Isomerie organischer Verbindungen ein interaktives Lernprogramm

1. Isomerie organischer Verbindungenein interaktives Lernprogramm Günther Berger, Werdenfels-Gymnasium

2. Einführung Die Isomerielehre ist ein wichtiger Baustein der organischen Chemie und wird im Grund- und Leistungskurs Chemie während der Kurshalbjahre 12/1, 12/2 und 13/1 schrittweise eingeführt. Auch für den Biologieunter-richt sind einzelne Kapitel von grundlegender Bedeutung. So z.B. die Spiegelbildisomerie der Kohlenhydrate. Dieses Lernprogramm ist dazu gedacht, das Thema „Isomerie“ selbständig zu erarbeiten, einzuüben oder zu wiederholen. Für die Arbeit mit dem Programm brauchen Sie unbedingt einige unbeschriebene Arbeitsblätter. Notieren Sie sich bei den Übungen zuerst Ihre Überlegungen und überprüfen Sie erst danach die Lösung durch einen linken Mausklick. Erstbenutzer folgen am besten dem Lernprogramm. Sie können aber auch durch Anklicken der Überschriften im Inhaltsverzeichnis direkt zu den einzelnen Kapiteln gelangen. Der Navigationsknopf ⓘ führt Sie von allen Seiten zum Inhaltsverzeichnis. Über die Navigationspfeile am rechten Rand kommen Sie eine Seite weiter oder zurück im Lernprogramm.

3. Inhaltsverzeichnis • Einleitung • Konstitutionsisomerie • 2.1 Gerüstisomerie • 2.2 Stellungsisomerie • 2.3 Funktionelle Isomerie • 2.4 Tautomerie • Stereoisomerie • 3.1 E/Z-Isomerie • 3.2 Spiegelbildisomerie • 3.3 Konformationsisomerie • 4. Flussdiagramm zur Isomerie

4. Formeln können, dem Zweck angepasst, unterschiedlich genau sein. 1. Ebene:Ebene der Zusammensetzung einer Verbindung. Darstellungsform ist die Molekülformel (Summenformel), z.B. C2H6O für Ethanol 2. Ebene: Ebene der Konstitution, die besagt, welches Atom an welches andere gebunden ist. Darstellungsform ist die Konstitutionsformel, z.B. oder 3. Ebene: Ebene der Anordnung von Atomen im Raum. Darstellungsform ist die Strukturformel, z.B. 3D-Formel mit Computerhilfe Anmerkung: In vielen Lehrbüchern wird zwischen Konstitutionsformel und Strukturformel nicht unterschieden! 1. Einleitung: Wozu Formeln?

5. Für ein Molekül mit der Molekülformel C2H6O gibt es zwei Konstitutionsformeln: Ethanol Dimethylether Nicht immer sind die Unterschiede in der Schreibweise einer Formel so deutlich erkennbar. Von der Milchsäure (2-Hydroxypropansäure) kann man zwei Projektions-formeln erstellen, wobei man sich hier nur schwer vorstellen kann, dass die beiden Formeln unterschiedlichen Molekülen zuzuordnen sind. Diese Art von Isomerie werden wir bei der räumlichen Isomerie, der Stereoisomerie, kennen- lernen. L-(+)-Milchsäure D-(-)-Milchsäure Isomerie ist die Erscheinung, dass bei gleicher Molekülformel (Summenformel) verschiedene Verbindungen existieren. 1. Einleitung: Beispiele für Isomerie

6. Ebene der Lagebe- ziehung Gerüstisomerie Stellungsisomerie Konstitutionsisomerie Funktionelle Isomerie Tautomerie Isomerie Konformationsisomerie Stereoisomerie E/Z-Isomerie Spiegelbildisomerie Ebene der räumlichen Anordnung 1. Einleitung: Isomeriestammbaum

7. Die Konstitution gibt die Art der Bindungen und die gegenseitige Verknüpfung der Atome im Molekül an. Darstellungsform ist die Konstitutionsformel oder eine weniger aufwendig zu zeichnende Skelettformel. 2-Methylbutan 2-Methylbutan 2. Konstitutionsisomerie

8. Stellungsisomerie Unterschiedliche Stellung der Brom-Atome am C-Gerüst! Gerüstisomerie Unterschiedliches C-Gerüst! 4 1 2 3 3 1 2 Funktionelle Isomerie Unterschiedliche funktionelle Gruppen! Tautomerie Unterschiedliche Lage eines H-Atoms; GW zwischen den Isomeren! 2. Konstitutionsisomerie: isomere Beziehungen Aufgabe: Um welche Isomerieart handelt es sich bei den nebeneinander angeordneten Verbindungen? Sind sie gerüstisomer, stellungsisomer, funktionell isomer oder tautomer? Notieren Sie ihre Überlegung und überprüfen Sie ihre Entscheidung durch einen Mausklick in das freie Feld!

