Rotación arredor dun enlace simple do butano para interconverter unha conformación na outra. A conformación *gauche* da dereita é un confórmero, mentres que a conformación *eclipsada* da esquerda é un estado de transición entre os confórmeros. Arriba: Proxección de Newman; debaixo: representación da orientación espacial.
En química, a **isomería conformacional** é unha forma de estereoisomería na cal os isómeros poden interconverterse só por rotacións sobre enlaces formalmente simples (obsérvese a figura sobre rotación no enlace simple). Aínda que dúas disposicións calquera dos átomos dunha molécula que se dferencian pola rotación arredor de enlaces simples poden denominarse **conformacións** diferentes, son as conformacións que corresponden ao mínimo local na superficie de enerxía as que se chaman especificamente **isómeros conformacionais** ou **confórmeros**. As conformacións que corresponden ao máximo local na superficie de enerxía son os estados de transición entre os isómeros conformacionais de mínimo local. As rotacións arredor de enlaces simples implican superar a barreira de enerxía para interconverter un confórmero no outro. Se a barreira de enerxía é baixa, hai rotación libre e unha mostra do composto consiste nunha mestura que se equilibra rapidamente de múltiples confórmeros; se a barreira de enerxía é suficientemente alta entón hai unha rotación restrinxida, unha molécula pode existir durante un período de tempo relativamente longo como **isómero rotacional** estable ou **rotámero** (un isómero que se orixina pola rotación restrinxida dun enlace simple). Cando a escala de tempo para a interconversión é longa dabondo para o illamento de rotámeros individuais (usualmente definida arbitrariamente como vida media de interconversión de 1000 segundos ou máis), os isóomeros denomínanse **atropisómeros**. A inversión do anel (*ring flip*) de ciclohexanos constitúe outra forma común de isomería conformacional.

Os isómeros conformacionais son, pois, distitnos doutras clases de estereoisómeros (é dicir, isómeros configuracionais), onde a interconversión implica necesariamente a rotura e reformación de enlaces químicos. Por exemplo, as configuracións L/D- e *R*/*S*- de moléculas orgánicas teñen unha diferente orientación especular e actividades ópticas, e só poden ser interconvertidos rompendo un ou máis enlaces conectados ao átomo quiral e volvendo formar un enlace similar nunha dirección ou orientación espacial diferentes. Tamén difiren dos isómeros xeométricos (*cis*/*trans*), outra clase de estereoisómeros, que requiren a rotura do compoñente π de enlaces dobres para a interconversión. (Aínda que a distinción non é sempre nítida, xa que certos enlaces que son formalmente enlaces simples en realidade teñen un certo carácter de dobre enlace que soamente se fai aparente cando se consideran outros contribuíntes á resonancia secundarios, como ocorre nos enlaces C–N das amidas, por exemplo.) Debido á rápida interconversión, os confórmeros non son xeralmente illables a temperatura dunha habitación.

O estudo das enerxéticas entre diferentes conformacións denomínase **análise conformacional**. É útil para entender a estabilidade de diferentes isómeros, por exemplo, ao ter en conta a orientación espacial e interaccións a través do espazo dos substituíntes. Ademais, a análise conformacional pode usarse para predicir e explicar a selectividade de produtos, mecanismos e velocidades das reaccións. A análise conformacional tamén xoga un importante papel no deseño de fármacos racional baseado na estrutura.

Tipos
-----

Diagrama da enerxía de conformación relativa do butano en función do ángulo diedro. A: antiperiplanar, anti ou trans. B: sinclinal ou gauche. C: anticlinal ou eclipsado. D: sinperiplanar ou cis.
Ao rotaren os enlaces carbono–carbono de moléculas de etano e propano teñen tres mínimos de enerxía local. Son estrutural e enerxeticamente equivalentes e chámanse *confórmeros cambaleados*. Por cada molécula, os tres substtuintes que emanan de cada enlace carbono–carbono son cambaleados, con cada ángulo diedro H–C–C–H igual a 60° (e no caso do propano o águlo diedro de H–C–C–CH3 é aproximadaemnte igual a 60°). As tres conformacións eclipsadas, nas cales os ángulos diedros son cero, son estados de transición (máximos de enerxía) que conectan dous equivalentes de mínimos de enerxía, que son os confórmeros cambaleados.

A molécula de butano é a molécula máis simple na cal as rotacións en enlaces simples teñen como resultado dous tipos de estruturas non equivalentes, coñecidas como confórmeros *anti* e *gauche* (ver figura).

