Konfirmasjon

En ekliptisk konformator i saghest og Newman-projeksjon

En forskjøvet konformasjon i saghest og Newman-projeksjon

I kjemi, det konformasjon av et organisk molekyl som beskriver den romlige anordning av de roterbare bindinger på de karbonatomer. De beskriver fullstendig de tredimensjonale romkoordinatene til alle atomer i molekylet.

Konformasjonen inneholder således også informasjon om stereokjemi , dvs. konfigurasjonen , av alle stereotopiske atomer og om molekylets konstitusjon .

Molekyler med samme konfigurasjon, men som avviker i det spesifikke arrangementet av atomene og som har et minimum energinivå, kalles konformere ; Begrepet rotamer brukes også synonymt . Den sagkrakken og Newman fremspring kan benyttes for å representere dem. Hvis det er forskjellige konformatorer i likevekt med hverandre, er det kvantitative forholdet gitt av en Boltzmann-statistikk . I motsetning til konformatorene er det konfigurasjonsisomerisme når de aktuelle kjemiske bindingene ikke kan roteres, og isomerene bare kan omdannes til hverandre ved å bryte bindingen.

Konformasjoner i lineære molekyler

I eksemplet vises den forskjøvne konformasjonen av etan til venstre og den ekliptiske konformasjonen av etanen i Newman-projeksjon til høyre. Under er det en representasjon i ball-and-stick-modellen .

Avhengig av dihedralvinkelen blir konformasjonene av butan videre differensiert til forskjøvet (anti) i en dihedral vinkel på 180 °, delvis skjult ved 120 °, skjev (gauche) ved 60 ° og ekliptikk i en dihedral vinkel på 0 °.

Imidlertid kan konformatorene ikke isoleres, men kan bare oppdages spektroskopisk ved lave temperaturer.

Konformasjoner i sykliske molekyler

Representasjon av cykloheksankonformene i henhold til økende energiinnhold: lenestol ( 1 ), halv lenestol ( 2 ), vri ( 3 og 5 ), kar ( 4 ).

cis - trans - isomerien i stolen konformasjon av cykloheksan . Hydrogenatomene i aksial posisjon er merket med rødt . Aksiale hydrogenatomer på nærliggende karbonatomer er trans -positioned til hverandre . Hydrogenatomene i ekvatorialposisjon er markert i blått , nærliggende ekvatoriale hydrogenatomer er i gauche- posisjon til hverandre .

Sykloalkaner kan ofte eksistere i forskjellige konformasjoner, som er skilt fra hverandre ved en betydelig energisperre, slik at konformatorene kan oppdages ved siden av hverandre.

De vri , kar, og stol konformasjoner er konformasjoner av cykliske molekyler, slik som cykloheksan . Sammenlignet med karbadkonformasjonen eller båtkonformasjonen er vrikonformasjonen litt vridd. Som et resultat blir interaksjonen mellom de to H-atomene, som ligger ved de to kar-spissene, svakere og Pitzer-spenningen mindre (H-atomene er ikke akkurat formørket). De Baeyer spenning øker litt på grunn av den lille vridning av ringen, men dette kompenserer for den van der Waals frastøting mellom de to H-atomer plassert på tuppen av karet. Vridningskonformasjonen er derfor ca. 5,9  kJ / mol (1,4 kcal / mol ) mer stabil enn formen på karet, og i likhet med lenestolformen, representerer den en konformasjon. Siden karetformen også er mer energisk enn lenestolformen, er forbindelser som cykloheksan forekommer nesten utelukkende den nesten spenningsfrie stolkonformasjonen. Fordi det er mulig å vri molekylet i to retninger, er det to energisk ekvivalente vri-konformasjoner.

• 

  Karformering av cykloheksan

• 

  Stolkonformasjon av cykloheksan

Ringinversjon

Den ring inversjon (engl. Ring flip ) er et fenomen der syklisk ved rotasjon om enkeltbindinger konverterings konformere samme ringen figurer finner sted. De romlige posisjonene til substituentene trenger ikke nødvendigvis å være den samme.

Sykloheksan er den mest fremtredende forbindelsen der ringinversjon kan observeres. Den foretrukne konformasjonen av denne seksleddede ringalkanen er stolkonformasjonen. I motsetning til forventningene, ¹ H-NMR-spektrum har cykloheksan ikke viser to signaler med forskjellige resonansfrekvenser for aksiale og ekvatoriale hydrogenatomer, som er i litt forskjellige kjemiske miljøer. Den ekliptiske overgangstilstanden som føres gjennom under konformasjonsovergangen økes energisk litt, slik at isomeriseringen skjer raskt ved romtemperatur og bare ett signal kan observeres. Dette endres når temperaturen senkes så mye at konverteringen skjer mye saktere på grunn av energisperren til isomeriseringen. I ringinversjonen av cykloheksan blir alle aksiale substituenter ekvatoriale og alle ekvatoriale blir aksiale.