9. Gerüstisomereunterscheiden sich im Bau ihres Grundgerüstes. Ein organisches Grundgerüst wird i.d.R. durch eine bestimmte Verknüpfung der C-Atome festgelegt. Der Begriff „Gerüst“ wird aber in der Praxis sehr vielseitig verwendet und ist nicht eindeutig definiert. Eine eindeutige Gerüstisomerie liegt z.B. bei den verzweigten und unverzweigten Alkanen vor. Innerhalb der homologen Reihe der Alkane tritt dieses Phänomen erstmals beim Butan auf: n-Butan 2-Methylpropan Smp. = - 138,3 °C Smp. = - 159,4 °C Sdp. = - 0,5°C Sdp. = - 11,7°C Die einzelnen Isomere sind sich in ihren Eigenschaften sehr ähnlich, nur Schmelz- und Siedepunkt sowie Dichte hängen stärker vom Ver-zweigungsgrad der Molelküle ab. 2.1 Gerüstisomerie: Grundlagen

10. n-Pentan 2-Methylbutan 2,2-Dimethylpropan 2.1 Gerüstisomerie: Übung 1 Zeichnen Sie die Konstitutionsformeln aller isomeren Pentane (C5H12) und benennen Sie die Verbindungen. Lösung nachMausklick!

11. 2.1 Gerüstisomerie: Übung 2 Zeichnen Sie die Skelettformel aller isomeren Hexane (C6H14) und benennen Sie die Strukturen. n-Hexan 2-Methylpentan 3-Methylpentan 2,3-Dimethylbutan 2,2-Dimethylbutan

12. 2.1 Gerüstisomerie: Übung 3 Gerüstisomere, ja oder nein? Nein, es sind keine Gerüstisomere, die beiden Moleküle sind nur unterschiedlich gezeichnet. In beiden Fällen handelt es sich um 3-Methylhexan.

13. Keine Gerüstisomere, die beiden Verbindungen sind identisch. Es handelt sich in beiden Fällen um 3-Ethyl-4-methylhexan! 2.1 Gerüstisomerie: Übung 4 Gerüstisomere, ja oder nein?

14. Ja, es sind Gerüstisomere, da sie ein unterschiedliches C-Gerüst haben. 5-Ethyl-1,4-dimethylcyclohex-1-en 4-Ethyl-1,5-dimethylcyclohex-1-en 2.1 Gerüstisomerie: Übung 5 Gerüstisomere, ja oder nein?

15. Lösung: 2,2-Dimethylpropan Moleküle mit verzweigten Ketten sieden immer tiefer als unverzweigte, da sie eine kleinere Oberfläche haben und sich deshalb die Van der Waals-Kräfte nicht so stark auswirken können. n-Alkane haben im Vergleich zu ihren verzweigten Isomeren daher den höchsten Siedepunkt. 2.1 Gerüstisomerie: Übung 6 Welches Isomer des Pentans hat den niedrigsten Siedepunkt?

16. Stellungsisomere unterscheiden sich in der Stellung der funktionellen Gruppe am Grundgerüst. Schon diese geringfügigen Unterschiede in der Struktur führen zu deutlichen Unterschieden bei physikalischen und chemischen Eigen-schaften. 1,2-Dichlorethan 1,1-Dichlorethan Sdp. = 84°C Sdp. = 57°C Da auch Mehrfachbindungen funktionelle Gruppen sind, kann es auch bei ungesättigten Verbindungen Stellungsisomere geben. But-1-en But-2-en 2.2 Stellungsisomerie: Grundlagen 1

