Конформационный анализ

Наряду с представлениями об электронных взаимодействиях, составляет ту основу теоретической органической химии, которая позволяет связать воедино пространственную структуру, реакционную способность и физические параметры молекул.

Начало конформационному анализу положил голландский химик Я.Вант-Гофф (1874), который предложил тетраэдрическую модель насыщенного атома углерода и сформулировал постулат свободного вращения заместителей вокруг простых связей без их разрыва. Позже была установлена энергетическая неравноценность образующихся конформаций. Предпочтительность той или иной конформации определяется тонким балансом всех взаимодействий в молекуле (электростатических, электронных, стерических и других). Как правило, это незаслоненные (шахматные) конформации, обладающие минимальной энергией, однако при наличии в молекуле взаимодействий, способных ее понизить (водородная связь, сопряжение, аттрактивные и другие эффекты), возможны нетрадиционные, в том числе заслоненные, конформации.

Особое значение для конформационного анализа имели исследования немецкого ученого Г.Заксе и английского химика Д.Бартона о конформациях в ряду производных циклогексана, а также труды немецкого химика Э.Мора, норвежского физикохимика О.Хассела, швейцарского химика В.Прелога, академика Н.С.Зефирова и других.

Основателем современного конформационного анализа признан Бартон, он же ввел термин «Конформационный анализ» (Нобелевская премия, 1969). В 1970-е гг. в мире интенсивно развивался экспериментальный конформационный анализ органических (ОС) и элементоорганических (ЭОС) соединений.

В СССР первые работы по структурным исследованиям фосфорорганических соединений (ФОС) были начаты в 1940-е гг. Б.А.Арбузовым и продолжены его учениками. Основы конформационного анализа сложных молекул ОС и ЭОС с несколькими осями внутреннего вращения заложил А.Н.Верещагин, разработавший методологию, теоретические и экспериментальные подходы к исследованию на основе комплекса физических методов – дипольных моментов, эффекта Керра, или двулучепреломления в постоянном электрическом поле (им сконструирован прибор для определения констант Керра), эффекта Коттона–Мутона, или двулучепреломления в магнитном поле, релеевского светорассеяния, парамагнитного эффекта магнитного двулучепреломления (открыт в 1984 г. совместно с С.Г.Вульфсоном), а также методов колебательной, ультрафиолетовой, ядерной магнитной резонансной и фотоэлектронной спектроскопии, газовой электронографии. Для установления молекулярной структуры ОС и ЭОС в кристаллической фазе используется метод рентгеноструктурного анализа.

Фундаментальные исследования по конформационному анализу различных классов ОС, ФОС и ЭОС проведены в институте органической и физической химии Казанского научного центра Российской академии наук (Б.А.Арбузов, А.Н.Верещагин, С.Г.Вульфсон, В.А.Наумов, В.Е.Катаев, А.А.Бредихин, Э.Х.Казакова, старший научный сотрудник В.В.Зверев и другие), в Казанском университете, Химическом институте имени А.М.Бутлерова (Э.А.Ишмаева, И.И.Пацановский, Г.А.Чмутова, Л.К.Юлдашева, Р.П.Аршинова, Е.Н.Климовицкий, Л.М.Катаева и другие). Изучены возможности применения колебательной спектроскопии в конформационном анализе ОС и ЭОС (Р.Р.Шагидуллин, А.Б.Ремизов, В.И.Коваленко, С.А.Кацюба и другие).

Значительный вклад в конформационный анализ циклических ОС и ЭОС внес Ю.Ю.Самитов, сконструировавший один из первых в стране спектрометров ядерного магнитного резонанса (1960). Им и его учениками (А.В.Ильясов, А.В.Аганов, Р.М.Аминова, В.В.Клочков, Ф.Х.Каратаева, Т.А.Зябликова и другие) получены фундаментальные научные результаты по спектроскопии ядерного магнитного резонанса и ее использованию в конформационном анализе ОС и ЭОС. Развитие методов квантовой химии и вычислительной техники расширили возможности конформационного анализа.

Конформационный анализ. Москва, 1969.

Конформационный анализ элементоорганических соединений. Москва, 1983.

Конформационный анализ углеводородов и их производных. Москва, 1990.

Автор – Э.А.Ишмаева