Die Struktur der Atomhülle - Organische Chemie

Stoffklassen in der Organischen
Chemie
Nomenklaturfragen
Isomerie und sterischer Bau
17.12.2012
1

Stoffklassen in der organischen Chemie
Kohlenwasserstoffe
Kohlenwasserstoffe mit Substituenten Y
(Heteroatom oder funktionelle Gruppe)
heterocyclische Verbindungen
17.12.2012
2

Vielfalt in der Organischen Chemie
Kohlenwasserstoffe
kettenförmig
ringförmig
unverzweigt
verzweigt
nicht benzoid
benzoid
gesättigt
ungesättigt
mit Doppelbindung
mit Dreifachbindung
17.12.2012
3

Vielfalt in der Organischen Chemie
Kohlenwasserstoffe
kettenförmig
ringförmig
unverzweigt
verzweigt
nicht aromatisch
aromatisch
gesättigt
ungesättigt
mit Doppelbindung
mit Dreifachbindung
17.12.2012
4

Was sind Aromaten?
Ernst Hückel
1896 - 1980
ursprünglich: wohlriechende
(latein.: aroma = Wohlgeruch)
Stoffe, die aus Balsamen, Harzen
u.a. Naturstoffen gewonnen wurden
Nach der Hückel-
Regel ist auch das
Cyclopropeniumkation
ein aromatisches
System.
Cl
Cl
Cl
später: Benzen und alle Benzen-
Derivate, d.h. auf alle isocycl.
Kohlenstoff-Verb. mit der besonders
stabilen symmetrischen
Elektronenanordnung des Benzens
heute: Ringsystem mit (4n+2) π-
Elektronen, planar gebaut (Hückel-
Regel)
17.12.2012
5

Verbindungen mit funktionellen Gruppen
Einführung von Heteroatomen
Halogenkohlenwasserstoffe
Alkohole
Phenole
Ether
Aldehyde (Ox.prod. eines prim. Alkohols)
Ketone (Ox.prod. eines sek. Alkohols)
Carbonsäuren und deren Derivate
R-Hal
R-OH
Ar-OH
R-O-R
R-CHO
R-CO-R
R-COOH
RCOOR
17.12.2012
6

Halogenkohlenwasserstoffe
OH
H
O 2 N
1 2 3
C C CH 2 OH
H
NH
Chloramphenicol
D(-)-threo-2-Dichloracetamido-1-(4-
nitrophenyl)-propan-1,3-diol
wurde aus Mikroorganismen 1946 isoliert, hemmt die
Proteinsynthese, Nitro- und Dichloracetylgruppe sind für
biogene Stoffe ungewöhnlich
Cl
C
C
Cl
O
H
17.12.2012
7

Alkohole und Phenole
sekundärer Alkohol
OH H
O 2 N
1 2 3
C C
CH 2 OH
H
NH
primärer Alkohol
Phenol
C
O
H 3 CO
OH
Cl
C
H
17.12.2012
H 3 C
C
CH 3
CH 3
Cl
Butylhydroxyanisol (Radikalfänger)
8

Ether
H 3 C
O
OH
H 3 C
C
CH 3
CH 3
17.12.2012
9

Aldehyde und Ketone
17.12.2012
H
O
H
C
C OH
HO C H
HO C H
H C OH
CH 2 OH
D-Galactose
CH 2 OH
C O
HO C H
H C OH
H C OH
CH 2 OH
D-Fructose
10

Carbonsäuren und Carbonsäurederivate
4-Thia-1-azabicyclo[3.2.0]heptan-7-on
R C HN H
O
Carbonsäureamid
O
6 5
7
N
4
1
S CH 3
3
2
CH 3
COOH
Cyclisches Carbonsäureamid (β-Lactamring)
17.12.2012
Carbonsäure
11

Verbindungen mit funktionellen Gruppen
Thiole
R-S-H
Thioether/Sulfide
R-S-R
Sulfonsäuren (Ox.prod. von Thiol) R-SO 3 -H
Peroxide
R-O-O-R
Amine R-NH 2
Nitroverb. (Ox.prod. von Amin) R-NO 2
17.12.2012
12

Thiole und Thioether
COOH
H 2 N C H
CH 2
SH
Cystein
COOH
H 2 N C H
CH 2
CH 2
S
CH 3
Methionin
17.12.2012
13