17. Stellungsisomerie gibt es auch bei aromatischen Verbindungen. Beim Benzol gibt es drei isomere Disubstitutionsprodukte: Isomere Dichlorbenzole: 1,2-Dichlorbenzol 1,3-Dichlorbenzol 1,4-Dichlorbenzol (o-Dichlorbenzol) (m-Dichlorbenzol) (p-Dichlorbenzol) Sdp. = 180,5°C Sdp. = 173,5°C Sdp. = 174,5°C Dagegen gibt es beim Benzol nur ein Monosubstitutionsprodukt. Das spricht für die Gleichwertigkeit aller H-Atome! 2.2 Stellungsisomerie: Grundlagen 2

18. Es gibt 4 Stellungsisomere: 1-Chlor-2-methylbutan 2- Chlor-2-methylbutan 2-Chlor-3-methylbutan 1-Chlor-3-methylbutan 2.2 Stellungsisomerie: Übung 1 Wie viele unterschiedliche Monochlorierungsprodukte gibt es von 2-Methylbutan?

19. Welche der folgenden Verbindungen ist/sind stellungsisomer zu: 2.2 Stellungsisomerie: Übung 2 Die Verbindungen 1 und 2 sind stellungsisomer zur gegebenen Verbindung. Verbindung 3 ist identisch mit der gegebenen Verbindung.

20. Es gibt 3 Stellungsisomere: 1,2,3-Trichlorbenzol 1,2,4-Trichlorbenzol 1,3,5-Trichlorbenzol 2.2 Stellungsisomerie: Übung 3 Wie viele unterschiedliche Trichlorbenzole gibt es?

21. Wie viele unterschiedliche Monochlorierungs- produkte gibt es vom Cyclohexen? Es gibt 3 Stellungsisomere: 1-Chlorcyclohexen 3-Chlorcyclohexen 4-Chlorcyclohexen 2.2 Stellungsisomerie: Übung 4

22. (1) , (2) und (4) sind stellungsisomer. (3) hat ein anderes Grundgerüst. 3-Methylbutan-1-ol 2-Methylbutan-2-ol 2,2-Dimethylpropan-1-ol 3-Methylbutan-2-ol 2.2 Stellungsisomerie: Übung 5 Welche der folgenden Strukturen sind stellungsisomer?

23. Ja, die beiden Strukturen sind stellungsisomer. Pentan-3-on Pentan-2-on 2.2 Stellungsisomerie: Übung 6 Handelt es sich bei den gegebenen Strukturen um Stellungsisomere?

24. Es handelt sich um 2,2-Dimethylpropan. Hier sind alle H-Atome gleichwertig und es kann deshalb nur ein Monosubstitutionsprodukt geben. 1-Chlor-2,2-dimethylpropan 2.2 Stellungsisomerie: Übung 7 Von einem Kohlenwasserstoff mit der Molekülformel C5H12 kann man nur ein Monochlorsubstitutionsprodukt herstellen. Welche Struktur und Namen hat der Ausgangsstoff?

25. Für die Molekülformel C2H6O gibt es zwei konstitutionsisomere Verbindungen mit völlig verschiedenen chemischen Eigenschaften. Ethanol Dimethylether Ethanol besitzt als funktionelle Gruppe eine Hydroxygruppe -OH, Dimethylether eine Oxygruppe –O-. Funktionelle Isomere unterscheiden sich durch ihre funktionellen Gruppen. 2.3 Funktionelle Isomerie: Grundlagen

26. (1), (3) und (5) haben die gleiche Molekülformel C3H6O mit verschiedenen funktionellen Gruppen. (1) = Propanal (3) = Propanon (5) = Prop-2-en-1-ol (2) und (4) haben ebenfalls eine gleiche Molekülformel C3H8O mit verschiedenen funktionellen Gruppen. (2) = Ethylmethylether (4) Propan-1-ol 2.3 Funktionelle Isomerie: Übung 1 Bei welchen der hier abgebildeten Verbindungen handelt es sich um funktionelle Isomere?

27. Prop-2-en-1-ol (oder Prop-1-en-2-ol oder Prop-1-en-1-ol) Propanal Propanon Ethenylmethylether 2.3 Funktionelle Isomerie: Übung 2 Zeichnen Sie für die Molekülformel C3H6O die Konstitutionsformel von vier funktionellen Isomeren, die verschiedenen Stoffklassen angehören sollen.

