Isomeri conformazionali (conformeri) negli alcani e nei cicloalcani
30 Agosto 2026 · Mario Lomele
Gli isomeri conformazionali, chiamati anche conformeri, sono le diverse
disposizioni nello spazio che una stessa molecola assume ruotando attorno ai suoi legami
semplici. A differenza degli isomeri strutturali o degli stereoisomeri, i conformeri non
richiedono di rompere alcun legame per trasformarsi l’uno nell’altro: basta una rotazione.
E’ una distinzione che nei test di ammissione torna spesso, perche’ separa due famiglie di
isomeria che a prima vista si assomigliano.
Che cosa sono gli isomeri conformazionali
Un legame sigma carbonio-carbonio ha simmetria cilindrica: i due atomi possono ruotare
uno rispetto all’altro senza che il legame si spezzi. Ogni posizione raggiunta durante
questa rotazione e’ una conformazione, e le conformazioni che corrispondono a un minimo di
energia sono i conformeri veri e propri.
La conseguenza pratica e’ importante: a temperatura ambiente una molecola non sta ferma
in una sola conformazione, ma passa continuamente da una all’altra. Quando si parla di
“struttura” di un alcano si intende quindi la conformazione piu’ popolata, non l’unica
possibile.
Perche’ non sono isomeri in senso stretto
Gli isomeri di struttura hanno atomi collegati in ordine diverso; gli stereoisomeri hanno
la stessa connettivita’ ma disposizione spaziale non interconvertibile senza rompere legami.
I conformeri, invece, sono la stessa identica molecola colta in momenti diversi della sua
rotazione. Per questo molti testi li chiamano piu’ propriamente conformazioni.
Etano: sfalsata ed eclissata
L’etano e’ il caso piu’ semplice e quello da cui partire. Guardando la molecola lungo
l’asse del legame C-C, con una proiezione di Newman, si distinguono due situazioni estreme.
Nella conformazione sfalsata (anti o staggered) gli idrogeni del carbonio
anteriore stanno esattamente a meta’ strada fra quelli del carbonio posteriore: l’angolo
diedro fra due idrogeni vicini e’ di 60 gradi. E’ la conformazione a energia minima.
Nella conformazione eclissata gli idrogeni anteriori si sovrappongono a
quelli posteriori, con angolo diedro di 0 gradi. E’ la conformazione a energia massima, e la
differenza rispetto alla sfalsata e’ di circa 12 kJ/mol, cioe’ 3 kcal/mol.
Questa differenza si chiama tensione torsionale e non dipende dall’ingombro
sterico degli idrogeni, che sono piccoli: nasce dalla repulsione fra le nuvole elettroniche
dei legami affacciati. La barriera e’ bassa abbastanza che a temperatura ambiente la
rotazione sia praticamente libera: si stima avvengano milioni di interconversioni al secondo.
Butano: anti, gauche e le due eclissate
Nel butano la rotazione attorno al legame C2-C3 mette in gioco due gruppi metilici, e il
quadro si arricchisce. Le conformazioni rilevanti diventano quattro.
- Anti: i due metili a 180 gradi, il piu’ lontano possibile. E’ il minimo
assoluto di energia e la conformazione piu’ popolata. - Gauche: i due metili a 60 gradi. E’ ancora una conformazione sfalsata,
quindi un minimo locale, ma sta circa 3,8 kJ/mol sopra l’anti per l’ingombro reciproco dei
due metili. - Eclissata metile-idrogeno: massimo locale, circa 16 kJ/mol sopra l’anti.
- Eclissata metile-metile (sin): i due metili sovrapposti a 0 gradi. E’ il
massimo assoluto, circa 19 kJ/mol sopra l’anti.
Qui compare un secondo effetto accanto alla tensione torsionale: la tensione
sterica, cioe’ la repulsione fra gruppi voluminosi costretti troppo vicini. E’ la
ragione per cui l’anti batte la gauche pur essendo entrambe sfalsate.
