Du hast bestimmt schon oft von Kohlenhydraten gehört oder im Chemieunterricht das Thema Monosaccharide bearbeitet. Häufig tauchen dort die Begriffe "Chiralitätszentrum", "Enantiomere" und "Diastereomere" auf. Auf den Begriff Diastereomere gehst du heute näher ein. Insbesondere die Unterschiede zwischen Enantiomere und Diastereomere sowie ein kleiner Exkurs zu Chiralität erwarten dich.
Diastereomere – Definition
Um das Thema Diastereomere besser verstehen zu können, lernst du zunächst, was eine Isomerie ist.
Isomere sind zwei oder mehrere Verbindungen, die die gleiche Summenformel und molekulare Masse besitzen, jedoch eine unterschiedeliche räumliche Anordnung oder Verknüpfung der Atome.
Es gibt mehrere Art von Isomerie. Ein kleiner Überblick siehst du anhand von diesem Stammbaum zur Isomerie.
Die nächsten Abschnitte handeln von den Diastereomeren, die in die Stereoisomerie zugeornet werden. Stereoisomere besitzen die gleiche Konstitution, aber eine unterschiedliche Konformation. Du kannst dir merken, dass bei Stereoisomeren die Art der Atome, deren Anzahl und, wie sie verknüpft sind, gleich ist. Der Unterschied der Stereoisomere liegt in der räumlichen Anordnung.
Die Diastereomerie sowie die Enantiomerie gehören zur Konfigurationsisomerie. Bei der Konfigurationsisomerie sind die Isomere ohne einen Bindungsbruch nicht ineinander überführbar.
Diastereomere sind Stereoisomere, die nicht als Bild und Spiegelbild auftreten.
Moleküle, die Diastereomere ausbilden können, besitzen mehrere Stereozentren. Bei der Diastereomerie unterscheidet sich die räumliche Anordnung bei wenigstens einem Stereozentrum, jedoch nicht an allen. Wenn sich alle Stereozentren in einem Molekül unterscheiden, wird die Isomerie Enantiomerie genannt.
Ein Stereozentrum, auch Chiralitätszentrum genannt, ist eine Stelle in einem Molekül, bei der die Substituenten so im Raum angeordnet sind, dass die Spiegelbilder der Verbindung nicht in Deckung gebracht werden können. Meistens stellt ein Stereozentrum ein Atom dar, das vier verschiedene Substituenten gebunden hat. Eine weitere Form eines Stereozentrums ist eine Doppelbindung. Diese werden stereogene Doppelbindungen genannt. Daraus soll jedoch nicht weiter eingegangen werden.
Eine besondere Form der Diastereomerie sind Epimere. Epimere liegen vor, wenn der Unterschied bei Diastereomeren nur an einen Stereozentrum besteht.
Chiralität und Diastereomerie
Die Chiralität beschreibt das Phänomen, dass sich Moleküle nicht durch Drehung ineinander überführen lassen. In diesen Stereoisomeren existieren ein oder mehrere Stereozentren.
Moleküle, die diese Chiraliät aufweisen, sind chirale Verbindungen. Ein Beispiel sind Diastereomere. Achirale Verbindungen besitzen keine chiralen Eigenschaften. Es liegt keine Isomerie vor.
Chirale Verbindungen
Damit du dieses Phänomen besser verstehst, siehst du hier nochmal eine vereinfachte Erklärung. Chirale Verbindungen...
- besitzen den gleichen Aufbau.
- haben die gleiche Struktur.
- bestehen aus der gleichen Substanz.
- haben eine unterschiedliche Konfiguration.
Du kannst das mit deiner Hand vergleichen. Beide Hände haben die gleiche Anzahl und Anordnung der Finger. Jedoch sind die Finger nicht genau gleich zueinander angeordnet sonder spiegelverkehrt.
Achirale Verbindungen
Achirale Verbindungen verhalten sich wie ein Ebenbild zueinander. Sie sind also nicht spiegelverkehrt, sondern spiegelbar. Die Anordnung wird trotzdem die gleiche bleiben. Ebenso ist...
- der Aufbau gleich.
- die Struktur gleich.