28. Tautomer sind zwei Verbindungen mit verschiedener Konstitution (Strukturisomere), die in einem dynamischen Gleichgewicht miteinander stehen. Die häufigste Tautomerieform ist die Keto-Enol-Tautomerie. H+ Keton Enol Die beiden Tautomeren unterscheiden sich in der Stellung eines H-Atoms. Die Einstellung des Tautomeriegleichgewichts wird durch Säuren oder Basen katalysiert. 2.4 Tautomerie: Grundlagen

29. Bei welchem der folgenden Beispiele liegt Tautomerie vor? Bei (2) liegt ein tautomeres GW vor. 2.4 Tautomerie: Übung 1 Bei (1) liegt ein Protolysengleichgewicht vor. Bei (3) handelt es sich um eine Mesomerie.

30. Die Reaktion von Natrium mit einer Hydroxygruppe unter Wasserstoffentwicklung ist eine typische Reaktion für Alkohole: R-OH + Na R-O- Na+ + ½ H2 Na-Alkoholat Warum reagiert Natrium aber auch mit Propanon? Propanon steht in einem tautomeren GW mit Propen-2-ol: Das Natrium reagiert mit dem Alkohol und verschiebt dadurch das GW nach rechts. 2.4 Tautomerie: Übung 2

31. Endiolform Fructose Glucose 2.4 Tautomerie: Übung 3 Fructose wird in alkalischer Lösung über eine Keto-Enol-Tautomerie in Glucose umgewandelt (isomerisiert). Das ist auch der Grund, weshalb Fructose in alkalischer Lösung reduzierend wirkt, obwohl sie gar keine reduzierend wirkende Aldehydgruppe besitzt. Diese wird erst durch ein tautomeres Gleichgewicht gebildet. Zeichnen Sie zwischen dem Fructose- und Glucosemolekül eine Konstitutionsformel, aus der die Umlagerung der Fructose in die Glucose über eine Keto-Enol-Tautomerie ersichtlich wird!

32. 2.4 Tautomerie: Übung 4 Ethenol und Ethanal stehen in einem chem. Gleichgewicht, in dem der Aldehyd einen Anteil von mehr als 99 % hat. Formulieren Sie den Mechanismus der basenkatalysierten Gleichgewichtseinstellung!

33. Die Stereoisomerie betrachtet Moleküle mit gleicher Konstitution aber verschiedener räumlicher Anordnung der Atome. Die räumliche Anordnung der Atome wird wiederum durch die Begriffe „Konfiguration“ und „Konformation“ beschrieben. Unter Konfiguration versteht man die räumliche Anordnung von Atomen oder Atomgruppen in einem Molekül ohne Berücksichtigung derjenigen Anordnungen, die sich nur durch Drehungen um Einfachbindungen ergeben. Unterschiedliche Konfigurationen werden wir bei der E/Z-Isomerie und der Spiegelbildisomerie kennenlernen. Unter Konformation versteht man die räumliche Anordnung von Atomen oder Atomgruppen, die sich durch Rotation um C-C-Einfachbindungen ergeben. Damit beschäftigt sich die Konformationsisomerie. 3. Stereoisomerie

34. Da um die Bindungsachse einer C=C-Doppelbindung wegen der -Bindung keine freie Drehbarkeit besteht, sind die mit diesen C-Atomen verbundenen weiteren Atome in ihrer gegenseitigen räumlichen Zuordnung fixiert. Bei der E/Z-Isomerie unterscheiden sich die Isomere durch die räumliche Anordnung der Substituenten an einer Doppelbindung. (Z)-1,2-Dichlorethen (cis-1,2-Dichlorethen) Smp. = -81°C Sdp. = 60°C mit Dipolmoment (E)-1,2-Dichlorethen (trans-1,2-Dichlorethen) Smp.= -56°C Sdp. = 48°C ohne Dipolmoment 3.1 E/Z-Isomerie: Grundlagen 1

35. Nach der Sequenzregel von Cahn, Ingold und Prelog werden die Substituenten an einer Doppelbindung nach ihrer Priorität geordnet. Die Priorität eines Substituenten ist von der Ordnungszahl des an das C-Atom gebundenen Atoms abhängig: eine höhere Ordnungszahl bedeutet eine höhere Priorität. Z.B. : –I > -Br > -Cl > -F > -OH > -CH3 > -H Das Isomer, bei dem die beiden Substituenten mit der höheren Priorität auf derselben Seite der Doppelbindung liegen, wird als (Z)-Isomer (von zusam-men), das andere als (E)-Isomer (von entgegen) bezeichnet. (Z)-1,2-Dichlorethen früher: cis-1,2-Dichlorethen Die Cl-Atome haben eine höhere Priorität als die H-Atome und liegen auf derselben Seite der Doppelbindung. (E)-1,2-Dichlorethen früher: trans-1,2-Dichlorethen 3.1 E/Z-Isomerie: Grundlagen 2

