シス-トランス異性体

シス異性体とトランス異性体は、それぞれ異なる物理的性質を持つ。その形状の違いは、双極子モーメント、沸点、そして特に融点に影響を与える。

これらの差は非常に小さい場合があり、例えばペンタ-2-エンのような直鎖アルケンの沸点では、シス異性体では37  ℃ 、トランス異性体では36 ℃です。極性結合が存在する場合、シス異性体とトランス異性体の間の差は大きくなる可能性があり、1,2-ジクロロエテンなどがその例です。この場合、シス異性体の沸点は60.3 ℃ですが、トランス異性体の沸点は47.5 ℃です。^{[ 5 ]}シス異性体では、2つの極性C-Cl結合双極子モーメントが組み合わさって全体の分子双極子となり、分子間双極子-双極子力（またはキーソム力）が生じ、これがロンドン分散力に加わって沸点が上昇します。一方、トランス異性体では、2つのC-Cl結合モーメントが相殺され、分子の正味の双極子モーメントがゼロになるため、このような現象は起こりません（ただし、ゼロではない四重極モーメントは存在します）。   

ブテン二酸の2つの異性体は、その性質が大きく異なる場合が多い。

極性は相対沸点を決定する上で重要な要素であり、強い分子間力は沸点を上昇させます。同様に、対称性は相対融点を決定する上で重要な要素であり、分子の極性を変化させなくても、固体状態でのより良いパッキングを可能にします。この例として、オレイン酸とエライジン酸の関係が挙げられます。シス異性体であるオレイン酸の融点は13.4  ℃で、室温では液体ですが、トランス異性体であるエライジン酸の融点は43  ℃とかなり高く、これはより直線的なトランス異性体の方がより密にパッキングできるためであり、室温では固体です。

したがって、極性が低く対称性が高いトランスアルケンは沸点が低く融点が高く、一般的に極性が高く対称性が低いシスアルケンは沸点が高く融点が低い。

二重結合の結果として生じる幾何異性体、特に両方の置換基が同じ場合、いくつかの一般的な傾向が通常成り立ちます。これらの傾向は、シス異性体では置換基の双極子モーメントが加算されて全体の分子双極子モーメントになるという事実に起因します。トランス異性体では、置換基の双極子モーメントは分子の反対側にあるため打ち消し合います^{[ 6 ]} 。また、トランス異性体はシス異性体よりも密度が低い傾向があります。

一般的な傾向として、トランスアルケンは一般的にシスアルケンよりも対称性が高いため、融点が高く、不活性溶媒への溶解度が低い傾向があります。^{[ 7 ]}

NMR分光法で測定した隣接結合定数（^3JHH）は、トランス異性体（範囲：12～18Hz、典型値：15Hz ）の方がシス異性体（範囲：0～_12Hz、典型値：8Hz）よりも大きい。^{[ 8 ]}    

原則として、2つ以上の異なる置換基を持つアルケンには、シス-トランス表記を用いるべきではありません。代わりに、絶対配置に関するカーン-インゴールド-プレローグ（CIP）優先順位規則に基づき、置換基の優先順位に従ってE - Z表記を用います。IUPAC標準表記であるEとZは、いずれの場合も明確であるため、特に三置換および四置換アルケンにおいて、どの基が互いにシスまたはトランスであるかについての混乱を避けるために有用です。

Z (ドイツ語のzusammenから) は「一緒に」という意味です。E (ドイツ語のentgegenから) は「反対」という意味で「反対の」という意味です。つまり、Zでは優先順位の高い基が互いにシス位にあり、 E では優先順位の高い基が互いにトランス位にあります。分子配置がEまたはZのどちらになるかはCIP 規則によって決定されます。原子番号が大きいほど優先順位が高くなります。二重結合の 2 つの原子それぞれについて、各置換基の優先順位を決定する必要があります。優先順位の高い置換基が両方とも同じ側にある場合は配置はZであり、反対側にある場合は配置はEです。

Because the cis–trans and E–Z systems compare different groups on the alkene, it is not strictly true that Z corresponds to cis and E corresponds to trans. For example, trans-2-chlorobut-2-ene (the two methyl groups, C1 and C4, on the but-2-ene backbone are trans to each other) is (Z)-2-chlorobut-2-ene (the chlorine and C4 are together because C1 and C4 are opposite).

Undefined alkene stereochemistry

Wavy single bonds are the standard way to represent unknown or unspecified stereochemistry or a mixture of isomers (as with tetrahedral stereocenters). A crossed double-bond has been used sometimes; it is no longer considered an acceptable style for general use by IUPAC but may still be required by computer software.^[11]

Diazenes (and the related diphosphenes) can also exhibit cis–trans isomerism. As with organic compounds, the cis isomer is generally the more reactive of the two, being the only isomer that can reduce alkenes and alkynes to alkanes, but for a different reason: the trans isomer cannot line its hydrogens up suitably to reduce the alkene, but the cis isomer, being shaped differently, can.

Coordination complexes with octahedral or square planar geometries can also exhibit cis-trans isomerism.

For example, there are two isomers of square planar Pt(NH₃)₂Cl₂, as explained by Alfred Werner in 1893. The cis isomer, whose full name is cis-diamminedichloroplatinum(II), was shown in 1969 by Barnett Rosenberg to have antitumor activity, and is now a chemotherapy drug known by the short name cisplatin. In contrast, the trans isomer (transplatin) has no useful anticancer activity. Each isomer can be synthesized using the trans effect to control which isomer is produced.

cis- [Co(NH ₃ ) ₄ Cl ₂ ] ⁺およびtrans- [Co(NH ₃ ) ₄ Cl ₂ ] ⁺

式 MX ₄ Y _2で表される八面体錯体にも 2 つの異性体が存在します。(ここで M は金属原子、X と Y は 2 種類の異なる配位子です。)シス異性体では、2 つの Y 配位子が 90° で隣接しており、左側のcis -[Co(NH ₃ ) ₄ Cl ₂ ] ^{+で緑色で示されている 2 つの塩素原子も同様です。右側に示されている}トランス異性体では、2 つの Cl 原子が中心の Co 原子の反対側に位置しています。

_{八面体型 MX 3} Y ₃錯体 における関連する異性体として、面-子午線(またはfac – mer ) 異性体があり、これは異なる数の配位子が互いにシスまたはトランスの位置にあるものです。金属カルボニル化合物は、赤外分光法を用いてfacまたはmerとして特徴付けることができます。