Conformación eclipsada

En química, una conformación eclipsada es aquella en la que dos sustituyentes X e Y en átomos adyacentes A y B se encuentran en la proximidad más cercana, lo que implica que el ángulo de torsión X–A–B–Y es de 0°. ^{[ 1 ]} Dicha conformación puede existir en cualquier cadena abierta, con un enlace químico simple que conecte dos átomos con hibridación sp³ , y ^normalmente representa un máximo de energía conformacional. Este máximo suele explicarse por el impedimento estérico , pero en ocasiones su origen reside en la hiperconjugación (como cuando la interacción eclipsante se da entre dos átomos de hidrógeno).

En el ejemplo del etano, dos grupos metilo están conectados mediante un enlace sigma carbono-carbono , al igual que se conectan dos piezas de Lego mediante un único "espárrago" y un "tubo". Con esta imagen en mente, si los grupos metilo giran alrededor del enlace, permanecerán conectados; sin embargo, la forma cambiará. Esto da lugar a múltiples disposiciones tridimensionales posibles, conocidas como conformaciones, isómeros conformacionales (conformeros) o, a veces, isómeros rotacionales (rotámeros). ^{[ 2 ]}

Las conformaciones se pueden describir mediante ángulos diedros , que se utilizan para determinar la posición de los átomos y su distancia entre sí, y se pueden visualizar mediante proyecciones de Newman . Un ángulo diedro puede indicar una orientación alternada o eclipsada, pero se utiliza específicamente para determinar el ángulo entre dos átomos específicos en carbonos opuestos. Las diferentes conformaciones tienen energías desiguales, lo que crea una barrera energética para la rotación del enlace, conocida como tensión torsional . En particular, las conformaciones eclipsadas tienden a tener energías elevadas debido a la repulsión de las nubes electrónicas de los sustituyentes eclipsados.

Las energías relativas de las diferentes conformaciones pueden visualizarse mediante gráficos. En el ejemplo del etano , un gráfico de este tipo muestra que la rotación alrededor del enlace carbono-carbono no es completamente libre, sino que existe una barrera energética. Se dice que la molécula de etano en la conformación eclipsada sufre tensión torsional, y mediante una rotación alrededor del enlace carbono-carbono hacia la conformación alternada se liberan aproximadamente 12,5 kJ/mol de energía torsional .

En el caso del butano y su cadena de cuatro carbonos, tres enlaces carbono-carbono pueden rotar. El ejemplo que se muestra a continuación se centra en los enlaces C2 y C3. A continuación, se presenta la representación de caballete y Newman del butano en una conformación eclipsada, con los dos grupos CH₃ ₍ C1 y C4) formando un ángulo de 0 grados entre sí (izquierda).

Si el frente se rota 60° en el sentido de las agujas del reloj, la molécula de butano se encuentra ahora en una conformación alternada (derecha). Esta conformación se conoce más específicamente como la conformación gauche del butano. Esto se debe a que los grupos metilo están alternados, pero solo a 60° entre sí. Esta conformación es energéticamente más favorable que la conformación eclipsada, pero no es la más favorable energéticamente. Otra rotación de 60° nos da una segunda conformación eclipsada donde ambos grupos metilo están alineados con átomos de hidrógeno. Una rotación más de 60° produce otra conformación alternada denominada conformación anti . Esto ocurre cuando los grupos metilo se posicionan opuestos (180°) entre sí. Esta es la conformación más favorable energéticamente. ^{[ 3 ]}

En el gráfico se observan mínimos a 60, 180 y 300 grados, mientras que los máximos se encuentran a 0, 120, 240 y 360 grados. Los máximos representan las conformaciones eclipsadas debido al ángulo diedro de cero grados. ^{[ 4 ]}

Como se ha establecido mediante cristalografía de rayos X , el anión octaclorodimolibdato(II) ([Mo₂Cl₈ _] ⁴⁻ ₎ presenta una conformación eclipsada. Esta geometría estéricamente desfavorable se da como evidencia de un enlace cuádruple entre los centros de ^{Mo. [ 5 ]}

Experimentos como análisis de difracción de rayos X y electrones , resonancia magnética nuclear , espectroscopía de microondas y otros han permitido a los investigadores determinar qué estructuras de cicloalcanos son las más estables según las diferentes conformaciones posibles. Otro método que ha demostrado ser eficaz es la mecánica molecular , un método computacional que permite calcular y analizar las energías de tensión totales de diferentes conformaciones. Se ha observado que las conformaciones más estables presentan energías más bajas, según los valores de energía derivados de las distancias y ángulos de enlace. ^{[ 6 ]}

_{En muchos casos, los isómeros de alcanos con cadenas ramificadas tienen puntos de} ebullición más bajos que los que no lo son, lo cual se ha demostrado experimentalmente con isómeros de C8H18 _. Esto se debe a una combinación de fuerzas intermoleculares y tamaño que resultan de las cadenas ramificadas. Cuantas más ramificaciones tenga un alcano, más extendida será su forma; por otro lado, si está menos ramificado, tendrá más fuerzas atractivas intermoleculares que deberán romperse, lo cual es la causa del aumento del punto de ebullición de los alcanos no ramificados. En otro caso, el 2,2,3,3-tetrametilbutano tiene una forma más parecida a un elipsoide, lo que le permite formar una red cristalina, lo que eleva el punto de fusión de la molécula porque se requiere más energía para pasar del estado sólido al líquido. ^{[ 6 ]}

• Efecto Gauche