36. Nach den Regeln der IUPAC bleibt man bei cyclischen Verbindungen bei der cis/trans-Nomenklatur. cis-1,2-Dichlorcyclohexan trans-1,2-Dichlorcyclohexan cis-1,3-Dimethylcyclopentan trans-1,3-Dimethylcyclopentan 3.1 Cis/trans-Isomerie: Grundlagen 3

37. (E)-But-2-en (Z)-But-2-en Die –CH3 Gruppe hat eine höhere Priorität als ein H-Atom. Liegen die Methylgruppen zusammen auf einer Seite der Doppelbindung, so liegt die (Z)-Konfiguration vor. Liegen die Methylgruppen entgegengesetzt, so liegt (E)-Konfiguration vor. 3.1 E/Z-Isomerie: Übung 1 Benennen Sie die beiden Stereoisomeren von But-2-en nach der E/Z-Nomenklatur.

38. Am C1-Atom hat das I-Atom eine höhere Priorität als das Br-Atom; am C2-Atom hat das Cl-Atom eine höhere Priorität als das H-Atom. Bei der (E)-Konfiguration stehen die beiden Substituenten mit der höheren Priorität entgegengesetzt! 3.1 E/Z-Isomerie: Übung 2 Zeichnen Sie die Strukturformel von (E)-1-Brom-2-chlor-1-iodethen. Beachten Sie die Prioritätsreihe: -I > -Br > -Cl > -H

39. (Z)-2-Brombut-2-en (E)-2-Brombut-2-en Priorität: -Br > -CH3 > -H Am C2-Atom hat das Br-Atom eine höhere Priorität als die –CH3 Gruppe; am C3-Atom hat die –CH3 Gruppe eine höhere Priorität als das H-Atom! 3.1 E/Z-Isomerie: Übung 3 Für das 2-Brombut-2-en gibt es zwei Konfigurationen: Ordnen Sie den Molekülen die Konfiguration (E) bzw. (Z) zu.

40. An allen 3 Doppelbindungen liegt (Z)-Konfiguration vor. Der IUPAC-Name für Linolensäure lautet: (Z,Z,Z)-Octadeca-9,12,15-triensäure 3.1 E/Z-Isomerie: Übung 4 Geben Sie die Konfiguration (E) oder (Z) an den Doppelbindungen der Linolensäure an.

41. Glycerinaldehyd (=2,3-Dihydroxypropanal) weist eine besondere Eigenschaft auf: Am C2-Atom sind vier verschiedene Atome bzw. Atomgruppen gebunden! C-Atome, die vier verschiedene Atome oder Atomgruppen gebunden haben, nennt man asymmetrische C-Atome. Man spricht auch von einem Chiralitätszentrum C*. Betrachten wir die räumliche Anordnung der vier Liganden am asymmetrischen C-Atom, so erkennen wir, dass es vom Glycerinaldehyd zwei Verbindungen geben muss, die sich wie Bild und Spiegelbild zueinander verhalten, aber nicht zur Deckung gebracht werden können. Diese Isomerie wird Spiegelbildisomerie oder Chiralitätsisomerie genannt. Die beiden Isomere bezeichnet man als Spiegelbildisomere oder Enantiomere. 3.2 Spiegelbildisomerie: Grundlagen 1

42. Leiter Fahrrad Ball Hantel Fragezeichen 3.2 Spiegelbildisomerie: Grundlagen 2 Voraussetzung für die Existenz von Enantiomeren ist die Chiralität. Moleküle sind chiral (asymmetrisch), wenn ihr „Bild“ und „Spiegelbild“ nicht identisch sind. Chirale Moleküle haben weder eine Symmetrieebene, noch ein Symmetriezentrum. Alle Moleküle mit genau einem Chiralitätszentrum ( ein asym-metrisches C-Atom) sind immer chiral! (Anmerkung: Es gibt aber auch Moleküle ohne Chiralitätszentrum, die trotzdem als Bild und Spiegelbild auftreten, also Chiralität zeigen. Auf der anderen Seite gibt es aber auch Moleküle mit mehr als einem Chiralitätszentrum, die aber trotzdem nicht chiral sind. Als Beispiel werden wir später die meso-Weinsäure kennenlernen!) Bei welchen der folgenden Gegenstände liegt Chiralität vor? achiral chiral Lösung durch Mausklick! achiral achiral chiral

