная, универсальная и строгая система, основанная на правилах старшинства Кана-Ингольда-Прелога (CIP). В этой системе для каждого из двух атомов углерода двойной связи определяется старшинство его заместителей. Старшинство основано на атомном номере элемента, непосредственно связанного с углеродом двойной связи (чем больше атомный номер, тем выше старшинство). Затем сравнивается положение старших заместителей. Z-изомер (от нем. zusammen – «вместе») — это изомер, у которого два старших заместителя находятся по одну сторону от плоскости двойной связи. E-изомер (от нем. entgegen – «напротив») — это изомер, у которого два старших заместителя находятся по разные стороны.

Таким образом, ключевое различие в том, что цис-/транс- система сравнивает положение одинаковых групп, а E/Z- система сравнивает положение групп с наивысшим приоритетом, определённым по строгим правилам. E/Z-номенклатура является абсолютно универсальной, в то время как цис-/транс-номенклатура имеет ограничения.

Ответ:Цис-/транс-номенклатура описывает относительное положение одинаковых или сходных заместителей у двойной связи (по одну сторону — цис, по разные — транс). E/Z-номенклатура является более универсальной и основана на правилах старшинства Кана-Ингольда-Прелога: она описывает положение двух старших заместителей у каждого атома углерода двойной связи (по одну сторону — Z, по разные — E).

В каких случаях цис-/транс-номенклатура неприменима?

Цис-/транс-номенклатура становится неприменимой или приводит к неоднозначности в тех случаях, когда у атомов углерода при двойной связи нет двух одинаковых заместителей для сравнения. Это происходит, когда с двойной связью соединены три или четыре различных заместителя.

Например, для молекулы 1-бром-1-хлор-2-фторэтена ($C(Br,Cl)=C(H,F)$) невозможно однозначно применить цис-/транс-номенклатуру. У первого атома углерода находятся заместители бром ($Br$) и хлор ($Cl$), а у второго — фтор ($F$) и водород ($H$). Все четыре заместителя различны. Неясно, взаимное расположение какой пары заместителей следует описывать: $Br$ и $F$? Или $Cl$ и $H$? Выбор любой пары является произвольным и может привести к путанице.

В таких сложных случаях необходимо использовать E/Z-номенклатуру, которая дает однозначный ответ. Для приведённого примера определим старшинство заместителей:
1. У первого атома углерода ($C_1$): старшинство $Br$ (атомный номер 35) > $Cl$ (атомный номер 17).
2. У второго атома углерода ($C_2$): старшинство $F$ (атомный номер 9) > $H$ (атомный номер 1).
Следовательно, изомер, у которого старшие группы ($Br$ и $F$) находятся по одну сторону, будет (Z)-изомером, а тот, у которого они по разные стороны, — (E)-изомером.

Также стоит отметить, что любая номенклатура для описания геометрической изомерии (и цис-/транс-, и E/Z-) неприменима, если у одного из атомов углерода при двойной связи находятся два одинаковых заместителя (например, в 1,1-дихлорэтене $CH_2=CCl_2$ или пропене $CH_3-CH=CH_2$). В таких молекулах геометрическая изомерия в принципе невозможна.

Ответ:Цис-/транс-номенклатура неприменима для алкенов, у которых при двойной связи находятся три или четыре различных заместителя, поскольку в этом случае отсутствует пара одинаковых групп, чьё взаимное расположение можно было бы однозначно описать как цис- или транс-.