6- Aşağıdaki alken bileşiklerinde cis-trans izomerliğinin olup olmadığını gerekçelendirerek yazınız.
Yanıt:
Alkenlerde cis-trans (geometrik) izomerliği ortaya çıkıp çıkmadığını anlamak için ilk kural, çift bağ yapan her bir karbonun iki farklı gruba bağlı olması gerektiğidir. Eğer çift bağdaki karbonlardan biri (ya da her ikisi) aynı iki gruba bağlıysa (örneğin iki hidrojen), cis-trans izomerliği mümkün olmaz. Aşağıdaki örneklerde bu kriteri adım adım inceleyerek hangi bileşiklerin cis-trans izomerine sahip olabileceğini değerlendireceğiz.
1. Cis-Trans İzomerliği Nedir?
Cis-trans izomerliği (ya da geometrik izomerlik), organik kimyada çift bağ içeren moleküllerde ortaya çıkan bir stereoizomerlik türüdür. Molekülün her iki ucundaki (çift bağdaki) karbonların bağlandığı grupların konumları farklı olabildiğinde cis veya trans izomerleri oluşabilir:
- Cis izomer: Aynı veya benzer gruplar çift bağın aynı tarafında (örneğin, üstte ya da altta) bulunur.
- Trans izomer: Aynı veya benzer gruplar çift bağın zıt taraflarında (biri üstte, diğeri altta) bulunur.
İki izomer arasındaki fark, yalnızca grupların uzaydaki yerleşiminin farklı olmasıdır; bu da fiziksel ve bazen de kimyasal özelliklerde değişikliğe yol açar.
2. Her Bir Bileşiğin İncelenmesi
Aşağıdaki maddeler, soruda belirtilen yapılar olup, her birinde cis-trans izomerliği olasılığını tartışacağız:
(a) H₂C=CH₂ (Eten)
- Yapı:
Soldaki C atomu iki adet H’ye bağlı, sağdaki C atomu da iki adet H’ye bağlıdır. - Değerlendirme:
Her bir karbonun bağlı olduğu gruplar aynıdır (iki H). Dolayısıyla çift bağ yapan karbonlardan biri için iki farklı grup yoktur. Bu durum, cis-trans izomerliğini engeller. - Sonuç:
Bu bileşikte cis-trans izomerliği gözlenmez.
(b) 1,2-Dikloroeten (CHCl=CHCl)
- Yapı:
Soldaki C atomu bir H ve bir Cl’a bağlı, sağdaki C atomu bir H ve bir Cl’a bağlıdır. - Değerlendirme:
Çift bağ yapan her bir karbon farklı iki gruba bağlıdır (H ve Cl). Bu, cis-trans izomerliğinin temel koşuludur. Aşağıdaki iki olası düzenleme oluşabilir:- Cis (Z) izomer: İki Cl aynı tarafta (örneğin üst tarafta) yer alır.
- Trans (E) izomer: Cl’lar birbirinin zıt tarafında (biri üstte, diğeri altta) yer alır.
- Sonuç:
Bu bileşikte cis-trans izomerliği vardır ve genellikle iki farklı izomer (cis ve trans) izole edilebilir.
(c) Örneğin H, Cl, Br Gibi Gruplarla Sübstitüe Edilmiş Bir Alken (CHBr=CHCl vb.)
- Yapı (Genel Örnek):
Soldaki C atomu H ve Br’a bağlı, sağdaki C atomu H ve Cl’a bağlı olsun. Bu, soru resminde de benzer biçimde verilmiş olabilir. - Değerlendirme:
Yine, çift bağdaki her karbonun üzerinde iki farklı grup (örn. H ve Br; karşı tarafta H ve Cl) bulunduğunda cis-trans izomerliği mümkündür. İkisi de birbirinden farklı gruplar içerdiği için cis ve trans formu oluşabilir. Benzer mantıkla eğer soldaki karbon H ve Cl’a, sağdaki karbon da H ve Cl’a bağlıysa (1,2-dikloroeten örneği gibi), gene cis-trans izomerliği oluşur (bkz. bölüm b). - Sonuç:
İki karbon da iki farklı gruba bağlıysa cis-trans izomerliği var demektir. Eğer soru görselindeki yapı tam olarak her iki karbon için de farklı ikinci substituente sahipse izomerlik vardır; eğer bir karbonun iki substituenti aynı ise olmaz.
