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Isomeria conformazionale

Definizione di isomeria conformazionale

Gli isomeri conformazionali differiscono a seguito di una libera rotazione attorno al legame semplice carbonio-carbonio.

In conseguenza di questa rotazione, sono possibili un numero infinito di strutture chiamate conformeri o rotameri.

Nella figura seguente viene rappresentata la libera rotazione intorno al legame C-C nella molecola dell'etano.

isomeria conformazionale

Nella molecola dell'etano è possibile immaginare due casi limite di sistemazione di un gruppo metilico rispetto all'altro gruppo metilico.

Queste due conformazioni vengono indicate con il nome di conformazione eclissata e conformazione sfalsata:

analisi conformazionale etano

Nelle proiezioni di Newman della conformazione eclissata, l'angolo compreso tra il legame C-H del carbonio anteriore e quello del carbonio posteriore corrisponde a 0° e quindi gli idrogeni del carbonio posteriore e gli idrogeni del carbonio anteriore sono perfettamente allineati. Nella conformazione sfalsata tale angolo corrisponde ad un valore di 60°.

Per una questione di ingombro sterico e a causa della repulsione delle nuvole elettroniche dei legami C-H, la conformazione sfalsata è più stabile della conformazione eclissata (infatti nella conformazione eclissata gli atomi di idrogeno appartenenti ai due atomi di carbonio sono più vicini) e quindi la conformazione sfalsata rappresenta un minimo di energia.

L'energia della molecola dell'etano varia pertanto in funzione dell'angolo di rotazione in una maniera approssimativamente sinusoidale:

energia rotazionale etano

Energia rotazionale o torsionale dell'etano

A temperatura ambiente, l'etano possiede sufficiente energia per superare tale barriera ed essere quindi in rotazione continua: è per questo motivo che gli isomeri conformazionali non sono separabili.

Analisi conformazionale del butano

Nel caso del butano, le conformazioni possibili sono più numerose:

analisi conformazionale butano

Analisi conformazionale del butano

Le forme limite sono quattro:

forme limite butano

Forme limite del butano

Le strutture eclissate rappresentano sempre massimi di energia:

energia rotazionale butano

Energia rotazionale del butano

Viene infine studiata l'analisi conformazionale del cicloesano alla quale vi rimandiamo per ulteriori chiarimenti.

Riassumendo

Gli atomi di carbonio sono generalmente liberi di ruotare attorno a un legame singolo e i loro sostituenti possono assumere varie disposizioni nello spazio o conformazioni.

Tra le varie conformazioni possibili per il butano le due estreme sono la completamente eclissata in cui i due CH3 si "eclissano" e la anti (ruotata di 180°).

Per indicare la conformazione anziché le formule prospettiche può essere conveniente usare le proiezioni di Newman ottenute proiettando sul piano del foglio la molecola orientata con il legame a perpendicolare al piano del foglio.

Proiezioni di Newman del butano

I legami uscenti dal centro si riferiscono al C che sta sopra il piano del foglio, quelli uscenti dal cerchio si riferiscono al C che sta dietro.

Per rotazione attorno al legame la molecola può assumere varie altre conformazioni; la barriera di energia esistente tra queste è tanto bassa (dell'ordine di qualche kcal/mol) che solitamente può avvenire liberamente anche a temperatura ordinaria e pertanto è impossibile isolare gli isomeri conformazionali.

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