Sulfonsäuren und Peroxide
H
H 2 N
C
H
RO C O O C OR
CH 2
O
S
OH
O
Etherperoxid
Taurin
im Stierharn nachgewiesen und in
Red Bull
17.12.2012
14

Amine und Nitroverbindungen
OH
H
O 2 N
C
C
CH 2 OH
Nitrogruppe
H
NH
C
O
Aminogruppe ?
Carbonsäureamid!
Cl
C
H
Cl
17.12.2012
15

Amine und Nitroverbindungen
COOH
H 2 N C H
Alle Aminosäuren sind
natürlich Amine!
CH 2
Im Tyrosin findet man auch
eine Carboxylgruppe
eine Phenylgruppe.
OH
Tyrosin
17.12.2012
16

Heterocyclen
Pyran
Thiopyran
Thiophen
Furan
O
S
S
O
Pyridin
Pyrimidin
Pyrrol
N
N
N
N
H
17.12.2012
17

Nomenklatur Alkane - Alkene - Alkine
Anzahl der Kohlenstoffatome in der Hauptkette bestimmt den
Stamm:
Meth-, Eth-, Prop-, But-, Pent-, Hex-, Hept-, Okt-
Nur Einfachbindungen: Endung -an
Doppelbindung: Endung -en (bzw. -dien, -trien)
Dreifachbindung: Endung -in (bzw. -diin etc.)
17.12.2012
18

Nomenklatur verzweigter
Kohlenwasserstoffe
7
CH 3 CH 3
4
1 2
H 3 C
5 6
CH 3
3
CH
1
3
CH 3
CH 3
CH 3 CH 3
6 4
3
H 3 C 2 CH 3
1 4
H 3 C 5 6 CH 7
2 3
3
7 5
CH 3
CH 3
Hauptkette hat die größte Zahl der Kohlenstoffatome
Nummerierung muss so erfolgen, dass die Lokanten für die Substituenten
möglichst klein werden
Bezeichnung der Substituenten leitet sich von der Anzahl der
Kohlenstoffatome ab, Endung -yl
2,3,6-Trimethyl-heptan (und nicht 2,5,6- Trimethyl-heptan)
17.12.2012
19

Nomenklatur
CH 3
CH 3
H 3 C CH 2 CH 2 C
CH 3
CH 3
H 3 C
CH
CH 3
CH 2 CH 2 CH CH CH 2 CH 3
CH 3
2,2-Dimethyl-pentan
2,5,6-Trimethyl-octan
CH 3
CH 3
H
H
CH 3
C
CH 3
CH 3
H
C
CH 3
CH 3
H
C
CH 3
CH 3
H
C
CH 3
H
quartäres C-Atom tertiäres C-Atom sekundäres C-Atom primäres C-Atom
17.12.2012
20

Trivialnamen für Kohlenwasserstoffgruppen
H 3 C
H 3 C
CH
Isopropyl-
1-Methyl-ethyl-
tert.-Butyl-
1,1-Dimethyl-ethyl
CH 3
H 3 C
Isobutyl-
H 3 C C
CH CH 2
2-Methyl-propyl-
CH 3
CH Vinyl-
3
Ethenylsec-Butyl-
H 3 C CH 2 C
H 1-Methyl-propyl- H 2 C CH
H 3 C
17.12.2012
21

Nomenklatur von Verbindungen mit
funktionellen Gruppen
funkt. Gruppe Präfix
Suffix
-(C)OOH - -säure
-(C)HO Oxo- -al
>(C)=O Oxo- -on
-OH Hydroxy- -ol
-SH Mercapto-/Sulfanyl- -thiol
-NH 2 Amino- -amin
-OR
Alkoxy-
-NO 2
Nitro-
-Cl
Chlor-
17.12.2012
22

Kohlenwasserstoffe und Isomerie
Summenformel C 5 H 12
CH 3
H 3 C CH 2 CH 2 CH 2 CH 3
H 3 C CH CH 2 CH 3
CH 3
H 3 C C CH 3
CH 3
n-Pentan 2-Methyl-butan 2,2-Dimethyl-propan
Gleiche Summenformel - unterschiedliche Strukturen
KONSTITUTIONSISOMERIE
17.12.2012
23

Konformationsisomerie
Folge der Rotationen um σ-Bindungen:
räumlich unterschiedlichen Strukturen, die sich in
ihrem Energieinhalt unterscheiden
Es werden keine Bindungen gelöst oder neu geknüpft.
17.12.2012
24