Cicloalcani: quando l’anello impone le regole
Negli anelli la rotazione non e’ libera, perche’ gli atomi sono vincolati a chiudersi su
se stessi. Entra allora in gioco un terzo contributo, la tensione angolare,
che nasce quando gli angoli di legame si discostano dai 109,5 gradi dell’ibridazione sp3.
Il ciclopropano e’ l’esempio estremo: tre carboni complanari con angoli di 60 gradi, quindi
tensione angolare altissima e legami “piegati”. Il ciclobutano riduce un po’ la tensione
ripiegandosi leggermente. Il ciclopentano assume una forma a busta.
Cicloesano: sedia, barca e barca torta
Il cicloesano e’ il caso piu’ studiato perche’ riesce a eliminare quasi del tutto la
tensione angolare. Non e’ piatto: nella conformazione a sedia gli angoli di
legame valgono circa 111 gradi e tutti i legami adiacenti risultano sfalsati. E’ il minimo di
energia, ed e’ la forma in cui il cicloesano si trova quasi sempre.
La conformazione a barca mantiene angoli accettabili ma presenta legami
eclissati e, soprattutto, l’interazione di bandiera fra i due idrogeni delle punte: sta circa
29 kJ/mol sopra la sedia. La barca torta (twist-boat) allevia in parte quelle
repulsioni e si colloca circa 23 kJ/mol sopra la sedia.
Idrogeni assiali ed equatoriali
Nella sedia i dodici idrogeni del cicloesano non sono equivalenti: sei sono
assiali, diretti alternativamente sopra e sotto il piano medio dell’anello, e
sei sono equatoriali, disposti verso l’esterno.
L’anello puo’ ribaltarsi passando per la barca torta in un processo detto ring flip: al
termine del ribaltamento tutti gli idrogeni assiali sono diventati equatoriali e viceversa.
Nel cicloesano non sostituito le due sedie sono identiche e quindi ugualmente popolate.
Interazioni 1,3-diassiali
La situazione cambia se un idrogeno viene sostituito da un gruppo ingombrante. Un
sostituente in posizione assiale si trova vicinissimo agli altri due idrogeni assiali dello
stesso lato dell’anello, quelli sui carboni 3 e 5: sono le interazioni
1,3-diassiali.
Nel metilcicloesano il conformero con il metile equatoriale e’ piu’ stabile di circa
7,5 kJ/mol, e all’equilibrio rappresenta circa il 95 per cento delle molecole. Con gruppi piu’
voluminosi lo squilibrio cresce: il tert-butilcicloesano sta in pratica sempre con il
sostituente equatoriale, tanto che si parla di conformazione bloccata.
Come si risolvono i quesiti su questo argomento
Le domande d’esame su isomeri conformazionali seguono quasi sempre uno di questi schemi.
- Ordinare per stabilita’ alcune conformazioni: si guarda prima se ci sono legami eclissati
(tensione torsionale), poi quanto sono vicini i gruppi ingombranti (tensione sterica). - Riconoscere una proiezione di Newman: l’angolo diedro dice subito se la conformazione e’
sfalsata (60 o 180 gradi) o eclissata (0 o 120 gradi). - Dire quale sostituente sta equatoriale: vince sempre il piu’ voluminoso, per evitare le
interazioni 1,3-diassiali. - Distinguere conformeri da stereoisomeri: se per passare da una struttura all’altra basta
ruotare, sono conformeri; se serve rompere un legame, no.
Un errore ricorrente e’ considerare il cicloesano una struttura piatta: da li’ nascono
risposte sbagliate su angoli e stabilita’. Un altro e’ confondere la conformazione a barca
con la barca torta, che sono due punti diversi del profilo energetico.
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In sintesi
Gli isomeri conformazionali descrivono come una molecola si dispone nello spazio ruotando
attorno ai legami semplici. Negli alcani a catena aperta il criterio e’ semplice: vince la
conformazione che tiene i gruppi ingombranti piu’ lontani e i legami sfalsati. Nei cicloalcani
si aggiunge il vincolo dell’anello, e nel cicloesano la risposta e’ quasi sempre la stessa:
sedia, con i sostituenti voluminosi in posizione equatoriale.