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シス-トランス異性体（幾何異性体とも呼ばれる、分子内の原子の特定の配置を表します。接頭辞「 cis」と「 trans」は、それぞれラテン語の「こちら側」と「反対側」に由来します。 [ 1 ]化学の文脈では、 cisは官能基（置換基）が平面の同じ側にあることを示し、 transはそれらが反対（横方向）側にあることを示します。シス-トランス異性体は立体異性体、つまり、同じ式を持つが官能基が三次元空間で異なる向きにある分子のペアです。 シス異性体とトランス異性体は、有機分子と無機配位錯体の両方に存在します。シスとトランスの記述子は、2つの幾何形が容易に相互変換する配座異性体の場合（ほとんどの開鎖単結合構造など）には使用されず、代わりに「 syn」と「 anti」という用語が使用されます。
IUPACによると 、「幾何異性体」は「シス-トランス異性体」の廃れた同義語である。[ 2 ]
シス-トランス異性体または幾何異性体は、配置異性体の一種として分類される。[ 3 ]
多くの場合、シス-トランス立体異性体は二重結合または環状構造を含みます。どちらの場合も、結合の回転は制限または阻止されます。[ 4 ]置換基が同じ方向に配向している場合、ジアステレオマーはシスと呼ばれ、置換基が反対方向に配向している場合、ジアステレオマーはトランスと呼ばれます 。シス-トランス異性を示す小さな炭化水素の例は、ブト-2-エンです。1,2-ジクロロシクロヘキサンも別の例です。
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 ]
通常、非環状系では、トランス異性体はシス異性体よりも安定です。この違いは、シス異性体の置換基の不利な立体相互作用に起因します。したがって、トランス異性体は発熱量が少なく、熱化学的に安定であることを示しています。[ 7 ]ベンソン生成熱グループ加算性データセットでは、シス異性体は1.10 kcal/molの安定性ペナルティを受けます。この規則には例外があり、1,2-ジフルオロエチレン、1,2-ジフルオロジアゼン（FN=NF）、およびその他のいくつかのハロゲン置換および酸素置換エチレンなどです。これらの場合、シス異性体はトランス異性体よりも安定です。[ 9 ]この現象はシス効果と呼ばれます。[ 10 ]
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。
cis - trans系とE - Z系はアルケン上の異なる基を比較するため、厳密にはZがcisに対応し、Eがtransに対応するとは限りません。例えば、trans -2-クロロブト-2-エン（ブト-2-エン骨格上の2つのメチル基C1とC4が互いにトランス位にある）は、（ Z）-2-クロロブト-2-エン（C1とC4が反対側にあるため、塩素とC4が一緒になる）です。
波状の単結合は、未知または未指定の立体化学、あるいは異性体の混合物（四面体立体中心など）を表す標準的な方法です。交差二重結合が使用されることもありますが、IUPACではもはや一般的な使用方法として認められていませんが、コンピュータソフトウェアではまだ必要とされる場合があります。[ 11 ]
シス-トランス異性体は無機化合物にも起こりうる。
ジアゼン類（および関連するジホスフェン類）もシス-トランス異性体を示すことがあります。有機化合物と同様に、シス異性体は一般的に2つのうち反応性が高く、アルケンやアルキンをアルカンに還元できる唯一の異性体ですが、その理由は異なります。トランス異性体は水素原子をアルケンを還元するのに適した位置に並べることができませんが、シス異性体は形状が異なるためそれが可能なのです。
八面体構造または正方形平面構造を持つ配位錯体も、シス-トランス異性体を示すことがある。
例えば、アルフレッド・ヴェルナーが1893年に説明したように、平面四角形Pt(NH 3 ) 2 Cl 2には2つの異性体が存在します。シス異性体（正式名称はシス-ジアミンジクロロ白金(II)）は、1969年にバーネット・ローゼンバーグによって抗腫瘍活性を持つことが示され、現在ではシスプラチンという略称で知られる化学療法薬となっています。一方、トランス異性体（トランスプラチン）には有用な抗がん活性はありません。どちらの異性体を生成するかを制御するために、トランス効果を利用してそれぞれの異性体を合成することができます。
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。