Por exemplo, o butano ten tres confórmeros en relación cos seus dous grupos metilo (CH3): dous confórmeros *gauche*, que teñen os metilos separados ±60° e son enantioméricos e un confórmero *anti*, no que os catro centros de carbono son coplanares e os substituíntes están afastados 180° (ver o diagrama de enerxía libre do butano). A diferenza de enerxía entre o *gauche* e o *anti* é 0,9 kcal/mol asociada coa enerxía de tensión do confórmero *gauche*. O confórmero *anti* é, por tanto, o máis estable (≈ 0 kcal/mol). As tres conformacións eclipsadas con ángulos diedros de 0°, 120° e 240° son estados de transición entre confórmeros. Nótese que as dúas conformacións eclipsadas teñen diferentes enerxías: a 0° os dous grupos metilo son eclipsados, resultando unha enerxía máis alta (≈ 5 kcal/mol) que a 120°, onde os grupos metilo son eclipsados con hidróxenos (≈ 3.5 kcal/mol).

Aínda que as moléculas simples poden describirse por estes tipos de conformacións, as moléculas máis complexas requiren o uso do sistema de Klyne–Prelog para describir os diferentes confórmeros.

Exemplos máis específicos de isomería conformacional están detallados noutros artigos:

* Conformación en anel
	+ Conformacións do ciclohexano, incluíndo as conformacións cadeira e bote entre outras.
	+ Conformacións do cicloalcano, incluíndo aneis medios e macrociclos.
	+ Conformación de carbohidratos, que inclúe conformacións de ciclohexano así como outros detalles.
* Tensión alicíclica. Enerxética relacionada coa rotación sobre o enlace simple entre un carbono sp2 e un carbono sp3.
* Atropisomería. Debida á rotación restrinxida sobre un enlace.
* Pregamento, incluíndo a estrutura secundaria e terciaria de biopolímeros (ácidos nucleicos e proteínas).
* Akamptisomería. Debida á inversión restrinxida dun ángulo de enlace.

Enerxía libre e equilibrios dos isómeros conformacioais
-------------------------------------------------------

### Equilibrio de confórmeros

Distribución de equilibrio de dous confórmeros a diferentes temperaturas dada a enerxía libre da súa interconversión.

Os isómeros conformacionais existen en equilibrio dinámico, no que as enerxías libres relativas dos isómeros determinan a poboación de cada isómero e a barreira de enerxía de rotación determina a velocidade de interconversión entre isómeros:

{\displaystyle K={e^{-\Delta G^{\circ }/RT}}},
onde *K* é a constante de equilibrio, Δ*G°* é a diferenza en enerxía libre estándar entre os dous confórmeros en kcal/mol, *R* é a constante universal dos gases (1,987×10−3 kcal/mol K), e *T* é a temperatura do sistema en kelvins. En unidades de kcal/mol a 298 K,

{\displaystyle K\approx {10^{-\Delta G^{\circ }/(1,36\ \mathrm {kcal} /\mathrm {mol} )}}}.
Así, cada 1,36 kcal/mol corresponde a un factor de 10 en termos de equilibrio constante a temperaturas arredor da temperatura dunha habitación. (A "**regra do 1,36**" é útil en xeral para a estimación da constante de equilibrio a temperatura dunha habitación a partir das diferenzas en enerxía libre. A temperaturas máis baixas, cómpre unha diferenza de enerxía menor para obter unha constante de equilibrio dada.)

No diagrama represéntanse tres isotermas que mostran a distribución de equilibrio dos dous confórmeros a diferentes temperaturas. A unha diferenza de enerxía libre de 0 kcal/mol, isto dá unha constante de equilibrio de 1, o que significa que existen os dous confórmeros nunha proporción de 1:1. Os dous teñen igual enerxía libre; ningún é máis estable, así que ningún deles predomina sobre o outro. Unha diferenza negativa en enerxía libre significa que un confórmero se interconveerte a unha conformación termodinamicamente máis estable, polo que a constante de equilibrio será sempre mior que 1. Por exemplo, a Δ*G°* para a transformación do butano do confórmero *gauche* ao confórmero *anti* é de −0,47 kcal/mol a 298 K. Isto dá unha constante de equilibrio de 2,2 en favor do confórmero *anti*, ou unha mestura 31:69 dos confórmeros *gauche*:*anti* no equilibrio. Inversamente, unha diferenza positiva en enerxía libre significa que o confórmero é xa o máis estable, polo que a interconversión é un equilibrio desfavorable (*K* < 1). Incluso para cambios moi desfavorables (Δ*G°* positiva grande), a constnte de equilibrio entre dous confórmeros pode incrementarse ao aumentar a temperatura, así que a cantidade do confórmero menos estable presente no equilibrio increméntase (aínda que sempre permanece como o confórmero menos fecuente).

