Isomeria conformacional

En química orgànica, els isòmers conformacionales o confórmeros són estereoisómeros que es caracterisen per poder interconvertirse (modificar la seua orientació espacial, convertint-se en un atre isòmer de la mateixa molècula) a temperatura ambiente, per rotació entorn a enllaços simples. Estes conformació es denominen: anti, eclipsada o alternada. Són composts que, generalment, no poden aïllar-se físicament, per la seua facilitat de interconversión.

L'anàlisis conformacional és l'exploració de tots els confórmeros que es poden obtindre d'una molècula donada en realisar torsió al voltant d'enllaços senzills (graus de llibertat conformacionales), observant els canvis en l'energia molecular associats a eixes torsió.

Tipos d'isomeria conformacional

Diagrama d'energia de Gibbs del butà en funció de l'àngul diedro.

El butà té tres rotámeros: dos confórmeros gauche, que són enantiómeros, i un confórmero anti, a on els centres dels quatre carbono són coplanares. Les tres conformació eclipsades (en ànguls diedros de 0°, 120° i 240°) no es consideren rotámeros pero en canvi són estats de transició. En la gràfica de la dreta es poden vore les transicions entre els distints confórmeros.

Una funció aproximada pot ilustrar les principals característiques de l'anàlisis conformacional para alcanos llineals no ramificados en rotació al voltant d'un enllaç central C–C (C1–C2 en el etano, C2–C3 en el butà, C3–C4 en el hexano, etc.). Els membres d'esta série tenen la fòrmula general C_2nH_4n+2 en l'índex n = 1, 2, 3, etc. Es pot assumir que la tensió angular és insignificant en els alcanos, ya que tots els ànguls d'enllaç estan prop de l'ideal tetraèdric. Per lo tant, el perfil d'energia és periòdic en una periodicitat de $2\pi /3$ (120°) per la simetria rotacional d'orde 3 dels àtoms de carbono en hibridació sp³. Açò sugerix una funció $V(\theta ,k)$ sinusoidal d'energia potencial, típicament modelada usant una série de Fourier truncada pels térmens dominants:

$V(\theta ,k)=\sum _{k=0}^{\mathrm{\infty }}\frac{V_k(n)}{2}[1-\cos (k\theta )]$

a on $\theta$ és l'àngul diedro en graus sexagesimals, $V_k(n)$ són coeficients que representen l'amplitut de l'harmònic $n$-ésimo (corresponent a diferents barreres d'energia per influències torsionales i asimetria en interaccions estéricas) i el factor $\frac{1}{2}$ i la forma $[1-\cos (k\theta )]$ garantisen que l'energia siga mínima en les conformació alternades i màxima en les conformació eclipsades.

Per als alcanos, el terme dominant sol ser $k=3$, lo que reflectix la triple simetria rotacional. Es poden incloure térmens superiors para major precisió quan els efectes estéricos representen desviacions importants. La principal contribució prové de la tensió torsional deguda a l'eclipse dels grups llogue, capturada pel terme $\cos (3\theta )$. Les interaccions estéricas aumenten en el tamany dels sustituyentes (H⁡– per al etano, CH₃– per al butà, C₂H₃– per al hexano, etc.) i es consideren en el terme $\cos (\theta )$ a on $(k=1)$. El número d'àtoms de carbono influïx clarament en el tamany dels sustituyentes entorn a l'enllaç C–C central. En general, per a alcanos llineals no ramificados en cadenes pares, hi haurà dos sustituyentes de tipo C_n-1H_2n-1 a cada costat de l'enllaç sobre el qual es trencada.

Una parametrización que utilisa valors d'energia derivats de senyes d'espectroscòpia rotacional i càlculs teòrics dona com resultat la següent equació simplificada:

$V(\theta ,n)=0.25(n-1)[1-\cos (\theta )]+[1.45+0.05(n-1)][1-\cos (3\theta )]$

a on $V(\theta ,n)$ s'expressa en kcal/mol i $k=1,3$. Esta funció ignora en gran medida les deformacions angulars i les interaccions de llarc alcanç per als $n$ membres de la série.

Alguns eixemples importants d'Isomeria conformacional inclouen:

• Conformació de alcano llineal en rotámeros de gauche, eclipsades i alternades.

Conformació de l'anell.

• • Conformació del ciclohexano en confórmeros de cadira i pot.
  • Conformació d'hidrats de carbono.
• Atropisomerismo, per la rotació restringida sobre un enllaç una molècula pot ser quiral.
• Plegament de molècules, a on algunes formes són estables i funcionals, pero uns atres no ho són.

Població d'equilibri de confórmeros

La provabilitat de trobar el i-ésimo isòmer conformacional d'una molècula seguix una distribució de Boltzmann tal que

a on N_i és el número de confórmeros i, N el número total del confórmeros, I_p,i la energia potencial relativa del i-ésimo confórmero, R la constant dels gasos ideals, T la temperatura. La suma sobre l'índex j té en conte tots els confórmeros, inclós el i-ésimo. El denominador de la dreta és la funció de partició.