Cis-trans isomerie

Hoofdstuk 12
Begrippen
Valentie- elektronen
elektronen in de buitenste baan
 Bindende elektronenpaar
twee elektronen die samen een
atoombinding vormen
 Niet- bindende elektronenpaar
Vrij elektronepaar

Lewisstructuren
8 elektronen in de buitenste schil zorgt
voor verhoogde stabiliteit
 Alleen de valentie- elektronen spelen
hierbij een rol

Een Lewisstructuur tekenen gaat op dezelfde
manier als een structuurformule, alleen moet
je ook rekening houden met de niet- bindende
elektronenparen (vrije elektronenparen).





Stap 1:
Bepaal het aantal valentie elektronen van alle atomen,
tel hierbij eventuele negatieve ladingen op, of trek hier
eventuele positieve ladingen vanaf.
Stap 2:
Bepaal het aantal elektronen voor een volle
buitenste schil van alle atomen.
Stap 3:
Stap 2 – stap 1 = aantal bindende elektronen.
Delen door twee: aantal bindende elektronenparen =
bindingen.
Stap 4:
Teken de bindende elektronenparen tussen de atomen.
Stap 5:
Teken de overgebleven valentie- elektronen als vrije
elektronenparen volgens octetregel.
CO2





Stap 1: totale aantal valentie- elektronen= 16
Stap 2: nodig: 24 elektronen
Stap 3: 24- 16= 8 bindende elektronen (4 paren/ bindingen)
Stap 4: 4 atoombindingen tekenen
Stap 5: 8 niet- bindende elektronen (4 paren) over voor
octet- regel

Als het centrale atoom P, N of S is, kan
het aantal omringende elektronen soms
groter zijn dan acht. Je spreekt dan van
een uitgebreid octet
Het tekenen van een lewisstructuur

Tekenen van Lewisstructuren
Formele lading
De lading van 1 atoom in een
samengesteld ion.
 De formele ladingen van alle atomen
opgeteld is de totale lading van dit
samengesteld ion.
 Wordt bepaald met behulp van de
Lewis- structuur.

Bepalen van de formele lading



Stap 1
Bepaal het totale aantal elektronen rond elk
atoom (bindend: 1; vrij: 2)
Stap 2
Bepaal het aantal valentie- elektronen van elk
atoom
Stap 3
Formele lading=
aantal valentie- elektronen - het aantal elektronen
(stap 2)
(stap 1)
Voorbeeld


Bereken de formele ladingen van het
carbonaat- ion
O: Stap 1: 6 + 1= 7
Stap 2 : O heeft 6 valentie- elektronen
Stap 3 : Formele lading: 6- 7= -1
C: Stap 1: 4
Stap 2: 4
Stap 3: 4- 4= 0
O: Stap 1: 4 + 2
Stap 2: 6
Stap 3: 6- 6= 0
VSEPR- methode

Tel het aantal atomen dat gebonden is aan het
centrale atoom. Tel hierbij het aantal vrije (niet
bindende) elektronenparen van het centraal
atoom op.
Het totaal is het omringingsgetal

Omringingsgetal 2 = lineaire structuur (180 °),
Omringingsgetal 3 = driehoek (120 °),
Omringingsgetal 4 = tetraëder (109°).
Voorbeeld: NH3
Aantal atomen gebonden aan N: 3
Aantal vrije elektronenparen : 1
Dus omringingsgetal = 4
(waaruit je kunt concluderen dat dit
een tetraëderische bouw is)
Ammoniak
1 Ruimtelijke structuren
3. Etheen bijvoorbeeld als
H
H
C
H
H
C
C
H
H
alles in vlak van tekening
hoeken 120º
C
H
H
vlak molecuul, niet in
vlak van tekening
hoeken in werkelijkheid
nog steeds 120º
Dipolen

Macro- niveau:
SO2 goed oplosbaar in water, CO2
niet.
Micro- niveau:
SO2 kan wel dipool- dipool bindingen
vormen, CO2 niet (lineair, heffen
elkaar op)
Partiële lading
ᵹ ᵹ+
 Mogen elkaar niet opheffen
 Dipool- moleculen

Mesomerie (resonantie)

Soms geeft de Lewis-berekening niet
altijd een eenduidige oplossing omdat er
meer dan één manier is waarop we de
elektronenparen over het molecuul
kunnen verdelen.
Een goed voorbeeld daarvan is het
azide-ion N3-.
BE: 3 x 8
= 24
VE: 3 x 5 + 1= 16 / 2 = 8 TP
8 / 2 = 4 GP –
4 EP
We kunnen de gedeelde paren ofwel als
twee dubbele bindingen verdelen ofwel als
een enkele en een driedubbele binding.
Dat laatste geeft aanleiding tot twee
structuren die elkaar spiegelbeeld zijn.
Dit worden ook wel mesomere
grensstructuren of resonantiestructuren
genoemd.
Mesomere grensstructuren
Eén molecuul met verschillende Lewisstructuren
 Hoe meer mesomere grensstructuren
een molecuul of ion heeft, hoe stabieler
het is.
 In het algemeen geldt dat de structuur
met de minste formele lading de juiste
is.


