Conformazione

Da Wikipedia, l'enciclopedia libera.
Una molecola di etano osservata lungo il legame C-C: conformazione eclissata (a sinistra) e conformazione sfalsata (a destra). Questi sono i due casi limite, esistono conformazioni intermedie a differente livello di eclissamento.

In chimica, la conformazione (da non confondere con la configurazione) è riferita alla forma della molecola, cioè alla geometria o disposizione spaziale degli atomi della molecola, che cambia in genere attraverso la rotazione (o torsione) attorno ai legami semplici o, talvolta, per inversione (o flipping) di particolari atomi tricoordinati (in genere di azoto) con geometria piramidale.

Ogni particolare, distinta conformazione può essere immaginata (e rappresentata) come un singolo punto in una ipersuperficie a 3N dimensioni (N è il numero di atomi della molecola), ove la variabile dipendente indica l'energia della molecola e le variabili indipendenti sono le coordinate di tutti gli atomi. Le conformazioni o geometrie di equilibrio, ovvero i punti di minima energia, sono detti isomeri conformazionali o conformeri. I conformeri sono quindi stereoisomeri (diastereoisomeri o enantiomeri) in equilibrio tra di loro. I rotameri sono particolari conformeri che differiscono per la torsione di un (ed un solo) legame. In pratica, i rotameri assumono lo stesso valore che hanno gli epimeri in stereochimica.

È interessante notare che mentre le conformazioni che la molecola può assumere, proprio come i punti in una (iper)superficie, sono ovviamente infinite, il numero dei conformeri (come i minimi di una funzione) è limitato, benché spesso sia molto elevato, come nel caso delle macromolecole biologiche.

Nella grande maggioranza dei casi, a temperatura ambiente le conformazioni si interconvertono rapidamente l'una nell'altra e non è possibile isolare un unico conformero, tuttavia possono esservi casi in cui l'ingombro sterico è tale da bloccare la molecola in una delle conformazioni possibili, ad esempio nei bifenili tetrasostituiti in posizione orto. In tal caso si parla di atropoisomeria.

Il rapporto tra le popolazioni dei diversi conformeri presenti all'equilibrio è dato dalla distribuzione di Boltzmann:

 \frac{N_i}{N_j} = \frac{g_i}{g_j} \exp \left (\frac{-(E_i-E_j)}{RT} \right)

Conformazioni in molecole acicliche[modifica | modifica sorgente]

L'esempio più semplice di conformeri è quello delle configurazioni eclissata e sfalsata dell'etano. Per via della repulsione elettrostatica reciproca tra gli elettroni, l'etano tende ad assumere preferibilmente una conformazione sfalsata, dove l'angolo diedro formato da due legami C-H ciascuno su un diverso atomo di carbonio è di 60°; la barriera energetica tra le due conformazioni è comunque sufficientemente bassa da consentire anche a basse temperature una rotazione completa attorno al legame che unisce i due atomi di carbonio. La proiezione di Newman è una rappresentazione molto utile per evidenziare i conformeri di molecole acicliche. Nel caso di alcani aciclici con più di due atomi di carbonio (ad esempio un butano) si osserva che i gruppi CH3 terminali della catena tendono a disporsi in configurazione sfalsata in posizione -anti l'uno rispetto a l'altro (che risulta essere la forma in assoluto più stabile). Per rotazione attorno al legame esistono ovviamente anche tutte le forme intermedie tra la forma sfalsata ed eclissata (gauche). Da notare che nell'ultimo caso esposto tutte le altre forme intermedie hanno un ingombro sterico maggiore, anche se la barriera energetica rimane abbastanza bassa da consentire la rapida conversione da una forma ad un'altra.

Conformazioni in cicloesano e derivati[modifica | modifica sorgente]

Altro esempio è offerto dal cicloesano (un cicloalcano) che può assumere diverse conformazioni per la possibile rotazione attorno al legame C-C, ciascuna con una propria stabilità.

Le tipiche conformazioni sono: a sedia, a barca, a twist (o treccia). La prima è quella più stabile (i legami infatti sono disposti in modo da minimizzare l'ingombro sterico); la conformazione a barca è invece meno stabile rispetto alle altre due, perché i legami C-H si trovano in posizione reciprocamente eclissata. Per questo motivo il cicloesano tende a passare da questa conformazione alla conformazione a twist, attraverso una torsione.

Conformazioni dell'esano: a sedia, "twist" e a barca

Conformazioni di peptidi e proteine[modifica | modifica sorgente]

Struttura di un α-elica, i residui amminoacidici sporgono all'esterno mentre all'interno la struttura è stabilizzata da legami ad idrogeno.

All'interno delle proteine le varie catene polipeptidiche assumono delle conformazioni che vanno a costituire i vari elementi di struttura secondaria nelle proteine di cui i principali sono le α eliche, i foglietti Β ed i turns. I vari elementi di struttura secondaria ripiegandosi tra loro danno la conformazione della proteina, definita struttura terziaria. I peptidi possono assumere le conformazioni tipiche della struttura secondaria delle proteine, ma a seconda della lunghezza della catena hanno diversa mobilità conformazionale e possono assumere un numero maggiore di conformazioni.

Voci correlate[modifica | modifica sorgente]

Altri progetti[modifica | modifica sorgente]

Collegamenti esterni[modifica | modifica sorgente]

chimica Portale Chimica: Il portale della scienza della composizione, delle proprietà e delle trasformazioni della materia