Et konjugatsystem er et kjemisk system som består av atomer bundet av kovalente bindinger med minst en delokalisert π-binding . Denne delokaliseringen gjør det mulig å vurdere flere Lewis-representasjoner (kalt mesomeriske , resonante eller kanoniske former ) og fremhever dermed de kjemiske egenskapene til molekylet. Begrepet "konjugat" ble laget i 1899 av den tyske kjemikeren Johannes Thiele .
Bøyningen, opprinnelsen til denne delokaliseringen, kan være av forskjellig art:
Denne forbindelsen har - formelt sett - to dobbeltbindinger på de tre bindingene som er tilstede mellom karbonatomene. Faktisk blir bindingene avlokalisert på hele karbonskjelettet ved å tilveiebringe en dobbeltbindingskarakter på den sentrale bindingen (formelt enkelt) og føre til at ladninger dukker opp på enden av kjeden.
Denne typen konjugasjon presenterer et bestemt tilfelle, krysskonjugasjonen som oppstår når på tre π-bindinger som kan samhandle, to interagerer med hverandre ved konjugering, og den tredje er ekskludert fra interaksjonen. Eksempler på krysskonjugering er gitt av benzofenon , dendralener , radialener eller fullerener .
Disse systemene fører til en generell delokalisering av elektroner på alle justerte, parallelle og tilstøtende p-orbitaler av atomer, noe som senker energien og dermed øker stabiliteten.
Delokaliseringen av elektroner skaper en region der de ikke tilhører en enkelt binding eller et atom , men snarere til en gruppe, forskjellene i sannsynligheten for tilstedeværelse i to nærliggende regioner i rommet (her for en kjede av atomer) reduseres ( vi gir bildet av en kontinuerlig forskyvning av elektroner mellom to påfølgende bindinger). Disse modifikasjonene tilsvarer en kombinasjon av mesomere former (også kalt resonans eller kanonisk) slik at energien i systemet er minimal (derfor er det absolutt minimum av den potensielle energioverflaten assosiert med elektroniske tilstedeværelser): denne forestillingen presenteres noen ganger av innføring av en koblingslokaliseringsprosent .
Denne stabiliseringen av systemet ved delokalisering av elektronene har effekter på dets reaktivitet: det vil for eksempel favorisere dannelsen av et produkt i stedet for det til dets isomer, førstnevnte blir stabilisert av mesomerisme, eller vil fremme stabiliteten til en reaksjon mellomliggende i stedet for en annen, dirigere reaksjonen i henhold til en mekanisme i stedet for en annen ( S N 1 / S N 2-konkurranse for eksempel).
Konjugatsystemer har unike egenskaper som resulterer i intense farger. Mange pigmenter bruker konjugerte elektronsystemer, slik som den lange kjeden av konjugert hydrokarbon av β-karoten , noe som resulterer i en sterk oransje farge. Når et elektron i systemet absorberer et lysfoton med riktig bølgelengde , kan det bringes til et høyere energinivå (se partikkel i en rute ). Flertallet av disse elektroniske overgangene er av et elektron fra en orbital pi orbital til en pi antibonding (π til π * ), et ikke-bindende elektron kan også flyttes (n til π * ). Konjugerte systemer med mindre enn åtte konjugerte dobbeltbindinger absorberer bare i ultrafiolett lys og virker fargeløse for det menneskelige øye. Når hver dobbeltbinding tilsettes, absorberer systemet fotoner med lengre bølgelengde (og derfor lavere energi), og fargen på forbindelsen varierer fra blå til gul. Oransje eller røde forbindelser stoler vanligvis ikke bare på dobbeltbindinger.
Absorpsjonen av lys fra ultrafiolett til synlig spekter kan måles med UV / Synlig spektroskopi . Absorpsjonen av lys danner grunnlaget for all fotokjemi .
Konjugatsystemer danner grunnlaget for kromoforer , som er de lysabsorberende delene av et molekyl, som kan gjøre en forbindelse farget. Slike kromoforer er ofte til stede i forskjellige organiske forbindelser, og noen ganger til stede i polymerer , som er farget eller lyser i mørket. De er vanligvis forårsaket av konjugerte ringsystemer med bindinger som C = O og N = N i tillegg til konjugerte CC-bindinger.
Konjugering i ringstrukturer resulterer i aromatisitet , en uvanlig stabilitet som er tilstede i noen ringkonjugatsystemer.
Å ha alternerende enkelt- og dobbeltbindinger er imidlertid ikke nødvendigvis tilstrekkelig for at et system skal konjugeres. Enkelte sykliske hydrokarboner (slik som cyklooktatetraen ) har faktisk en alternerende enkel / dobbeltbinding. Selv om molekylet kan se flatt ut bare ved å se på den kjemiske strukturen, er det ikke molekylet og vedtar vanligvis en "båt" -konformasjon . Siden molekylets p-orbitaler ikke kan stille seg, deles ikke elektroner mellom karbonatomer, og systemet er ikke konjugert.