Конформация

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Конформации шестичленных циклов на примере циклогексана:
1 — «кресло»; 3, 5 — «твист»-конформации; 4 — «ванна»; 2 — «полукресло», или «конверт»

Конформа́ция молекулы (от лат. conformatio — форма, построение, расположение) — пространственное расположение атомов в молекуле определенной конфигурации, обусловленное поворотом вокруг одной или нескольких одинарных сигма-связей. В некоторых случаях в конформационные преобразования включают и пирамидальные инверсии и другие политопные перегруппировки неорганических и элементоорганических соединений[1].

Стереоизомеры в конформациях, соответствующих минимумам потенциальной энергии, называют конформерами (поворотными изомерами)[2]. Примером могут служить несколько плоских конформаций молекул пентана:

СН3—СН2—СН2—СН2—СН3

Свободное и ограниченное вращение[править | править вики-текст]

В стереохимическом контексте свободным вращением вокруг химической связи называют такое вращение, когда вращательный барьер настолько низок, что различные конформации не заметны как различные химические разновидности на временных рамках эксперимента. Запрещение вращения групп вокруг связи из-за присутствия достаточно большого вращательного барьера, чтобы сделать явление, заметное на временных рамках эксперимента, называют ограниченным вращением [3].

Вращательным барьером называют барьер потенциальной энергии между двумя смежными минимумами молекулярного состояния как функцию от угла вращения [4]. То есть это энергетический барьер вращения вокруг связи С-С — энергия, необходимая для перехода из одной устойчивой (например, заторможённой) конформации в другую.

Конформер[править | править вики-текст]

Кроме термина конформация (англ. conformation), используется термин конформер (англ. conformer) (или поворотные изомеры):

  1. (в химии) любой ряд стереоизомеров характеризуемый структурой, которая соответствует различным минимумам потенциальной энергии [5]
  2. (в биологии) особое свернутое состояние или структура белка [6]

Ротамер[править | править вики-текст]

Частным случаем конформера является ротамер (англ. rotamer) — один из ряда конформеров, являющийся результатом ограниченного вращения вокруг одной единственной химической связи [7].

Виды конформаций[править | править вики-текст]

Заслоненная конформация
Заторможенная конформация

Различают следующие виды конформаций [8]:

  1. Заторможенная (или трансоидная конформация) (англ. staggered conformation) — заместители одного атома на проекции размещены между заместителями другого атома, деля валентные углы, т.е. заместители расположены наиболее далеко друг от друга в пространстве. Такие конформации обладают наименьшей энергией.
  2. Заслоненная конформация (или цисоидная конформация) (англ. eclipsing conformation) — конформация, в которой заместители как бы налагаются друг на друга или находятся друг относительно друга в наиболее близком положении. Такие конформации обладают наиболее высокой энергией.
  3. (англ. bisecting conformation) — для структуры, содержащей группы R3C–C(Y) =X (с идентичными или различными группами R) структура, в которой угол вращения таков, что X антиперипланарный одной из групп R, и, в проекции Ньюмана, двойная связь, C=X делит пополам один из углов R–C–R. В этой структуре связь C–Y заслоняет одну из связей C–R. В заслоненной конформации X синперипланарный одной из групп R.[9]

Конформации n-членных циклов[править | править вики-текст]

Конформации твист, ванна и кресло

Шестичленным циклом является циклогексан, существуют также пятичленные и восьмичленные. Циклогексан служит удобной моделью для изучения конформаций шестичленных циклов. Среди нескольких возможных конформаций циклогесана наименьшей энергией будет обладать конформация «кресло». Но различают также и другие:

  1. Конформация "кресло" (англ. chair conformation) [10]
  2. Конформация "ванна" (англ. boat conformation)
  3. Конформация "твист" (англ. twist conformation) — любые два соседние атомы смещены в разные стороны от плоскости, построенной по 3 оставшимся
  4. Конформация "корона" (англ. crown conformation)
  5. Конформация "конверт" (англ. envelope conformation) — 4 атома из пяти находятся на одной плоскости, а пятый выходит из неё (англ. tub conformation)

Стабильная конформация[править | править вики-текст]

Стабильная конформация может быть обусловлена образованием дисульфидных мостиков, за счет взаимодействия различных заряженных группировок, гидрофобных взаимодействий или образования водородных связей.

Когда говорят о стабильности, имеют ввиду термодинамическое свойство вещества (в данном случае его конформации), которое количественно измеряется с помощью энергии Гиббса [11]. Тогда конформация вещества A более устойчива чем его изомер B, если \Delta G > 0 для реакции A → B. Так, например, имеем две реакции:

  1. P → X + Y сопровождается \Delta G_1
  2. Q → X + Z сопровождается \Delta G_2

тогда, если \Delta G_1 > \Delta G_2, то P более стабильно относительно продукта Y чем Q относительно Z.

См. также[править | править вики-текст]

Литература[править | править вики-текст]

Примечания[править | править вики-текст]