קונפורמציה (כימיה)

בכימיה, קונפורמציה (באנגלית: Conformation) היא הסידור המרחבי הרגעי של מולקולה. שינוי הקונפורמציה בדרך כלל לא כולל שבירה של קשרים קוולנטים, אלא נובעים בעיקר מסיבוב של קשרים כימיים בודדים סביב ציר הקשר, ומתנועות פנימיות נוספות, כמו כיווץ טבעות Ring Puckering והיפוכים (Inversions). כל שני סידורים של אטומים במולקולה הנבדלים זה מזה על ידי סיבוב סביב קשרים בודדים יכולים להיקרא כקונפורמציות שונות. קונפורמציה חשובה במיוחד בביולוגיה, בקביעת מבנה חלבונים - קונפורמציית החלבון משפיעה מאוד על פעילותו. בקיפול החלבון ייתכנו אפשרויות רבות לקונפורמציות שונות, אשר רק חלקן הקטן מאפשר תפקוד תקין של החלבון בתא. מרחב הקונפורמציה של מולקולה מכיל את כל אפשרויות הסידור של האטומים במרחב, וניתן לתאר אותו בעזרת דרגות החופש הפנימיות במולקולה. מפת פוטנציאל היא פונקציה המתאימה לכל קונפורמציה את האנרגיה הפנימית המתאימה לה. במפת הפוטנציאל, ניתן לזהות את הקונפורמרים בתוך בארות אנרגטיים, או מינימום אנרגטי מקומי. את האנרגיה הפנימית ניתן לחשב על ידי פתירת משוואת שרדינגר, או על ידי פתרונות מקורבים שלה, כמו תורת פונקציול הצפיפות. קונפורמציות שהאנרגיה החופשית שלהן נמוכה מהאנרגיה של כל קונפורמציות בסביבתן נקראות קונפורמרים, או איזומרים קונפורמטיביים. סיבוב של קשר בודד עובר דרך מחסום אנרגטי כדי לעבור מקונפורמר אחד לאחר. אם מחסום האנרגיה נמוך, מתקיים סיבוב חופשי, אם מחסום האנרגיה גבוה מספיק, הסיבוב מוגבל. חקר השינויים האנרגטיים בין קונפורמציות שונות מכונה ניתוח קונפורמטיבי. זהו ניתוח שימושי להבנת היציבות של איזומרים שונים, למשל, על ידי התחשבות בכיוון המרחבי ובאינטראקציות במרחב בין מתמירים. בנוסף, ניתן להשתמש בניתוח קונפורמטיבי כדי לחזות ולהסביר את סלקטיביות תוצר מסוים בתהליך כימי, במנגנונים ובקצבי ראקציה. ניתוח קונפורמטיבי ממלא גם תפקיד חשוב בתכנון תרופות מבוססי מבנה. פרמטרים אלו נקראים גם דרגות החופש הפנימיות אורך קשר - המרחק בין מרכזי המסה של שני אטומים במולקולה, אשר האלקטרונים שלהם מקיימים קשר קוולנטי. האנרגיה של קשר זה משתנה לפי המרחק בין מרכזי המסה, ולכן הקשרים תמיד רוטטים ונעים. זוויות - כל קבוצה של שלושה אטומים מחוברים באופן קווי יוצרת זווית. זווית_דו-מישור (זווית דיהידרלית) - נניח שקיימים ארבעה אטומים המחוברים זה לזה באופן קווי (ליניארי), ונסמנם כ-A, B, C ו-D. בין שלוש האטומים הראשונים נפרש מישור A-B-C, ובין שלוש האטומים האחרונים נפרש מישור B-C-D הזווית הדהידרלית היא הזווית בין המישורים הללו. בעזרת שלושת הפרמטרים הללו ניתן לתאר את ההבדלים המבניים בין קונפורמציה, אשר יוצרים שוני אנרגטי ביניהם. האנרגיה החופשית של מולקולה מושפעת מקבוצות אטומים הנמצאים בקרבה לקבוצות אטומים אחרות במולקולה גורמות לדחיה או משיכה. אפקטים סטריים הם אחד הגורמים המשפיעים על אנרגיה של קונפורמר ועל תרומתו למצב המעבר. בנוסף אינטראקציות אלקטרוססטיות עשויות לתרום באופן חיובי או שלילי למחסום האנרגיה. מחקרים חישוביים של מולקולות קטנות כמו אתאן מצביעים על כך שהשפעות אלקטרוסטטיות תורמות את התרומה הגדולה ביותר למחסום האנרגיה. לציקלוהקסאן, 6 אטומי פחמן המחוברים באופן טבעתי אליהם מחוברים אטומי מימן, יש מספר קונפורמציות, וביניהן: קונפורמציית כיסא קונפורמציית סירה אלא שהאנרגיה האצורה בקונפורמציית הכיסא נמוכה משמעותית מזו של קונפורמציית הסירה, ולכן קונפורמציית הכיסא היא יציבה יותר ונפוצה יותר. דיאגרמת ראמצ'נדרן ערך מילוני בנושא צורון, בוויקימילון מדיה וקבצים בנושא קונפורמציה (כימיה) בוויקישיתוף International Union of Pure and Applied Chemistry (1996). "Free rotation (hindered rotation, restricted rotation)". Compendium of Chemical Terminology Internet edition. Anslyn, Eric; Dennis Dougherty (2006). Modern Physical Organic Chemistry. University Science. p. 95. ISBN 978-1891389313. Barton, Derek (1970). "The Principles of Conformational Analysis". Nobel Media AB 2013. Elsevier Publishing Co. 169 (3945): 539–44. Bibcode:1970Sci...169..539B. doi:10.1126/science.169.3945.539. PMID 17746022. נבדק ב-10 בנובמבר 2013. {{cite journal}}: (עזרה) Barton, Derek (1970). "The Principles of Conformational Analysis". Nobel Media AB 2013. Elsevier Publishing Co. 169 (3945): 539–44. Bibcode:1970Sci...169..539B. doi:10.1126/science.169.3945.539. PMID 17746022. נבדק ב-10 בנובמבר 2013. {{cite journal}}: (עזרה) Moss, GP (1996-01-01). "Basic terminology of stereochemistry (IUPAC Recommendations 1996)". Pure and Applied Chemistry. 68 (12): 2193–2222. doi:10.1351/pac199668122193. ISSN 1365-3075. S2CID 98272391. Carey, Francis A. (2011). Organic chemistry (8th ed.). New York: McGraw-Hill. p. 105. ISBN 978-0-07-340261-1.