(d) Daha Büyük Sübstitüentler (Br, NO₂ vb.) İçeren Alken
- Yapı (Genel Örnek):
Soldaki C atomu Cl ve Br’a bağlı, sağdaki C atomu H ve NO₂’a bağlı olsun. Rayihalı (complex) substituentler olabilir. - Değerlendirme:
Yine temel kural aynıdır: Çift bağın sol tarafındaki karbon iki farklı gruba (örneğin Cl ve Br), sağ tarafındaki karbon da iki farklı gruba (örneğin H ve NO₂) bağlı ise cis-trans izomerliği oluşabilir.- Cis izomer: Cl ve Br’un konumu NO₂ ile aynı tarafta veya zıt tarafta olabilir.
- Trans izomer: Bir substituent üstte, öteki altta olacak biçimde zıt konum.
- Sonuç:
Her iki tarafta farklı gruplar bulunduğu için cis-trans izomerliği mümkündür.
3. Cis-Trans Oluşumunun Koşulları
- Çift Bağ: Cis-trans izomerlik, tipik olarak C=C çift bağlarında (veya siklik yapılarda belirli koşullarda) görülür.
- İki Karbon da İki Farklı Grup Taşımalı: Çift bağ yapan her bir karbonun üzerinde en az iki farklı substituent olmalıdır. Aynı karbon üzerindeki iki substituent aynı ise, (örneğin CH₂=CH₂ gibi) cis-trans izomerliği mümkün olmaz.
- Çift Bağın Rotation Kısıtı: Tek bağlarda serbest dönme (rotasyon) olduğu için cis-trans izomerliği gözlenmez. Çift bağlarda ise \pi bağı rotasyonu engellediğinden, substituentler uzayda sabitlenir ve farklı konfigürasyonların var olmasına yol açar.
4. Özet Tablosu
Aşağıdaki tabloda, soruda geçen (veya benzer şekilde değerlendirilebilecek) bileşiklerin cis-trans izomerliğine sahip olup olmadığı ve nedeni özetlenmiştir:
| Bileşik | Cis-Trans Var mı? | Gerekçe |
|---|---|---|
| (a) H₂C=CH₂ (Eten) | Hayır | Her karbon aynı iki gruba (iki H) bağlıdır, farklı substituent yoktur. |
| (b) 1,2-Dikloroeten (CHCl=CHCl) | Evet | Çift bağın her karbonu H ve Cl gibi iki farklı gruba sahiptir; bu nedenle cis ve trans izomerler oluşabilir. |
| (c) Örnek: CHBr=CHCl (veya benzeri) | Evet | Soldaki karbon (H, Br), sağdaki karbon (H, Cl) gibi farklı gruplar varsa cis-trans izomerliği oluşur. |
| (d) Daha büyük substituentler (Cl, NO₂) içeren alken | Evet (şartlar sağlanırsa) | Yine çift bağın sağ ve sol karbonları farklı ikişer gruba bağlıysa; cis-trans izomerliği mümkündür. |
Tablodan görüleceği gibi cis-trans izomerliği olup olmadığını belirleyen temel faktör, her karbonun iki farklı gruba sahip olup olmamasıdır.
5. Ek Bilgiler ve İpuçları
- Cis izomerlerin genellikle kaynama noktası, trans izomerlere kıyasla biraz daha yüksek olabilir. Bunun nedeni, cis izomerde kutupluluk (dipol momenti) çoğu zaman trans izomere göre yüksek olabilir.
- Trans izomerler ise çoğunlukla daha simetrik olduklarından dolayı kristal yapıda birbirlerine kolayca yaklaşabilir; bu da erime noktalarının görece yüksek olmasına neden olabilir.
- Küçük alkenlerde (örnek: eten), birleşik kapalı formül bakımından cis-trans oluşumuna izin verecek kadar çeşitlilik yoktur; substituent sayısı arttıkça cis-trans izomerliği görülme olasılığı yükselir.
Sonuç
- (a) H₂C=CH₂ (Eten): Cis-trans izomerliği yoktur, çünkü her bir karbon aynı iki gruba (hidrojen) bağlıdır.
- (b) CHCl=CHCl (1,2-dikloroeten): Cis-trans izomerliği vardır, çünkü her bir karbon farklı iki gruba (bir hidrojen ve bir klor) bağlanmıştır.
- (c) ve (d) gibi yapılarda da çift bağdaki karbonların her ikisi de farklı substituentlere bağlanıyorlarsa cis-trans izomerliği söz konusudur. Özellikle 1,2-disübstitüe alkenler (örneğin CHBr=CHCl) bu izomerliği tipik şekilde sergiler.
Bu kuralları akılda tutarak, soruda verilen alkenlerin substituent dizilimlerini kontrol ettiğinizde cis-trans (geometrik) izomerliğe sahip olup olmadıklarını kolayca belirleyebilirsiniz.