Strukturdarstellung
H 3 C
CH 3
CH
CH 2
CH
CH 2
CH 3
CH 3
H 3 C
H 3 C
H
H
CH 2 CH 3
CH 2 CH 3
Sägebock-Projektion
(engl. sawhorse)
H 3 C H
H
H 3 CH 2 C
H 3 C CH 2 CH 3
Keil-Strich-Projektion
H 3 C
H 3 CH 2 C
CH 3
H
H
CH 2 CH 3
Newman-Projektion
Torsions- oder Diederwinkel
A
B
17.12.2012
25

Butan
http://wetche.cmbi.ru.nl/organic/nalkanesconf/butane/jmindex.html
ekliptisch oder synperiplanar
gauche oder synclinal
ekliptisch oder anticlinal
26
gestaffelt oder antiperiplanar

Konformation und Konstitution
Konformationsisomere (Konformere) sind keine
Konstitutionsisomere!
Begriffe schließen sich aus!
Konstitutionsisomere sind nur durch Bindungsspaltung
ineinander überführbar.
Konformationsisomere können durch Rotation um
Einfachbindungen ineinander überführt werden.
Konformere sind Stereoisomere!
17.12.2012
27

Wie unterscheide ich Konstitutions- und
Stereoisomere?
Sind es wirklich Isomere?
Haben sie die gleiche Summenformel und das gleiche
Verknüpfungsmuster der Atome?
NEIN: Konstitutionsisomere
JA:
Stereoisomere
Welche Arten von Stereoisomeren gibt es?
Sind die Stereoisomere durch Rotation um Einfachbindungen
ineinander überführbar?
JA:
NEIN:
17.12.2012
Konformationsisomere
Konfigurationsisomere
28

Konstitution, Konformation und
Konfiguration bei cyclischen
Kohlenwasserstoffen
17.12.2012
29

Dreiringsysteme
Ringschluss einer Kette erfordert einen bestimmten Betrag an Energie
(Spannung).
Hauptfaktoren der Ringspannung:
Baeyer-Spannung (Bindungswinkel-Spannung)
Pitzer-Spannung (Konformationsspannung zwischen benachbarten
Bindungen).
Prelog-Spannung (Wechselwirkungen der H-Atome)
H
H
H
H
17.12.2012
H
H
30

Vierringsysteme
ca. 5 kJ mol -1
H
H
H
H
H
H
Knick-Winkel ca. 35°
H
a
a
H
ca. 5 kJ mol -1
e
e
e
e
17.12.2012
a
a
31

Fünfringsysteme
Cyclopentan:
Bindungswinkel nahe dem Optimum (108° statt 109.5° Tetraederwinkel)
Bayer-Spannung wird minimal. Konformative Änderungen zur
Verminderung der Pitzer-Spannung.
twist
envelope
17.12.2012
32

Sechsringsysteme
Cyclohexan
Bevorzugte Konformation ist die Sesselform.
Baeyer- und Pitzer-Spannung durch Bindungswinkel von 111° und
Diederwinkel von 56° ausbalanciert.
Unterscheidung zwischen axial und äquatorial stehenden Substituenten.
a
e
a
e
e
a
a
e
e
17.12.2012
a
e
a
33

Sessel- und Wannenform (chair - boat)
1 2
5 4
Sesselform: alle Substituenten
stehen auf Lücke (gestaffelt)
17.12.2012
Wannenform: Substituenten an C1,
C2, C4 und C5 sind verdeckt
angeordnet
34

Sechsringsysteme
Man unterscheidet zwei Sesselformen.
Ein in der Sesselform A axial angeordneter Substituent steht in der
Sesselform B äquatorial.
e
e
a
a
a
e
a
e
a
a
e
e
44 kJ mol -1
e
e
a
a
e
a
a
e
a
a
e
e
17.12.2012
35