- das Material beziehungsweise sind die Atome gleich.
Diastereomere und Enantiomere
Zur Wiederholung: Enantiomere sind Stereoisomere, bei denen sich die räumliche Anordnung bei allen Stereozentren unterscheidet. Deswegen treten diese Stereoisomere als Bild und Spiegelbild auf.
Die beiden Enantiomere besitzen die selben physikalischen Eigenschaften. Ausnahme bildet hierbei die optische Aktivität. Im Vergleich dazu kannst du beobachten, dass das chemische Verhalten der beiden Enantiomere in Reaktionen verschieden ist.
Optisch aktive Substanzen bewirken eine Drehung der Polarisationsrichtung von Licht. Enantiomeren drehen die Polarisationsebene des Lichts entweder nach links oder nach rechts.
Licht ist eine elektromagnetische Welle, die senkrecht zur Ausbeitungsrichtung schwingt. Durch die Schwingungs- und Ausbreitungsrichtung lässt sich eine Ebene definieren. Normalerweise schwingen die Lichtstrahlen in alle Richtungen. Bei polarisierten Licht ist es jedoch so, dass nur eine Schwingungsrichtung existiert. Somit ergibt sich eine Polarisationsebene, die von optisch aktiven Stoffen gedreht wird.
Im Gegensatz zu den Enantiomeren haben Diastereomere unterschiedliche physikalische und chemische Eigenschaften. Durch diese unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften lassen sich Diastereomere voneinander trennen.
Ein Racemat ist eine Mischung von Enantiomeren zu gleichen Teilen. Durch ihre gleichen physikalischen Eigenschaften ist eine Trennung von Enantiomeren schwierig. Um Enantiomere in einem Racemat zu trennen, werden diese durch chemische Reaktionen in Diastereomere überführt. Nach der Trennung werden die Diastereomere in die ursprünglichen Enantiomere umgewandelt.
Enantiomere und Diastereomere – Beispiel
Zum besseren Verständnis werden dir die beiden Monosaccharide Erythrose und Threose gezeigt. Diese Monosaccharide sind Stereoisomere. Die beiden Moleküle D-Erythrose und D-Threose treten als Diastereomere auf. Diese Diastereomere unterscheiden sich nur in einem Stereozentrum.
D-Erythrose und L-Erythrose hingegen sind Enantiomere, da sie sich in allen Stereozentren unterscheiden.
Die Buchstaben "D" und "L" vor den Namen der Verbindungen bezieht sich jeweils auf das unterste Stereozentrumzentrum. Zeigt die Hydroxygruppe nach rechts, liegt eine D-Konfiguration vor. Bei der L-Konfiguration ist die Hydroxygruppe nach links ausgerichtet.
Weitere Formen der Diastereomerie
Eine weitere Form der Diastereomerie ist die cis-trans-Isomerie bei Molekülen mit einer Doppelbindung. Die Atomgruppen, welche an einer Doppelbindung gebunden sind, können nicht frei gedreht werden. Dadurch kommt es zu zwei verschiedenen Isomeren.
Bei der cis-Form, auch Z-Form genannt, sind zwei Substituenten auf der gleichen Seite der Doppelbindung. Wenn die Substituenten auf unterschiedlichen Seiten sind, liegt die trans-Form beziehungsweise E-Form vor. In der folgenden Abbildung kannst du diese zwei verschiedenen Isomere sehen.
Eine solche cis-trans-Isomerie existiert auch bei cyclischen Verbindungen, wie beispielsweise Cycloalkanen.
Diastereomere - Das Wichtigste
- Diastereomere sind Stereoisomere, bei denen sich die räumliche Anordnung an wenigstens einem Stereozentrum, jedoch nicht an allen unterscheidet.
- Chirale Verbindungen sind Moleküle mit der gleichen Konstitution, aber die sich nicht durch Drehung ineinander überführen lassen.
- Diastereomere haben unterschiedliche chemische und physikalische Eigenschaften.
- Enantiomere können voneinander getrennt werden, indem sie in Diastereomere überführt werden.
- Die cis-trans-Isomere an einer Doppelbindung oder in cyclischen Verbindungen ist eine weitere Form der Diastereomerie.
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