સંરૂપણ (conformation) : કાર્બનિક અણુમાંના પરમાણુઓની એકલ (single) સહસંયોજક (covalent) બંધ (s બંધ) આસપાસ મુક્ત-ચક્રણ (મુક્ત-ઘૂર્ણન) દ્વારા મળતી બે કે વધુ ત્રિપરિમાણી રચનાઓ પૈકીની ગમે તે એક. અણુઓ s બંધના ઘૂર્ણન દ્વારા વિવિધ ભૌમિતીય સ્વરૂપો બનાવે તેવાં સ્વરૂપોને સંરૂપકો (conformers) કહે છે. આ બધાં સ્વરૂપો જુદાં જુદાં સંયોજનો નથી હોતાં, પરંતુ તેઓ એક જ સંયોજનની જુદી જુદી અવકાશીય રચના દર્શાવે છે.

કોઈ એક અણુમાંના સમૂહોના s બંધના ઘૂર્ણનને લીધે તેમાં થતા ઊર્જા-ફેરફારનું વિશ્લેષણ સંરૂપીય વિશ્લેષણ (conformational analysis) કહેવાય છે.

આ પ્રકારનાં સંરૂપી સ્વરૂપો ન્યૂમૅન પ્રક્ષેપ (Newman projections) દ્વારા દર્શાવવાની રીત પ્રચલિત છે. ઇથેન H3C-CH3ના ઉદાહરણથી આ સમજાય છે :

આકૃતિ 1

1930 સુધી એમ માનવામાં આવતું હતું કે s બંધ ઉપરનાં ઘૂર્ણનો તદ્દન મુક્ત રીતે ફરી શકે (એટલે કે માપી ન શકાય તેટલી ઝડપથી ઘૂર્ણન કરતાં હોય) છે, જેથી ઉપર દર્શાવ્યાં છે તેવાં સ્વરૂપો પારખવાં શક્ય નથી; પરંતુ 1930માં પિત્ઝર (Pitzer) દ્વારા દર્શાવવામાં આવ્યું કે ઇથેનના પ્રાયોગિક ઉષ્માગતિકીય ગુણધર્મો તથા સૈદ્ધાંતિક (theoretical) ગુણધર્મો સમજવા માટે C-C ભ્રમણ દ્વારા મળતાં આવાં સ્વરૂપો વચ્ચે લગભગ 3.0 કિ. કૅલરી/મોલ જેટલો તફાવત ધ્યાનમાં લેવો જોઈએ. ત્યારપછીનાં સંશોધનોએ દર્શાવ્યું કે જ્યારે બે જુદા જુદા કાર્બન ઉપર હાઇડ્રોજન પરમાણુઓ એકબીજાની સૌથી નજીકમાં હોય (ગ્રહણગ્રસ્ત સંરૂપી) ત્યારે વધુમાં વધુ ઊર્જા વપરાય છે; જ્યારે આ હાઇડ્રોજન પરમાણુઓ એકબીજાથી મહત્તમ અંતરે હોય (staggered conformation, સામસામાં) ત્યારે સૌથી ઓછી ઊર્જા વપરાય છે. હવે એ સ્પષ્ટ થયું છે કે આ માટેનું કારણ બંધમાંના ઇલેક્ટ્રોનનું ક્વૉન્ટમ યાંત્રિકીય અપાકર્ષણ (quantum mechanical repulsion) છે. પિત્ઝરે 1968માં આ સાબિત કર્યું. આને કારણે સામાન્ય તાપમાને ઇથેનના મોટાભાગના અણુઓ સાંતરિત સંરૂપી હોય છે.

ઇથેન અણુની સ્થિતિજ (potential) ઊર્જાને તેના s બંધના ઘૂર્ણનના વિધેય તરીકે આકૃતિ 2 દ્વારા દર્શાવી છે :

આકૃતિ 2 : ઇથેનના કાર્બન-કાર્બન આબંધ પર થતા ઘૂર્ણન સાથે સંકળાયેલ સ્થિતિજ ઊર્જાના ફેરફારો

આકૃતિ 3 : n-બ્યુટેનનાં અગત્યનાં સંરૂપણ I-VI

આકૃતિ 4 : બ્યુટેનના C2-C3 આબંધ પર થતા ઘૂર્ણનથી ઉદભવતા ઊર્જાના ફેરફારો

અગાઉ જણાવ્યું તેમ, જ્યારે અણુમાંના સમૂહો s-બંધ દ્વારા ઘૂર્ણન કરે ત્યારે તેમાં થતા ઊર્જા ફેરફારના અભ્યાસને સંરૂપી વિશ્લેષણ કહે છે. ઇથેનમાં જોયું તેમ, તેમાં થોડો અવરોધ (barrier) (12 KJ mol-1) C-C બંધ ઉપર ઘૂર્ણન માટે થતો હોય છે. ગ્રહણગ્રસ્ત સંરૂપીમાં આ અવરોધ સૌથી વધુ હોય છે. મુક્ત ઘૂર્ણનમાં થતો આ અવરોધ ગ્રહણગ્રસ્ત સંરૂપીના મરોડ તણાવ(torsional strain)ને કારણે હોય છે.

n-બ્યુટેનના ઉદાહરણમાં C2 – C3 બંધનું ઘૂર્ણન તપાસવામાં આવે તો આવો મરોડ તણાવ વધુ સ્પષ્ટ રીતે દેખાય છે. n-બ્યુટેનનાં અગત્યનાં સંરૂપીઓ I-VI આકૃતિ 3માં દર્શાવ્યાં છે.