Ringinversjonen av cykloheksan begynner med overgangen fra lenestolen til halvstolen til vriformingen, med maksimal energi i halvstolen. Via det mellomliggende trinnet i karbadkonformasjonen blir vridningskonformasjonen konvertert til speilbildet vridningskonformasjon. Karmkonformasjonen representerer maksimal energi. Lenestolkonformasjonen etter ringinversjon oppnås via en annen halv lenestol.

Forskjellige substituenter forhindrer at ringinversjon oppstår, for eksempel en andre ring festet som i trans- dekalin . Sykliske substituenter kan også ha denne effekten. Den tert- butylgruppen i tert -butylcyclohexane bare tillater en konformasjon, noe som er grunnen til at substituenten er også referert til som en konformasjonell anker. På grunn av sitt høye steriske behov forårsaker det langt større 1,3-diaksial belastning i aksial stilling enn de tre hydrogensubstituentene når den er ekvatorial. "Undersiden" endres ikke med ringinversjonen av tert- butylcykloheksan.

Stolkonformasjon av tetrahydropyran.

I tetrahydropyran erstatter et oksygenatom et karbonatom i cykloheksanringen, slik at stolkonformene er asymmetriske. Dette kan også illustreres med en spesiell notasjon. Hvis du tenker på et nivå som er dannet av tre karbonatomer og ett oksygenatom, er det ett karbonatom under og ett over dette nivået (se bilde). Når ringatomene er nummerert, dannes ringen av atomene C2-C3-C5-O; C1 er under, C4 over det nivået. Dette blir da referert til som ⁴ C _1- konformasjonen. Den alternative stolen (på bildet til høyre) har deretter ¹ C _4- konformasjon.

β- D -glukose er hovedsakelig i ^4- C ₁ konformasjon 1 , der de store substituentene er i ekvatorial stilling.

Det substituerte tetrahydropyran D - glukose fatter fortrinnsvis ⁴ C ₁ konformasjon, i hvilken den største substituent, hydroksymetylgruppen, er i ekvatorial stilling (se Fig. 1). I ^en C- ₄ -konformasjon (2), men dette ville bli plassert aksielt, slik at det i β- D -glukose den samvirker med to ytterligere substituenter (1,3- syn -axial). Dette resulterer i en stor 1,3-diaksial belastning. Andre hydroksylgrupper samhandler også aksialt med hverandre. Samlet sett destabiliserer disse interaksjonene ¹ C _4- konformasjonen.

I glukopyranoser er den største substituenten derfor i ekvatorialposisjon, hvis dette resulterer i så få steriske interaksjoner som mulig med andre substituenter. Dette er vanligvis tilfelle med D- sukker på grunn av ⁴ C _1- konformasjonen. I L sukker, på den annen side, liker av hydroksymetylgruppen til å posisjonere seg ekvatorialt på ^en C- ₄ -konformasjon.

Ferrocene: forskjøvet konformasjon (venstre) og ekliptisk konformasjon (høyre).

Metallocener

Metallocener som B. Ferrocene kan eksistere i to forskjellige konformasjoner.

Se også

• Sachse-Mohr teori

Individuelle bevis

1. ↑ se kjemi: grunnleggende kjennskap til kjemi (Charles E. Mortimer, Ulrich Müller, Thieme (9. utgave), side 529).
2. ↑ Eberhard Breitmaier, Günther Jung: Organic Chemistry , utgave 5, Georg Thieme Verlag, 2005, ISBN 978-3-13-541505-5 , Google Books .
3. ↑ Momcilo Miljkovic: Karbohydrater: Syntese, mekanismer og stereoelektroniske effekter . Springer, Berlin 2009; S. 41.
4. ↑ Momcilo Miljkovic: Karbohydrater: Syntese, mekanismer og stereoelektroniske effekter . Springer, Berlin 2009; S. 40.
5. ^ NN Greenwood og A. Earnshaw: Chemistry of the Elements , 1. utgave, 1988, s. 408-409, ISBN 3-527-26169-9 .

hovne opp

• Clayden, J. Greeves, N. Warren, S. Wothers, P. (2001). Organisk kjemi , Oxford, ISBN 0-19-850346-6 .

weblenker