Een voorbeeld van een ion met resonantiestructuren is het
carbonaat- ion CO32-
Lewis- berekening
BE: 4 x 8
= 32
VE: 3 x 6 + 2= 24 / 2 = 12 TP
8 / 2 = 4 GP –
8 EP
GP=4 betekent dat er één dubbele en twee enkele bindingen
moeten zijn, maar voor de dubbele binding hebben we keuze
tussen drie zuurstofatomen.
Er zijn daarom drie geheel gelijkwaardige Lewis-structuren.
De zuurstofatomen aan de enkele binding hebben een formele
lading van -1.
Stereochemie
Cis-trans isomerie
 Enkele C-C-binding: vrij draaibaar
Cl
H
C
"3D"
Cl
H
is hetzelfde
molecuul als
H
Cl
C
H
H
C
C
H
H
Cl
H
2D
H
Cl
Cl
C
C
H
H
H
=
H
Cl
H
C
C
H
Cl
H
Cis-trans isomerie
 Dubbele C=C-binding: starre binding
geen vrije draaibaarheid
Cl
H
C
"3D"
Cl
H
is niet hetzelfde
molecuul als
H
Cl
C
H
H
C
C
H
H
Cl
H
Cl
2D
Cl
C
H
C
H
H
Cl
=
C
H
C
Cl
Cis-transisomerie
Bij starre bindingen treedt cis-transisomerie op
Cl
Cl
C
H
C
H
cis-1,2-dichlooretheen
("cis" = aan dezelfde zijde)
H
Cl
=
C
H
C
Cl
trans-1,2-dichlooretheen
("trans" = aan de andere zijde)
Centrale vraag (aldoor):
kun je het molecuul zo draaien ‘m over de ander heen kunt leggen?
Ja? Dan identiek molecuul!
Nee? Dan een isomeer!
Cis-trans isomerie
Ook cyclische moleculen (zónder C=C) zijn star!
Cl
H
Cl
Cl
=
H
cis-1,2-dichloorcyclobutaan
H
trans-1,2-dichloorcyclobutaan
Voor overzicht: vaak H's weggelaten en hoekpunten zijn C's
Teken zelf in toetsen altijd de C's wél en H's minimaal met streepjes
H
Cl
Cis-trans isomerie
molecuulformule is gelijk, maar
structuurformule niet: isomerie
Structuurisomerie:
Verschil in volgorde atomen :
1. vertakt/onvertakt
(butaan vs. methylpropaan)
2. plaats van karakteristieke groep
(butaan-1-ol vs. Butaan-2-ol)
3. verschillende klassen
(ethers CnH2n+2O zijn isomeer
met alcoholen CnH2n+2O)
Stereo-isomerie:
volgorde atomen gelijk, maar verschil in
3D-oriëntatie atomen:
1. cis-trans- isomerie
2. spiegelbeeld- isomerie
Stereochemie: Cis/Trans-isomerie
Maakt het uit of een van de
H-atomen beneden of boven
aan de dubbele binding
zitten ??
Nee !!
Maakt het uit of een van de
H-atomen beneden of boven
aan de dubbele binding
zitten ??
Ja !
30
Stereochemie: Cis/Trans-isomerie
H beide boven of onder
Cis-1,2-dichlooretheen
1 H boven en 1 H onder
Trans-1,2-dichlooretheen
Als links én rechts van de dubbele binding TWEE
verschillende groepen zitten zijn er 2 ruimtelijke vormen
van dit molecuul
Stereochemie: Cis/Trans-isomerie
F beide boven of onder
Cis-1,2difluorcyclobutaan
1 F boven en 1 F onder
Trans-1,2difluorcyclobutaan
Van een cyclomolecuul waarbij aan 2 C-atomen TWEE
verschillende groepen zitten zijn er 2 ruimtelijke vormen
van dit molecuul
Stereochemie
Spiegelbeelden
Je handen lijken op elkaar, maar zijn niet precies
hetzelfde. Probeer ze maar eens over elkaar te leggen
met de handpalmen naar boven. Je ziet dat de duimen
dan altijd in verschillende richtingen wijzen. Dit komt
omdat de handen een asymmetrische, chirale vorm
hebben.
Er is pas sprake van twee verschillende
spiegelbeelden als er een asymmetrisch
koolstofatoom in het molecuul zit.
Een asymmetrisch C-atoom is een
koolstofatoom waaraan vier verschillende
groepen zitten.
Stereochemie: spiegelbeelden
1 ruimtelijke vorm
CH4
CH3F
2 ruimtelijke vormen van CHFClBr
CH2FCl
Stereochemie: spiegelbeelden
1 ruimtelijke vorm: CH4, CH3F, CH2FCl
2 ruimtelijke vormen van CHFClBr
Als aan een atoom 4 verschillende groepen zitten
heeft dit molecuul een spiegelbeeld isomeer
Stereochemie: spiegelbeelden
Hoeveel spiegelbeeld-isomeren zijn er van deze moleculen
2x
1x
• Aspartaam
mlavd@BCEC
39