અહીં પ્રતિ સંરૂપી(I)માં મરડ-તાણ હોતું નથી, કારણ કે સમૂહો સાંતરિત (staggered) હોય છે અને CH3 સમૂહો એકબીજાથી મહત્તમ અંતરે હોય છે. III અને V ગ્યૂશ સંરૂપીમાં બંને CH3 સમૂહો એટલા નજીક છે કે તેમની વચ્ચે વાન ડર વાલ પરિબળો અપાકર્ષણીય (repulsive) હોય છે. ગ્રહણગ્રસ્ત સંરૂપી(II, IV તથા VI)માં સ્થિતિજ ઊર્જા મહત્તમ પ્રમાણમાં હોય છે. આકૃતિ 4માં સ્થિતિજ ઊર્જાનો ઘૂર્ણનના વિધેય તરીકેનો આલેખ દર્શાવ્યો છે.

અહીં ઘૂર્ણન દ્વારા નીપજતા મરડ-કોણ (torsional angle) અથવા દ્વિ-તલ કોણ (dihedral angle) ને સ્થિતિજ ઊર્જા સામે દર્શાવ્યા છે.

ઇથેનના પ્રમાણમાં બ્યુટેન અણુના ઘૂર્ણનમાં ઊર્જા-અવરોધ વધુ હોવા છતાં બ્યુટેનના ગ્યૂશ તથા પ્રતિ સંરૂપીઓ સામાન્ય તાપમાને અલગ પાડવા જેટલા મોટા નથી હોતા.

સાઇક્લોહેક્ઝેન જેવાં ચક્રીય આલ્કેનનાં સંરૂપી સ્વરૂપ તપાસતાં અગાઉ એ જાણવું જરૂરી છે કે સાઇક્લોહેક્ઝેન એક અસમતલીય (nonplanar) રચના ધરાવે છે, જેમાં બધા જ C-C બંધકોણ 109.5° હોઈ કોણીય તણાવ(angle strain)થી તે મુક્ત છે. તેનાં બે સ્વરૂપો ખુરશી(chair)-સંરૂપી તથા હોડી(boat)-સંરૂપી હોય છે. ખુરશી-સ્વરૂપ પણ હોડી-સ્વરૂપ માફક કોણ-તણાવથી મુક્ત હોય છે.

ખુરશી-સંરૂપીમાંથી હોડી-સંરૂપી તથા ફરીને ખુરશી-સંરૂપી ફેરફારો થતા રહે છે; પરંતુ ખુરશી-સંરૂપી હોડી-સંરૂપીના પ્રમાણમાં વધુ અનમ્ય (દૃઢ) હોય છે. આવા અનેક સંરૂપીઓ તેમની સ્થિતિજ ઊર્જાના વિધેય તરીકે આકૃતિ 5માં દર્શાવ્યા છે.

આકૃતિ 5 : સાઇક્લોહેક્ઝેનનાં વિવિધ સંરૂપણોની સાપેક્ષ ઊર્જા. મહત્તમ ઊર્જાવાળાં સ્થાનો એ અર્ધ-ખુરશી સંરૂપણો કહેવાય છે જેમાં વલયના એક છેડાના કાર્બન પરમાણુઓ સમતલીય બન્યાં હોય છે.

સાઇક્લોહેક્ઝેનના ખુરશી, હોડી કે મરડેલા સંરૂપીઓ વચ્ચે ઊર્જા-અવરોધ એટલો ઓછો હોય છે કે સામાન્ય તાપમાને સંરૂપીઓનું અલગીકરણ શક્ય નથી. પ્રત્યેક સેકંડે આવાં સ્વરૂપોની આંતરબદલી (inter-conversion) દસ લાખ જેટલી અંદાજવામાં આવી છે; પરંતુ ખુરશી સ્વરૂપના વધુ સ્થાયિત્વને કારણે લગભગ 99 % અણુઓ કોઈ એક ક્ષણે ખુરશી સંરૂપી તરીકે હોય છે. આવાં સ્વરૂપોને અલગ પાડવા માટે રસાયણજ્ઞોએ વિવિધ રીતો વિકસાવી છે. સાઇક્લોહેક્ઝેન અણુનો -100° સે. તાપમાને જો nmr કાઢવામાં આવે તો તેમાં બે જૂથમાં હાઇડ્રોજન પરમાણુઓ જણાય છે. એક જૂથમાં હાઇડ્રોજન વલયની અક્ષીય (axial) તથા બીજા જૂથમાંના હાઇડ્રોજન વલયની વિષુવવૃત્તીય (equtorial) સ્થિતિમાં હોય છે; જેઓની રાસાયણિક ક્રિયાશીલતા કંઈક અંશે અલગ હોય છે.

એવી પરિસ્થિતિ લેબૉરેટરીમાં નિપજાવી શકાય છે કે જેનાથી સાઇક્લોહેક્ઝેનનું ખુરશી-સ્વરૂપ સ્થાયી બને છે; દા.ત., સાઇક્લોહેક્ઝેનના C-1 તથા C-4ને મિથીલીન સેતુ(-CH2)થી જોડતાં નોરબૉર્નેન બને છે :

જ. પો. ત્રિવેદી