konformationsanalys

Konformationsanalys är studiet av hur atomer i ett molekyls uppbyggnad är arrangerade i rymden och hur olika konformationer uppstår genom rotation kring enkelbindningar. Konformationer, eller konformers, är samma molekyl i olika rumsliga orienteringar som ofta interconvergerar snabbt vid fysiologiska eller labbtemperaturer. Analysen kombinerar teoretiska beräkningar med experimentella data för att bedöma stabilitet och reaktivitet hos olika konformers.

Grundläggande begrepp är torsionsvinkel, torsionsenergi och potentialenerginnan. Rotation kring kol-kol enkelbindningar ger olika energier beroende på hur nära varandra elektronskal eller substituenter är. Eclipsed konformationer är i allmänhet högre i energi än staggered konformationer på grund av torsional stress och steriska kontakter. I vissa system uppkommer gauche-interaktioner mellan närliggande substituenter. Hyperkonjugation och icke-kovalenta interaktioner kan också påverka relativa stabiliteter.

Exempelvis i butan har man en anti-konformation som är mest stabil och en eller flera gauche-konformationer som ligger något högre i energi. Växlingen mellan konformerna kräver energi som uppkommer över enkelbindningar, vilket ger en barrier ofta på några kJ/mol beroende på molekyl.

Cykloalkaner ger särskilda konformationer där cyclohexan oftast antas ligga i chair-formen eftersom den är mest stabil. Substituenter som placerats i axial- eller equatorial-positioner påverkar molekylens stabilitet och reaktivitet. Ringväxling mellan chairs förändrar vilka substituenter som är axiala respektive equatoriala och påverkar egenskaper.

Användningen av konformationsanalys ligger i att förutsäga reaktionsvägar, stereokemi och produktfördelningar i syntes, samt i att tolka fysiska egenskaper. Begränsningar innefattar att temperatur, lösningsmedel och dynamiska effekter kan göra konformationer blandbara eller avgöra vilka som dominerar.