Konformationen des Cyclohexans
17.12.2012
Quelle: http://www.roempp.com/prod/
36

Substituierte Cyclohexane
Unterschiede bezüglich der axialen oder äquatorialen Stellung der
Substituenten machen sich erst bemerkbar, wenn Wasserstoff
substituiert wird.
Generell ist die äquatoriale Stellung ist energetisch begünstigt, da
der Substituent ist am weitesten von anderen Teilen des Ringes
entfernt ist.
Ist der Substituent axial angeordnet, kommt es zu WW mit den
axial stehenden Wasserstoff-Atomen, außerdem ist der Substituent
in gauche- und nicht in anti-Stellung zu zwei C-C-Bindungen.
http://www.chemgapedia.de/vsengine/vlu/vsc/de/ch/2/vlu/alkane/cycloalkane_struktur.vlu/Page/vsc/de/ch/2/oc/stoffklassen/systematik_
struktur/cyclische_verbindungen/carbocyclisch/cycloalkane/cyclohexan_struktur.vscml.html
17.12.2012
37

Substituierte Cyclohexane
Beispiel: 1,2-Dimethyl-cyclohexan
CH 3
H
H 3 C
H
CH 3
H
H
CH 3
17.12.2012
Konformer I:
Substituenten a,a
Konformer II:
Substituenten e,e
38

Konformere und Konfigurationsisomere
1,2-Dimethyl-cyclohexan
trans
Konfigurationsisomere
CH 3
H
H
CH 3
Konformere
H
H 3 C
CH 3
H
Konfigurationsisomere
cis
CH 3
H
CH 3
Konformere
H 3 C
H
CH 3
H
H
17.12.2012
39

Konformere und Konfigurationsisomere
1,3-Dimethyl-cyclohexan
H 3 C
CH 3
CH 3
cis
H
CH 3
H
H
H
CH 3
trans
H
CH 3
H
H
H 3 C
H
H 3 C
17.12.2012
40

Konformere und Konfigurationsisomere
1,4-Dimethyl-cyclohexan
H
CH 3
trans
H 3 C
CH 3
H
H
H
H 3 C
H 3 C
CH 3
cis
H
CH 3
H 3 C
H
17.12.2012
H
H
41

Nochmals Konstitutionsisomerie
Die Konstitution eines Moleküls gibt bei gegebener Summenformel die
Aufeinanderfolge von Atomen und Bindungen an.
1,3-Dimethyl-cyclohexan
CH 3
H
CH 3
2
H
1 1
3
2
CH 3
H
H
4
1
2
3
CH 3
H
17.12.2012
H
1,2-Dimethyl-cyclohexan
H 3 C
H 3 C
1,4-Dimethyl-cyclohexan
42

Konfigurationsisomerie
Moleküle mit gleicher Summenformel und gleicher Konstitution können
unterschiedliche räumliche Strukturen aufweisen. Das sind Stereoisomere!
Ursache: räumlich unterschiedliche Positionierung der Substituenten
H
CH 3
H
trans
H
H
CH 3
cis
H 3 C
H 3 C
1,3-Dimethyl-cyclohexan
17.12.2012
43

Alkene und Isomerie
Alkene sind nicht frei drehbar!
Isomerie ist dann möglich, wenn an C1 und an C2 jeweils zwei
unterschiedliche Substituenten sind!
17.12.2012
Sonst handelt es sich um Homomere.
44

Alkene und Isomerie
Diese Isomerie ist eine Form der Stereoisomerie. Es handelt sich um
Konfigurationsisomere!
H
C
1 2
C
H
H
1 2
C
C
Cl
Cl
Cl
Cl
H
Z – früher cis
E – früher trans
Substituenten an C1 unterscheiden sich und die Substituenten an C2
unterscheiden sich. Nur dann gibt es Isomere.
17.12.2012
45

Alkene und Isomerie
Das sind keine Isomere, sondern Homomere!
Cl
H
C
1 2
C
H
H
H
Cl
C
1 2
C
H
H
Substituenten an C1 unterscheiden sich zwar, die Substituenten an C2
sind jedoch gleich.
17.12.2012
46

E oder Z
Eine eindeutige Bestimmung ist nach der E/Z-Nomenklatur möglich.
Dazu sortiert man die jeweils unmittelbar an C1 und an C2
gebundenen Atome der Ordnungszahl nach (CIP-Regeln).
H 3 C
H
a
C
b
a
C
b
COOH
CH 3
H
H 3 C
C
a
b
a
C
b
COOH
CH 3
Z: zusammen
(Z)-2-Methyl-but-2-ensäure
17.12.2012
E: entgegen
(E)-2-Methyl-but-2-ensäure
47

