Кіріспе

Екі іргелес атомдағы алмастырғыштардың ең жақын орналасқан молекулалық түрі. Химияда, тұтылу конформациясы – іргелес атомдар А және В-дағы екі алмастырғыш X және Y ең жақын орналасқан конформация, бұл X–A–B–Y бұрышының 0° екенін көрсетеді. Мұндай конформация екі sp3 гибридтелген атомды жалғайтын кез келген ашық тізбектегі, жалғыз химиялық байланыста болуы мүмкін және әдетте конформациялық энергияның жоғарғы нүктесі болып табылады. Бұл жоғарғы нүкте көбінесе кеңістіктік кедергімен түсіндіріледі, бірақ оның себептері кейде гиперконъюгацияда (мысалы, тұтылу әсері екі сутек атомының өзара әрекеттесуі) жатыр. Органикалық химиядағы тұтылу конформациясын тереңірек түсіну үшін, органикалық молекулалардың байланыстардың айналасында қалай орналасқанын, сондай-ақ олардың қалай қозғалатынын және айналатынын түсіну маңызды. Этан мысалында, екі метил тобы көміртектің сигма байланысымен байланысқан, дәл екі Лего бөлшегін бір "тірек" және "құбыр" арқылы байланыстырғандай. Осы суретті ескере отырып, егер метил топтары байланыстың айналасында айналса, олар байланысты күйінде қалады; алайда, пішін өзгереді. Бұл түрлер конформациялар, конформациялық изомерлер (конформерлер) немесе кейде айналмалы изомерлер (ротамерлер) деп аталатын көптеген үш өлшемді орналасуларға алып келеді.

Органикалық химия

Конформациялар диэдр бұрыштармен сипатталады, олар атомдардың орналасуын және олардың бір-бірінен қашықтығын анықтау үшін қолданылады және Ньюман проекциялары арқылы визуализацияланады. Диэдр бұрыш басқан және эклипс (тұнып қалған) бағытты көрсетуі мүмкін, бірақ ол қарама-қарсы көміртегі атомдарындағы екі нақты атом арасындағы бұрышты анықтау үшін пайдаланылады. Әртүрлі конформациялардың энергиялары әртүрлі болады, бұл байланыс айналуына кедергі жасайды, ол торсиондық кернеу деп аталады. Атап айтқанда, эклипс конформациялары эклипс орнындағы электрондық бұлттардың тебілуіне байланысты жоғары энергияға ие болады. Әртүрлі конформациялардың салыстырмалы энергияларын графиктер арқылы көрсетуге болады. Мысалы, этан үшін мұндай график көміртегі-көміртегі байланысының айналуы толығымен еркін емес екенін, бірақ энергия кедергісі бар екенін көрсетеді. Этан молекуласы торсиондық кернеуге ұшырайды және көміртегі-көміртегі байланысын айналдыру арқылы шамамен 12,5 кДж/моль торсиондық энергия босатылады. Бутан және оның төрт көміртегі тізбегі үшін үш көміртегі-көміртегі байланысын айналдыруға болады. Төмендегі мысал C2 және C3 байланысын қарастырады. Төменде бутанның екі CH3 тобымен (C1 және C4) бір-бірінен 0 градус бұрышта орналасқан эклипс конформациясының саңылаулы және Ньюман бейнесі көрсетілген (сол жақта). Егер алдыңғы жағы сағат тілі бойынша 60° бұрылса, бутан молекуласы енді басқан конформацияда болады (оң жақта). Бұл конформация нақтырақ бутанның гауш конформациясы деп аталады. Бұл метил топтарының басқа конформацияда болуымен байланысты, бірақ бір-бірінен 60°-қа ғана. Бұл конформация энергия жағынан эклипс конформациясына қарағанда қолайлырақ, бірақ бұл ең энергиялық тұрақты конформация емес. Тағы 60° айналу екінші эклипс конформациясын береді, онда екі метил тобы да сутек атомдарымен тікелей қарама-қарсы орналасқан. Тағы бір 60° айналу антиконформация деп аталатын тағы бір басқан конформацияны тудырады. Бұл метил топтары бір-біріне қарама-қарсы (180°) орналасқан кезде болады. Бұл ең энергиялық тұрақты конформация. Графиктегі минимумдар 60, 180 және 300 градуста, ал максимумдар 0, 120, 240 және 360 градуста байқалады. Максимумдар диэдр бұрышы 0 градусқа тең болған эклипс конформацияларын көрсетеді.

Құрылымдық қолдану

Рентген кристаллографиясымен анықталғандай, октахлордимолибдат(II) анионы ([Mo2Cl8]4 ) тұнып қалған конформацияға ие. Бұл стерикалық жағымсыз геометрия молибден орталықтары арасындағы төрт байланыстың болуын көрсетеді. Рентген және электрондық дифракциялық талдаулар, ядролық магниттік резонанс, микротолқынды спектроскопия және басқа да тәжірибелер ғалымдарға циклоалкандардың құрылымын, әртүрлі мүмкін конформациялар негізінде ең тұрақтысын анықтауға мүмкіндік берді. Молекулалық механика да сәтті қолданылған әдіс, ол әртүрлі конформациялардың жалпы кернеу энергиясын есептеп, талдауға мүмкіндік береді. Ең тұрақты конформациялардың энергиясы, байланыс қашықтықтары мен байланыс бұрыштарының мәндеріне байланысты төмен екені анықталды. Көп жағдайда, тармақталған тізбектері бар алкандардың изомерлері, тармақталмаған изомерлерге қарағанда төмен қайнау температурасына ие, бұл C8H18 изомерлерімен жүргізілген тәжірибелерде көрсетілген. Бұл, тармақталған тізбектердің нәтижесінде туындайтын молекулааралық күштер мен көлемнің үйлесімінен болады. Алканның тармақтары неғұрлым көп болса, оның пішіні соғұрлым кеңейеді, ал тармақталмаған алкандарда бұзылуы тиіс молекулааралық тартымды күштер көбірек болады, бұл тармақталмаған алкандардың қайнау температурасының жоғарылауына себеп болады. Басқа жағдайда, 2,2,3,3-тетраметилбутан эллипсоид пішіндес болып келеді, бұл оның кристалл тор құруына мүмкіндік береді, осылайша молекуланың балқу температурасын көтереді, себебі қатты күйден сұйық күйге өту үшін көбірек энергия қажет болады.