strona 12 »

Izomeria konformacyjna

Zagadnienie izomerii konformacyjnej jest często pomijane w praktyce szkolnej jako "zbyt trudne". W istocie bowiem, wymaga ono od ucznia dobrze rozwiniętej wyobraźni przestrzennej. Stosując jednakże omawiane modele pręcikowo-kulkowe problemy te możemy pokonać bez odwoływania się do "kredy i tablicy".

Jedną z wielu istotnych zalet omawianych modeli pręcikowo-kulkowych jest możliwość rotacji wokół wiązań pojedynczych. Prowadzi to bezpośrednio do wniosku, że o ile realne cząsteczki posiadają również taką właściwość, to powinniśmy obserwować istnienie tzw. izomerów konformacyjnych. Bodaj jednymi z najprostszych są izomery naprzeciw- i naprzemianległy etanu. Przedstawiono je na rysunku 25.

Rys. 25. Izomery konformacyjne etanu:
D1, D2 - najmniejsza odległość pomiędzy atomami wodoru, z których każdy należy do różnych atomów węgla.

W powyższym przykładzie łatwo jest dostrzec, że inwersja konformerów dopuszczona jest dzięki rotacji wokół wiązania pojedynczego C-C. Porównanie odległości D1 i D2 pozwala na wyprowadzenie wniosku, że postać naprzemianległa jest postacią trwałą. Wniosek ten wykorzystano w dyskusji izomerów cykloheksanu, patrz przykład następny.

Poniżej przedstawiono modele izomerów konformacyjnych cykloheksanu, a w dalszej części (dotyczącej budowy DNA) konformery furanozy.

Rys. 26. Dwa podstawowe izomery konformacyjne cykloheksanu.
Rysunek przedstawia postać łódkową (czerwona kreska) i postać krzesła (niebieska kreska). Strzałka obrazuje sposób przejścia od jednej postaci do drugiej. Pominięto oznaczenia kul oraz konformację skręconą (twist).

Rys. 27. Model cykloheksanu - postać krzesełkowa. Wiązania aksjalne oznaczono linią zieloną, ekwatorialne - niebieską.

Rys. 28. Model cykloheksanu - postać łódkowa.

Przedstawione powyżej konformacje cykloheksanu są wolne od naprężeń kątowych. Jeżeli spojrzymy na cząsteczkę konformeru krzesełkowego kolejno wzdłuż każdego z wiązań C-C, to w każdym przypadku zobaczymy dokładnie naprzemianległe wiązania. (Porównaj: izomery konformacyjne etanu, rys. 25). Konformacja ta jest więc wolna od napięcia kątowego, ale także od napięcia torsyjnego. Forma krzesełkowa jest najtrwalszą konformacją cykloheksanu i prawie każdej jego pochodnej.