CIP -Regeln
von R.S. Cahn, Sir C. Ingold und V. Prelog aufgestellt
• die unmittelbar am sp 2 -C-Atom gebundenen Atome (bzw. am
stereogenen Zentrum) werden nach ihrer Ordnungszahl
geordnet
• wenn keine Entscheidung möglich, werden Atome der zweiten
oder weiterer Sphären verglichen, bis ein Unterschied gefunden
wurde (bei Verzweigungen verfolgt man die Äste, die Atome
höherer Ordnungszahlen enthalten),
• Atome mit Doppelbindungen werden doppelt, die mit
Dreifachbindungen dreifach gewertet
-I > -Br > -Cl > -O-Ar > -O-CH 3 > -OH > -NH 2 > -COOH >
-CONH 2 > -CHO > -CH 2 OH > -CH 2 -CH 2 -CH 3 > -CH 2 -CH 3 >
-CD 3 > -CH 3 > -D > -H
17.12.2012
48

Weitere Beispiele
exakt ist (Z)-3-Chlor-hex-3-en
H 3 C
H 2 C
b
H
b
H 3 C HC a
CH
a
C C
3
C C
Cl
a a
CH 2
CH 3
H
b
H
b
exakt ist (Z)-4-Phenyl-pent-2-en
17.12.2012
49

cis - trans oder E - Z?
trans
2-Methyl-but-2-ensäure
cis
H 3 C
H
C
C
COOH
CH 3
cis oder trans ?
H
H 3 C
C
C
COOH
CH 3
Angelikasäure
Tiglinsäure
Bezugspunkt Methylgruppen muss explizit vereinbart werden!
17.12.2012
50

Neue Aspekte
Stereoisomere können auch nach ihren Symmetrieeigenschaften
systematisiert werden!
Verhalten sich die Isomere wie Bild und Spiegelbild?
NEIN: DIASTEREOMERE
H
Cl
(Beispiel: E, Z-Isomerie an Doppelbindung)
C
C
H
Cl
H
Cl
C
C
Cl
H
JA:
ENANTIOMERE
17.12.2012
51

Enantiomere
Stereoisomere Moleküle verhalten sich wie Bild und Spiegelbild
und können nicht zur Deckung gebracht werden.
Beispiel:
COOH
COOH
H
C NH 2
H 2 N
C
H
H
C
H
H
C
H
H
H
17.12.2012
52

lichtung
manche meinen
Lechts und rinks
Kann man nicht velwechsern.
werch ein illtum!
Ernst Jandl (aus „Laut und Luise“ 1966)
17.12.2012
53

Eigenschaften der Enantiomere
Stereoisomere Moleküle, die sich wie Bild und Spiegelbild
verhalten und nicht zur Deckung gebracht werden können,
(also: Enantiomere oder optische Antipoden)
zeigen nicht nur Unterschiede in der Drehung des linear
polarisierten Lichts.
Es gibt Unterschiede in allen Reaktionen mit analog gebauten
Reagenzien.
Herkömmliche Eigenschaften stimmen überein.
Von einem Molekül gibt es nur dann zwei enantiomere Formen,
wenn das Molekül chiral ist.
17.12.2012
54

Voraussetzung für Chiralität
(Auftreten von nicht deckungsgleichen
Spiegelbildern)
Fehlen einer Symmetrieebene, Fehlen eines Inversionszentrums,
Fehlen einer Drehspiegelachse
führen zu Chiralität
Chiral: Schrauben, Schneckenhäuser, Korkenzieher, Handschuh,
Kohlenstoffatome mit vier verschiedenen Substituenten
Achiral: Methan, 1,2-Dichlor-ethen, Citronensäure, Tischtennisball
17.12.2012
55

Chiralität ohne asymmetrisch substituierte
C-Atome
Helikale Strukturen
P
M
M P P
Betrachtet man eine rechtsgängige Helix (right-handed) längs ihrer
Achse in Richtung von vorn nach hinten, so beschreibt sie eine
Rechtsdrehung und wird mit P (plus) bezeichnet. Eine linksgängige
Helix (left-handed) wird mit M (minus) bezeichnet.
17.12.2012
56

Spiralen links oder rechts?
17.12.2012
57

Dach oder Himmel?
17.12.2012
58

Treppen
Burg Warwick
Vatikanisches Museum
17.12.2012
59

Schnecken
Cubanische Baumschnecken
Turboschnecken
Weinbergschnecke
Turmschnecken
17.12.2012
60

