أولاً/ الدوران حول الرابطة الأحادية C-C
التماكب الامتثالي Conformational Isomerism
- يسمى أيضاً التصاوغ الشكلي أو التماكب الشكلي أو التزامر الشكلي أو الإيزوميرية الشكلية أو الهيئات
- هو تزامر فراغي ينتج نتيجة قدرة الروابط على الدوران بالنسبة لبعضها البعض حول محور الرابطة الأحادية C-C. وهذا يدعي بالتماكب الامتثالي Conformation وتدعى الأيزوميرات الناتجة بالإيزوميرات الامتثالية أو الامتثالات Comformers.
- أو هو التزامر الفراغي الناتج عن الدوران الحر Free Rotation الغير مقيد حول الرابطة الأحادية C-C بمعنى أن ذرات الهيدروجين أو المجموعات المتصلة بذرات الكربون تكون في حالة تبادل مستمر بين الهيئات (الامتثالات) الممكنة بسرعة كبيرة ولا تمثل هذه الهيئات متشكلات وذلك بسبب صعوبة فصلها.
- لا يغير هذا الدوران الحر توزيع الألكترونات على طول الرابطة الأحادية وتظل قوة الرابطة ثابتة أثناء الدوران.
- تحتوي بعض الأمتثالات (الهيئات) على محتوى طاقة عالي قليلاً بسبب التنافر بين الذرات أو بين المجموعات المرتبطة بالكربون المتجاور أثناء اقترابها من بعضها البعض بسبب الدوران الحر.
- وسوف نشرح هيئات الإيثان ليتم فهم الموضوع
هيئات الإيثان Conformation of ethane
– يعرف هذا التمثيل للهيئات بهيئة الحصان Sawhorse representations وفيه تظهر الرابطة C-C بزاوية منحرفة وروابط C-H بوضوح كبير على ذرتي الكربون.
– أن هذه الهيئات الناتجة من الدوران حول الرابطة C-C لا حصر لها وهى غير متساوية في الطاقة وبالتالي غير متساوية في الثبات وتسمى كل واحدة منها Conformer والتى اشتقت من كلمتى Conformational isomer وهناك هيئتان رئيسيتان هما:
(1) هيئة الخسوف Eclipsed conformation
– وهي أقل الهيئات ثباتاً وأعلاها طاقة لأن التنافر بين أزواج الإلكترونات الرابطة يكون أعلى ما يمكن بسبب أعلى ما يمكن بسبب قرب روابط C-H من بعضها.
– التمثيل التالي يعرف بإسقاط نيومان Newman projections نسبة للعالم Melvin s.Newman وفيه تظهر الرابطةC-C مباشر من نهايتها وتمثل ذرتي الكربون بدائرة Circle
(2) هيئة الانفراج Staggered conformation
– هي أكثر الهيئات ثباتا لأنها أقل طاقة بسبب بعد الذرات أو المجموعات عن بعضها
– يوجد بين هاتين الهيئتين عدد لا حصر له من الهيئات تسمى Skew conformation
تحليل الهيئة Conformational analysis
هو عبارة عن دراسة تغيرات الطاقة المرافقة لدوران المجموعات حول رابطة احادية.
تحليل هيئة البيوتان Conformational analysis of Butane
تحليل هيئة البيوتان (الدوران حول الرابطة C2 – C3) : CH3-CH2-CH2-CH3)
(1) الهيئة المتعاكسة conformation Anti
هي الهيئة التي تكون فيها مجموعتي الميثيل متعاكستين تماماً وبناءاً علية تكون هي الهيئة الأكثر استقراراً.
(2) الهيئة المائلة Gauche conformation
هي الهيئة التي تكون فيها مجموعتي الميثيل متقاربتان من بعضهما أكثر من أنصاف أقطار فاندرفال مما يجعل قوى فاندرفال قوة تنافر (بسبب قرب السحب الإلكترونية في المجموعتين) وبالتالي تكون هذه الهيئة أعلى في الطاقة من الهيئة المتعاكسة وأقل ثباتاً.
إن الهيئتين المتعاكسة والمائلة لا تحتويان على إجهاد التوائي Torsion strain وذلك لأن المجموعات تكون في وضع متبادل فتصبح أقل الهيئات في الطاقة و أآثرها استقرارا.
(3)هيئة الخسوف Eclipsed conformation
هي الهيئة التي تكون فيها المجموعات أو الذرات في وضع متطابق أو متقابل ويوجد بها إجهاد التوائي بالإضافة إلى قوة التنافر بين المجموعات أو الذرات وبالتالي تكون الهيئة (IV) أعلى الهيئات طاقة وأقلها ثباتاً.
مثال: الشكل التالي يوضح رسم إسقاط نيومان لهيئات المركب للدوران حول الرابطة C2-C3؟
الهيئة الأكثر استقرارا هي رقم (I)
ثانياً/ الدوران حول الروابط المتعددة Nonrotation Around Multiple Bonds
- تشير الروابط المتعددة إلى الراوابط الثنائية والروابط الثلاثية.
- تتكون هذة الروابط من رابطة سيجما ورابطة باى فى حالة الرابطة الثنائية ورابطة سيجما ورابطتين باى فى حالة الرابطة الثلاثية.
- ولأن الرابطة باي تتكون نتيجة تداخل الاوربتالات بالجنب side‐to‐side overlap فأن أى دوران حول الرابطة سيجما سينتج عنه تدمير جميع روابط باي الموجودة وينتج عنه هيئات أو أشكال غير ثابتة
- الشكل يوضح تأثير دوران الرابطة سيجما فى الأيثين
الدوران فى الأحماض الدهنية المشبعة أسهل من الأحماض الدهنية الغير مشبعة
وذلك لأنه فى الأحماض الدهنية المشبعة تكون معظم الروابط أحادية C-C ويكون الدوران حول الرابطة الأحادية دوران حر Free rotation
- أما فى الأحماض الغير مشبعة توجد روابط أحادية وثنائية وثلاثية ويكون الدوران فى هذة الحالة دوران مقيد resticted rotation بسبب وجود الروابط الثنائية والثلاثية.