Eine Doppelbindung ist eigentlich nur ein Sonderfall der ringförmigen Verbindungen, nämlich sozusagen eine Zweiringverbindung. Bei Ringen mit mehreren Ringgliedern ergibt sich gleichfalls eine Einschränkung der freien Drehbarkeit und damit die Möglichkeit des Auftretens von Cis-Trans-Isomeren.

Die etwas schwierigen Verhältnisse dieser Isomeriform an Ringsystemen können mit Hilfe von Molekülmodellen sehr leicht verständlich gemacht werden. Die erworbenen Kenntnisse können in der Biochemie nützlich werden.

Am Beispiel des relativ übersichtlichen Zyklopentan-Ringsystems wollen wir zuerst noch einmal zeigen, dass die freie Drehbarkeit durch den Ringschluss eingeengt ist.

Wir stecken einen roten Markierungsstab an einen Kohlenstoffatom des Ringsystems an. Am benachbarten Kohlenstoffatom lassen sich dann zwei Möglichkeiten aufweisen. Den zweiten Stab anzubringen. Er kann entweder in Cis-Stellung oder in Trans-Stellung zum ersten Stab stehen.

Eine gleichwertige Aussage ist auch noch, dass Cis-ständige Substituenten auf der gleichen Seite der Ringebene, Trans-ständige auf der gegenüberliegenden Seite der Ringebene stehen.

Es braucht wohl nicht gesagt zu werden, wo hier die Ringebene ist.

Beim Zyklohexan sind die Verhältnisse ein klein wenig komplizierter. Wir sehen hier das Modell des Rings dieses Kohlenwasserstoffs ohne die Symbole für den in diesem Zusammenhang wenig interessierenden Wasserstoff.

Wir wollen zuerst einmal feststellen, wo hier die Ringebene liegt. Sie wird offensichtlich durch die vier Kohlenstoffatome gebildet, die in einer Ebene liegen.

In Bezug auf einen Substituenten an einem Kohlenstoffatom kann ein zweiter Substituent am Nachbarkohlenstoffatom entweder in Trans-Stellung stehen oder in Cis-Stellung. Auch hier gilt, dass zwei auf der gleichen Seite der Ringebene befindliche Substituenten Cis-ständig zueinander sind,

während zwei Liganden, die auf verschiedene Seiten der Ringebene weisen, in Trans-Stellung zueinander stehen. In der Nomenklatur gibt es noch eine Abkürzung, die wir auch noch vorstellen wollen,

weil sie in der modernen Pharmakologie in immer stärkerem Maß eine Rolle zu spielen beginnt. Ein einzelner Substituent kann in Relation zur Ringebene senkrecht zu ihr stehen. Man nennt das Axial. Andererseits kann ein Ligand auch in equatorialer Stellung stehen.

Man kürzt die jeweiligen Stellungen nach der englischen Bezeichnung jeweils mit A oder E ab.

Zwei Substituenten, die am Zyklohexan-Ringsystem benachbar zueinander stehen, sind Cis-ständig. Wenn sie Axial-Equatorial oder Equatorial-Axial stehen.

Sie stehen in Trans-Stellung zueinander, wenn sie entweder Axial-Axial oder Equatorial-Equatorial zueinander stehen.

Diese Aussagen gelten aber nur für Substituenten, die an benachbarten Kohlenstoffatomen des Rings, also in 1-2 Stellung zueinander stehen.

Wir wollen uns nun die Verhältnisse bei 1-3 Stellung am Zyklohexan-Ring ansehen, weil dieser Fall zum Beispiel in der Zuckerchemie wichtig wird.

Stehen die beiden in 1-3 Stellung zueinander befindlichen Liganden beide equatorial, dann sehen sie auf die gleiche Seite der Ringebene. Sie sind damit Cis-ständig. Stehen sie beide Axial, dann liegt auch Cis-Ständigkeit vor.

Transständig sind die Kombinationen Axial-Equatorial und Equatorial-Axial.

Wir sehen hier die Ergebnisse noch einmal zusammengestellt. Die Aussagen der Tabelle gelten auch, wenn man das Zyklohexan in die sogenannte Wannenform umwandelt.

Wir wollen ausdrücklich erwähnen, dass diese Überlegungen nur für gesättigte Ringsysteme gelten, die an jedem Kohlenstoffatom zwei Liganden tragen.

Beim Benzol kann man gar keine Unterschiede zwischen Axialer und Equatorialer Stellung machen. Die Hybridisierung ist völlig anders.

Man kann sich viele räumliche Verhältnisse gut mit Hilfe der sogenannten Newman-Projektion klar machen. Die Newman-Projektion soll hier am Modell des Etans demonstriert werden.

Man blickt bei der Newman-Projektion in Gedanken entlang der Verbindungsachse zweier benachbarter Atome. Man schaut jetzt auf das vordere Atom, das man in der Projektion durch einen Kreis symbolisiert.

Hinter ihm sieht man das zweite Atom nicht mehr. Es wird verdeckt. Man sieht nur noch die Bindungen hinter dem Kreis des ersten Atoms vorgucken, die vom zweiten Atom ausgehen.

Die Newman-Projektionsformel dieses Ethan-Moleküls sieht schließlich so aus. Es gibt noch andere Molekülformen des Ethans.

Eine ausgewählte zeigen wir hier als Modell und als Newman-Projektion.

Wenn uns die Verhältnisse beim Zyklohexan an zwei in Nachbarschaftsstellung zueinander stehenden Atomen interessieren, dann wird längst der Verbindung dieser beiden Atome geschaut. Das erste verdeckt wieder das dahinterliegende.

Zwei Substituenten sind jetzt an den beiden Nachbaratomen angebracht. Die Newman-Projektion gibt diesen Sachverhalt entsprechend abstrahiert wieder. Die Kombinationen Axial-Axial und Equatorial-Equatorial sind eindeutig als auf verschiedenen Seiten der Ringebene erkennbar und damit transständig.

Die Kombination Equatorial-Axial ist andererseits klar als auf gleichen Seiten der Ringebene einzuordnen.

Betrachten wir uns nun eine Newman-Projektion, aus der die Verhältnisse bei 1-3 Stellung am Zyklohexan klar hervorgehen. Auch diese Darstellung zeigt wieder, dass eine Cis-Stellung dann vorliegt, wenn alle Substituenten auf der gleichen Seite der Ringebene liegen.

Transstellung findet man, wenn die Liganden auf gegenüberliegende Seiten der Ringebene schauen.