Optische Aktivität
Das Natrium-Ammonium-Salz der Weinsäure kristallisiert in zwei
spiegelbildlichen Formen aus.
A
B
Kristalle sind asymmetrisch.
Louis Pasteur trennte 1848 die Kristalle:
Lösung der Kristalle des Typs A ist optisch aktiv, Lösung der Kristalle des
Typs B ist optisch aktiv (Ablenkung des linear polarisierten Lichtes um den
gleichen Betrag, aber mit entgegen gesetzten Vorzeichen). Das 1:1-
Gemisch (Racemat) beider Kristalle ist in Lösung optisch nicht aktiv.
1858 erkannte Pasteur, dass Penicillium glaucum bei Einwirkung auf
racemische Weinsäure (Traubensäure) nur die rechtsdrehende Form
abbaut.
17.12.2012
61

Optische Aktivtät
Ein Molekül, von dem es zwei enantiomere Formen (zwei optische
Antipoden) gibt, ist optisch aktiv.
17.12.2012
Untersuchung im linear polarisierten Licht
62

Worin sich Enantiomere unterscheiden
asymmetrisch subst. C-Atom asymmetrisch subst. C-Atom
H 2 N
O
O
* OH
H 2 N
*
O NH 2
O NH 2
L-Asparagin
D-Asparagin
bitter
süß
OH
Geschmack
17.12.2012
63

Worin sich Enantiomere unterscheiden
* *
(S)-Limonen
Zitronenduft
(R)-Limonen
Orangenduft
17.12.2012
Geruch
64

Worin sich Enantiomere unterscheiden
O
O
*
*
*
*
*
* *
HO
HO
(+)-Östron
(-)-Östron
Hormonwirkung
Keine Hormonwirkung
Biochemische Wirkung
17.12.2012
65

Worin sich Enantiomere unterscheiden
O
O
N
O
N
* *
NH
NH
O
O
O
O
O
(R)-Thalidomid
(S)-Thalidomid
Schlafmittel
stark teratogene Wirkung
Pharmakologische Wirkung
Racemat: Contergan
teratos gen. von teras – Zeichen Vorzeichen, Schreckensbild
17.12.2012
66

Enantiomere und Diastereomere
Ein Molekül ist chiral.
Folge: Bild und Spiegelbild sind nicht deckungsgleich.
Molekülbild und Molekülspiegelbild sind ein Enantiomerenpaar, es
handelt sich um optische Antipoden.
Zwei Stereoisomere können sich nicht gleichzeitig wie ein
Enantiomeren- und ein Diastereomerenpaar verhalten!
Enantiomere drehen das linear polarisierte Licht um den gleichen Betrag,
aber mit entgegen gesetzten Vorzeichen. [(+) oder (-)].
17.12.2012
67

Enantiomere und Diastereomere
Äquimolare Mengen von zwei Enantiomeren einer Verbindung bilden
ein Racemat.
Lösungen des Racemats sind optisch inaktiv.
Ungerichtete physikalische und chemische Eigenschaften sind bei den
Enantiomeren einer Verbindung gleich, während diasteromere
Verbindungen sich in ihren Energieinhalten und in ihren chemischen und
physikalischen Eigenschaften unterscheiden.
17.12.2012
68

Relative Nomenklatur
H
1
2
CHO
OH
H
CHO
OH
relativ:
Bezug zum D-Glyceraldehyd
3
CH 2 OH
CH 2 OH
Voraussetzung:
Darstellung des Moleküls in Fischer-Projektion
• längste Kohlenstoffkette vertikal
• C-Atom mit dem kleinsten Lokanten steht oben
• vertikale Bindungen zeigen vom Betrachter weg
• horizontale Bindungen zeigen zum Betrachter hin
Konsequenz:
• Drehung um 90° in der Zeichenebene verboten
• Substituententausch erzeugt das Spiegelbild
17.12.2012
69

