シス (化学)

シス (cis) とトランス (trans): 化合物における置換基の位置関係

シス (cis) とトランス (trans) は、有機化合物や無機化合物において、分子内の2つの置換基の相対的な位置関係を表す重要な立体化学用語です。特に、二重結合を持つアルケンや環状化合物、そして錯体化学において頻繁に使用されます。これらの用語は、分子の構造、性質、反応性に大きな影響を与えます。

幾何異性体：シス-トランス異性体

炭素-炭素二重結合は、通常の状態では自由に回転しません。そのため、二重結合に結合する炭素原子上に異なる置換基が存在する場合、置換基の位置関係によって異なる幾何異性体が存在します。

シス異性体（シス体）は、二重結合を挟んで同じ側に置換基が位置する異性体です。一方、トランス異性体（トランス体）は、置換基が二重結合を挟んで反対側に位置する異性体です。このシス-トランス異性体は、分子の形状や極性、沸点、融点などの物理的性質、さらには反応性にも大きな違いをもたらします。例えば、シス体とトランス体では、分子間の相互作用が異なるため、沸点や融点に差が生じます。また、反応性も異なり、特定の反応に対してはシス体のみが反応する、あるいはトランス体の方が反応しやすいといったケースも存在します。

環状化合物でも同様の幾何異性体が存在し、環の平面に対して置換基が同じ側にあるものをシス体、反対側にあるものをトランス体と呼びます。

立体配座：シス配座

X-A-B-Yという原子配列を持つ分子では、X-A-BとA-B-Yの二面角（2つの平面が成す角度）が0°に近い立体配座をシス配座、あるいは重なり型、シン型、エクリプス型と呼びます。これは二重結合のシス体と似た構造をしています。シス配座は、分子内の原子間の立体的な相互作用に影響を与え、分子の安定性や反応性に影響を与えます。

シス配座は、必ずしも二重結合を持つ化合物に限定されません。単結合を持つ化合物でも、回転障壁などの要因により、特定の配座が安定化し、シス配座として存在する場合があります。

シスとトランスの区別を明確にするために、シソイド (cisoid) という用語が用いられることもあります。例えば、ディールス・アルダー反応では、1,3-ブタジエンはシソイド配座をとることでジエノフィルと反応します。

錯体化学におけるシス配置

錯体化学では、中心金属イオンに配位する配位子の配置を記述する際に、シスとトランスが使われます。特に、平面四配位型の錯体において、2つの同種の配位子が隣り合う位置にある場合をシス配置といいます。対照的に、2つの同種の配位子が互いに反対側に位置する場合をトランス配置といいます。

シスプラチンはシス型錯体の一例であり、その抗がん作用はシス配置に依存しています。トランスプラチンは抗がん作用を示しません。このように、シスとトランスは錯体の性質や機能に大きく影響します。

さらに、配位子が立体的な効果によってシスの位置での配位子交換反応の速度などに影響を与える現象をシス効果と呼びます。

このように、シスとトランスは、有機化合物、無機化合物、錯体化学など、幅広い化学分野で用いられる重要な概念であり、分子の構造、性質、反応性を理解する上で不可欠なものです。それぞれの分野において、シスとトランスの位置関係が、分子の挙動に大きく影響を与えていることに留意する必要があります。

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