Конформационный
анализ
Простая -связь допускает свободное вращение
окружающих ее атомных группировок, в результатемолекулы
органических соединений благодаря тепловому движению непрерывно
меняют свою форму.Отдельные состояния, через которые проходят
эти молекулы в процессе свободнго вращения, называют
конформациями. Изомеры, возникающие в результате такого
вращения, называются поворотными или
конформационными В случае простых молекул выделить
конформационные изомеры невозможно.
Однако
конформации, возникающие в процессе свободного вращения вокруг
-связи имеют неодинаковую энергию и,
соответственно, устойчивость. Некоторые из конформационных
изомеров имеют меньшую энергию; в этих состояниях молекулы
пребывают большее время. Можнотакже утверждать, что в большая
часть молекул пребывает именно в этих конформациях. Частоэти
конформации называют предпочтительными.
Для газообразного этана, например, возможны среди бесконечного числа других два предельных положения метильных групп, которые можно изобразить в виде проекций (проекции 3 и 4 называют проекциями Ньюмена):
Проекции 1 и 3 соответствуют заслоненной конформации, 2 и 4 - заторможенной. Энергия заторможенной конформации приблизительно на 12 кДж/моль меньше энергии заслоненной, т.к. в этой конформации атомыводорода максимально удалены друг от друга и отталкивание между ними минимально. Однако разница в энергиях между этими конформациями значительно меньше энергии теплового движения молекул (при комнатной температуре), в результате конформациисвободно переходят одна в другую. Любые промежуточные между заслоненной и заторможенной конформациями называются скошенными или гош-конформациями.
Если заместители не являются атомами водорода,
число предельных состояний увеличивается. Любую конформацию
можно охарактеризовать двугранным углом :
Энергия конформации меняется в зависимости от
величины этого угла. Для гомолога этана - н-бутана при
вращении вокруг связи С2 - С3 в
зависимости от двугранного угла ,образованного связями атомов углерода С2 и
С3 с метильными группами, возможны следующие
состояния (каждое последующее отличается от предыдущего
поворотом на 60o по часовой
стрелке):
Энергия молекулы в зависимости от величины двугранного угла меняется следующим образом:
Максимальной
энергии соответствует полностью заслоненнная конформация
1, длякоторой =0 и где одинаковые
группы находятся на минимальном растоянии. При повороте на
60o расстояние между метильными группами (и между
атомами водорода) увеличивается и энергия молекулы уменьшается -
это частично заторможенная конформация (состояние 2).
Дальнейший поворот приводит к состоянию 3, в котором на
минимальном расстоянии находятся метильные группы и атомы
водорода - энергия системы снова увеличивается, но исходного
максимума не достигает. Это частично заслоненная
конформация. Поворот на 180o приводит к конформации
4, в которойметильные группы максимально удалены друг от друга.
Это полностью заторможенная конформация, обладающая
минимальной энергией. При дальнейшем повороте ситуация
симметрично повторяется в обратнуюсторону, при этом конформации
3 и 5, 2 и 6 - эквивалентны.