Relative Nomenklatur II
OH- oder NH 2 -Gruppe wie im D-Glyceraldehyd auf der rechten
Seite führt zu D (dexter)
OH- oder NH 2 -Gruppe wie im L-Glyceraldehyd auf der linken
Seite führt zu L (laevus)
COOH
CHO
CHO
CH 3
H 2 N
C H
CH 3
HO
H
C
C
H
OH
H
H
C
C
OH
OH
H
C OH
CH 2
H
H
CH 3
L-Alanin
L-Glyceraldehyd
D-Glyceraldehyd
D-Butan-2-ol
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Relative Nomenklatur
Was macht man bei vielen OH- Gruppen?
Festlegung:
die OH-Gruppe des stereogenen Zentrums, das am weitesten von
der höchst oxidierten Gruppe (C Atom mit dem kleinsten Lokanten)
entfernt ist, bestimmt die Konfiguration
Beispiel: D- und L-Glucose
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Enantiomere und Diastereomere
Enantiomere können auftreten, wenn ein Kohlenstoffatom vier
verschiedene Substituenten hat (stereogenes Zentrum).
Alle vier Substituenten eines Kohlenstoffatoms müssen jeweils in
ihrer Gesamtheit untersucht werden.
n stereogene Zentren führen zu 2 n chiralen Stereoisomeren (wenn
jeweils mind. 2 unterschiedliche Substituenten)
Beispiele: Erythrose, Threose, Stereoisomere zu C 6 H 12 O 6
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Innere Racemate
Mehrere stereogene Zentren führen nicht immer zu Chiralität, wenn
sich die Zentren in ihren Substituenten gleichen.
Beispiel: D- und L-Weinsäure
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Absolute Konfiguration
1
1
3
4
2
2
4
3
R-Konfiguration
lat. rectus, rechts
S-Konfiguration
lat. sinister, links
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CIP-Regeln
Die Priorität der jeweils unmittelbar mit dem stereogenen Zentrum
verbundenen „ersten“ Atome wird nach der Ordnungszahl bestimmt
(Ordnung nach abnehmender Ordnungszahl).
Bei identischen Atomen werden die Ordnungszahlen der mit ihnen
verbundenen „zweiten“ Atome bestimmt. Notfalls zieht man auch
die „dritten“ Atome heran.
Ist ein Atom mit einer Doppel- oder Dreifachbindung mit dem
nächsten verknüpft, zählt es doppelt bzw. dreifach.
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Absolute Konfiguration
Das Molekül ist so im Raum zu orientieren, dass das Atom mit der
niedrigsten Priorität nach hinten zeigt.
(räumliche Betrachtung).
Geht man vom Substituenten 1 über 2 nach 3 im Uhrzeigersinn,
handelt es sich um R-Konfiguration.
Geht man vom Substituenten 1 über 2 nach 3 gegen den
Uhrzeigersinn, handelt es sich um S-Konfiguration.
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76

Absolute Konfiguration
FISCHER-Projektion:
Das Molekül ist so zu orientieren, dass das Atom niedrigster
Priorität nach unten oder oben zeigt (Projektion in die
Papierebene).
Wenn dazu ein Tausch von Substituenten notwendig ist, erzeugt
der Tausch benachbarter Substituenten genau das Spiegelbild.
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CO 2 H
CO 2 H
CO 2 H
CO 2 H
Moleküle mit
gleicher
Summenformel
HO
CO 2 H
OH
HO
CO 2 H
OH
HO
CO 2 H
OH
HO
CO 2 H
OH
C 4 H 6 O 6
deckungsgleich?
ja
Homomer
(identisch)
Enantiomer
ja
nein
Isomer
gleiche
Konstitution
?
ja
Stereoisomer
Bild-
Spiegelbild-
Beziehung
?
CO 2 H
CO 2 H
nein
nein
CO 2 H
CO 2 H
HO
OH HO
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CO 2 H
OH
CH 2
CO 2 H
Konstitutionsisomer
Diasteromer
HO
CO 2 H
78
OH
OH
OH
CO 2 H

CO 2 H
CO 2 H
H
H
H
H
COOH
Moleküle mit
gleicher
Summenformel
C 4 H 6 O 6
HO
CO 2 H
OH
HO
CO 2 H
OH
HO
HO
COOH
COOH
HO
OH
COOH
ja
Homomer
(identisch)
deckungsgleich?
Konformationsisomere
nein
ja
Isomer
gleiche
Konstitution
?
ja
Stereoisomer
Rotation um
Einfachbindung
möglich?
HO
CO 2 H
OH HO
17.12.2012
CO 2 H
CO 2 H
OH
CH 2
CO 2 H
nein
Konstitutionsisomer
nein
Konfigurationsisomere
D-, L- und
Meso-
Weinsäure
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