### Distribución de poboación dos confórmeros

Porcentaxe da distribución de Boltzmann distribution da conformación de menor enerxía nun sistema equilibrado de dous compoñentes a varias temperaturas (°C, cor) e diferenza de enerxías en kcal/mol (eixe *x*)
A distribución de poboación fraccional dos diferentes confórmeros segue unha distribución de Boltzmann:

{\displaystyle {\frac {N\_{i}}{N\_{\text{total}}}}={\frac {e^{-E\_{i}/RT}}{\sum \_{k=1}^{M}e^{-E\_{k}/RT}}}}.
No lado esquerdo está a proporción do corfórmero *i* nunha mestura de equilibrio de confórmeros *M* en equilibrio termodinámico. No lado dereito, *E**k* (*k* = 1, 2, ... *M*) está a enerxía do confórmero *k*, *R* é a constante dos gases ideais (aproximadamente igual a 8,314 J/(mol·K) ou 1,987 cal/(mol·K)), e *T* é a temperatura absoluta. O denominador da dereita é a función de partición.

### Factores que contribúen á enerxía libre dos confórmeros

Os efectos das interaccións electrostáticas e estéricas dos substituíntes así como as interaccións orbitais como a hiperconxugación son responsables da estabilidade relativa dos confórmeros e os seus estados de transición. As contribucións destes factores varían dependendo da natureza dos substituíntes e poden contribuír positiva ou negativamente á barreira de enerxía. Os estudos computacionais de pequenas moléculas como o etano suxiren que os efectos electrostáticos supoñen a maior contribución á barreira de enerxía; porén, tradicionalmente a barreira atribúese primariamente a interaccións estéricas.

Contribucións á barreira de enerxía rotacional
No caso dos sistemas cíclicos, o efecto estérico e a contribución da enerxía libre pode ser aproximada por valores A, que miden a diferenza de enerxía cando un substituínte do ciclohexano está en posición axial comparada coa que ten en posición ecuatorial.

Illamento ou observación dos isómeros conformacionais
-----------------------------------------------------

A curta escala de tempo da interconversión impide a separación de isómeros conformacionais na maior parte dos casos. Os atropisómeros son isómeros conformacionais que poden ser separados debido á rotación restrinxida.

O pregamento de proteínas tamén xera isómeros conformacionais estables que poden ser observados. A ecuación de Karplus relaciona o ángulo diedro de protóns veciñais coas súas constantes de acoplamento J medidas por RMN. A ecuación axuda á dilucidar o pregamento das proteínas así como as conformacións doutras moléculas alifáticas. O equilibrio entre os isómeros conformacionais pode observarse utilizando diversas técnicas espectroscópicas.

En derivados do ciclohexano, os dous confórmeros cadeira interconvértense con rapidez a temperatura dunha habitación, e o propio ciclohexano sobre a inversión do anel (*ring-flip*) a unha velocidade de aproximadamente 105 inversións de anel/seg, cunha barreira de enerxía global de 10 kcal/mol (42 kJ/mol), que impide a súa separación a temperatura ambiente. Porén, a baixas temperaturas por debaixo do punto de coalescencia pode monitorizarse directamente o equilibrio por espectrocopía de RMN e a interconversión barreira por espectroscopía RMN dinámica dependente da temperatura.

A dinámica da isomería conformacional (e doutros tipos) pode monitorizarse por espectroscopía de RMN a varias temperaturas. A técnica aplícase a barreiras de 8–14 kcal/mol, e as especies mostran esa dinámica a miúdo chamada "fluxional".

Ademais da espectrocopía RMN, tamén se usa a espectrocopía de infravermellos para medir as proporcións de confórmeros. Nos confórmeros axial e ecuatorial do bromociclohexano, νCBr difire en case 50 cm−1.

Reaccións dependentes de conformación
-------------------------------------

As velocidades de reacción son moi dependentes das conformacións dos reactivos. En moitos casos o produto dominante orixínase da reacción do confórmero *menos frecuente*, debido ao principio de Curtin–Hammett. Isto é típico de situacións na que a equilibración conformacional é moito máis rápida que a reacción para formar o produto. A dependencia dunha reacción da orientación estereoquímica só é, por tanto, visible en isómeros configuracionais, nos cales unha conformación particular está bloqueada por substituíntes. A predición das velociddes de moitas reaccións que implican a transición entre estados sp2 e sp3, como a redución de cetonas, a oxidación de alcohois ou a substitución nuclleofílica, é posible se se teñen en conta todos os confórmeros e a súa estabilidade relativa determinada polas súas tensións.

Un exemplo con isómeros configuracionais proporciónano as reaccións de eliminación, que implican a eliminación simultánea dun protón e un grupo saínte de posicións veciñais ou *anti*periplanares baixo a influencia dunha base.

Deshidrohaloxenación bimolecular inducida por base (un mecanismo de reacción de tipo E2). A xeometría óptima para o estado de transición require que os enlaces que rompen sexan antiperiplanares, xa que están na conformación cambaleada apropiada.
O mecanismo require que os átomos ou grupos que saen sigan traxectorias antiparalelas. Para substratos de cadea aberta o seu requisito xeométrico cúmprese en polo menos un dos tres confórmeros cambaleados. Porén, para algúns substratos cíclicos como o ciclohexano pode non obterse un arranxo antiparalelo dependendo dos substituíntes que poderían establecer un bloqueo conformacional. Os substituíntes adxacentes nun anel de ciclohexano só poden conseguir a antiperiplanaridade cando ocupen posicións trans diaxiais.

Unha consecuencia desta análise é que o cloruro de *trans*-4-*ter*-butilciclohexilo non pode eliminarse facilmente pero no seu lugar sofre substitución (ver o diagrama de abaixo) porque a conformación máis estable ten o voluminoso grupo *t*-Bu na posición ecuatorial, e, por tanto, o grupo cloruro non é antiperiplanar con ningún hidróxeno veciñal. A conformación desfavorecida termodinamicamente ten o grupo *t*-Bu na posición axial, que ten unha enerxía de máis de 5 kcal/mol maior (ver valor A). Como resultado, o grupo*t*-Bu "bloquea" o anel na conformación na que está en posición ecuatorial e obsérvase a reacción de substitución. Por outra parte, o cloruro de *cis*-4-*ter*-butilciclohexilo experimenta eliminación porque a antiperiplanaridade de Cl e H poden alcanzarse cando o grupo *t*-Bu éstá na posición favorable ecuatorial.

Conformación desfavorecida termodinamicamente do cloruro de trans-4-ter-butilciclohexilo, no que o grupo t-Bu está en posición axial exercendo interaccións de 7 átomos.Conformación desfavorecida termodinamicamente do cloruro de *trans*-4-*ter*-butilciclohexilo, no que o grupo *t*-Bu está en posición axial exercendo interaccións de 7 átomos.
O isómero trans pode alcanzar a antiperiplanaridade só por medio do confórmero axial desfavorecido; por tanto, non se elimina. O isómero cis está xa na xeometría correcta na súa conformación máis estable; por tanto, elimínase doadamente.O isómero *trans* pode alcanzar a antiperiplanaridade só por medio do confórmero axial desfavorecido; por tanto, non se elimina. O isómero *cis* está xa na xeometría correcta na súa conformación máis estable; por tanto, elimínase doadamente.

A repulsión entre un grupo axial *t*-butilo e átomos de hidróxeno na posición 1,3-diaxial é tan forte que un ciclohexano reverte a unha conformación de bote torcido. A tensión nas estruturas cíclicas caracterízase xeralmente por desviacións dos ángulos de enlace ideais (tensión de Baeyer), ángulos de torsión ideais (tensión de Pitzer) ou interaccións transanulares (Prelog).

Notas
-----

1. 1 2 3  Moss, GP (1996-01-01). "Basic terminology of stereochemistry (IUPAC Recommendations 1996)". *Pure and Applied Chemistry* **68** (12): 2193–2222. ISSN 1365-3075. doi:10.1351/pac199668122193.
2. ↑  "Free rotation (hindered rotation, restricted rotation)". *Compendium of Chemical Terminology (the "Gold Book")* (2ª ed.). IUPAC.  (1996) [1997].
3. ↑  Ōki, Michinori (1983) Recent Advances in Atropisomerism, in *Topics in Stereochemistry*, Vol. 14 (N. L. Allinger, E. L. Eliel and S. H. Wilen, Eds.), Hoboken, NJ:John Wiley & Sons, pp. 1-82; *published online in 2007*, DOI: 10.1002/9780470147238.ch1, see  and [*Ligazón morta*], consultado o 12 de xuño de 2014.
4. ↑  Alkorta, Ibon; Jose Elguero; Christian Roussel; Nicolas Vanthuyne; Patrick Piras (2012). *Atropisomerism and Axial Chirality in Heteroaromatic Compounds*. *Advances in Heterocyclic Chemistry* **105**. pp. 1–188. ISBN 9780123965301. doi:10.1016/B978-0-12-396530-1.00001-2. hdl:10261/62060.
5. ↑  Hunt, Ian. "Stereochemistry". *University of Calgary*. Consultado o 28 October 2013.
6. 1 2 3  Anslyn, Eric; Dennis Dougherty (2006). *Modern Physical Organic Chemistry*. University Science. p. 95. ISBN 978-1891389313.
7. ↑  Barton, Derek. "The Principles of Conformational Analysis.". *Nobel Media AB 2013* (Elsevier Publishing Co.). PMID 17746022. Consultado o 10 November 2013.
8. ↑  J, McMurry (2012). *Organic chemistry* (8 ed.). Belmont, CA: Brooks/Cole. p. 98. ISBN 9780840054449.
9. ↑  Bauld, Nathan. "Butane Conformational Analysis". *University of Texas*. Consultado o 28 October 2013.
10. ↑  Dunbrack, R. (2002). "Rotamer Libraries in the 21st Century". *Current Opinion in Structural Biology* **12** (4): 431–440. PMID 12163064. doi:10.1016/S0959-440X(02)00344-5.
11. ↑  Bruzik, Karol. "Chapter 6: Conformation". *University of Illinois at Chicago*. Arquivado dende o orixinal o 11 de novembro de 2013. Consultado o 10 November 2013.
12. ↑  O cambio de entalpía estándar Δ*H*° do *gauche* ao *anti* é de –0,88 kcal/mol. Porén, como hai *dúas* posibles formas *gauche*, hai un factor estatístico que se debe ter en conta como termo entrópico. Así, Δ*G*° = Δ*H*° – *T*Δ*S° =* Δ*H° + RT* ln 2 *=* –0,88 kcal/mol + 0,41 kcal/mol = –0,47 kcal/mol, a 298 K.
13. ↑  Rzepa, Henry. "Conformational Analysis". *Imperial College London*. Consultado o 11 November 2013.
14. ↑  Liu, Shubin (7 February 2013). "Origin and Nature of Bond Rotation Barriers: A Unified View". *The Journal of Physical Chemistry A* **117** (5): 962–965. Bibcode:2013JPCA..117..962L. PMID 23327680. doi:10.1021/jp312521z.
15. ↑  Carey, Francis A. (2011). *Organic chemistry* (8th ed.). New York: McGraw-Hill. p. 105. ISBN 978-0-07-340261-1.
16. ↑  McNaught (1997). "Atropisomers". *IUPAC Compendium of Chemical Terminology*. Oxford: Blackwell Scientific Publications. ISBN 978-0967855097. doi:10.1351/goldbook.A00511.
17. ↑  Dalton, Louisa. "Karplus Equation". *Chemical and Engineering News*. American Chemical Society. Consultado o 2013-10-27.
18. 1 2  Eliel, E. L.; Wilen, S. H.; Mander, L. N. (1994). *Stereochemistry Of Organic Compounds*. J. Wiley and Sons. ISBN 978-0-471-01670-0.
19. ↑  Jensen, Frederick R.; Bushweller, C. Hackett (1969-06-01). "Separation of conformers. II. Axial and equatorial isomers of chlorocyclohexane and trideuteriomethoxycyclohexane". *Journal of the American Chemical Society* **91** (12): 3223–3225. ISSN 0002-7863. doi:10.1021/ja01040a022.
20. ↑  Schneider, H.-J.; Schmidt, G.; Thomas F. J. Am. Chem. Soc. 1983, 105, 3556.
21. ↑  "Cycloalkanes". Imperial College London. Consultado o 28 October 2013.
22. ↑  Dougherty, Eric V. Anslyn; Dennis, A. (2006). *Modern Physical Organic Chemistry* (Dodr. ed.). Sausalito, CA: University Science Books. p. 104. ISBN 978-1-891389-31-3.

Véxase tamén
------------

### Outros artigos

* Efecto anomérico
* Isomería
* Estereocontrol macrocíclico
* Modelación molecular
* Efecto estérico
* Cicloalcano
* Ciclohexano

|  |  |
| --- | --- |
| Control de autoridades | 
* Wd: Q1128023
* EBID: ID
* GND: 4164965-5
* MAG: 18705241
* NKC: ph933001
* PSH: 5482

 |