43. Durch welche Eigenschaft unterscheiden sich Enantiomere? Vergleichen wir dazu die beiden Enantiomere der Milchsäure (= 2-Hydroxypropansäure) Smp. = 53°C Sdp. = 122°C Spez. Drehwert (25°C) = - 3,8° Smp. = 53°C Sdp. = 122°C Spez. Drehwert (25°C) = +3,8° Enantiomere haben gleiche chem. und physikal. Eigenschaften. Sie unter-scheiden sich darin, dass sie die Schwingungsebene des linear polarisierten Lichts um den gleichen Betrag, aber in verschiedenen Richtungen drehen. Dreht das Enantiomer die Schwingungsebene des linear polarisierten Lichts im Uhrzeigersinn, nennt man es rechtsdrehend (+). Im anderen Fall ist es linksdrehend (-). Dieses Phänomen wird als optische Aktivität bezeichnet. 3.2 Spiegelbildisomerie: Grundlagen 3

44. Zur Messung der optischen Aktivität verwendet man ein Polarimeter: Die Schwingungsebenen des natürlichen Lichts nehmen alle Richtungen senkrecht zur Ausbreitungsrichtung ein. Durch einen Polarisator (Polarisationsfilter) werden alle Schwingungsebenen bis auf eine ausgelöscht. Geht das so linear polarisierte Licht durch einen Analysator, so wird der Strahl völlig ausgelöscht, wenn der Analysator um 90 ° gegen den Polarisator verdreht wird. Wird nun zwischen Polarisator und Analysator eine optisch aktive Substanz gebracht, dann wird die Schwingungsebene des vom Polarisator durchgelassenen polarisierten Lichts um einen bestimmten Winkel gedreht. Dieser Winkel lässt sich durch Drehen des Analysators bis zur erneuten Auslöschung bestimmen. Beobachter Dreht das Enantiomer die Schwingungsebene des polarisierten Lichts im Uhrzeigersinn, nennt man es rechtsdrehend. Symbol: (+). Im anderen Fall ist es linksdrehend (-). 3.2 Spiegelbildisomerie: Grundlagen 4

45. Spezifischer Drehwert Dieser Drehwinkel hängt ab von: - der Konzentration der Lösung - der Länge der durchstrahlten Flüssigkeitssäule - der Wellenlänge des polarisierten Lichts und von - der Temperatur Dabei gilt:  = sp·  · l  = gemessener Drehwert sp = spezifischer Drehwert (Stoffkonstante)  = Massenkonzentration in g/cm3 l = Länge des Probenrohrs in dm  sp= [ ° · cm3 · g-1 · dm-1]  · l (+)-Milchsäure:  sp(25°C; D-Linie des Natriums) = + 3,8 ° · ml · g-1 · dm-1 (-)-Milchsäure:  sp(25°C; D-Linie des Natriums) = - 3,8 ° · ml · g-1 · dm-1 Ein äquimolares Gemisch der rechts- und linksdrehenden Form dreht die Ebene des linear polarisierten Lichts nicht, es ist optisch inaktiv. Das Gemisch heißt Racemat. 3.2 Spiegelbildisomerie: Grundlagen 5

46. Projektionsschreibweise nach Emil Fischer Um die räumliche Struktur eines Moleküls mit Chiralitätszentrum auf der Papierebene darzustellen, schreibt man die nach vorne weisenden Liganden links/rechts, die nach hinten weisenden oben/unten. Dabei ordnet man die Kohlenstoffkette vertikal an und bringt das C-Atom mit der höchsten Oxidationszahl nach oben. Tetraedermodell eines Glycerinaldehyd-Enantiomeren Fischer-Projektionsformel Nun muss noch eine einheitliche Benennung der Fischer-Projektionsformeln eingeführt werden. 3.2 Spiegelbildisomerie: Grundlagen 6

47. D-/L-Konfiguration optisch aktiver Verbindungen Emil Fischer hat 1891 dem rechtsdrehenden Glycerinaldehyd völlig willkürlich eine Projektionsformel zugeordnet, bei dem die Hydroxygruppe am Chiralitätszentrum rechts steht. Dadurch sind auch die anderen Liganden festgelegt. Man bezeichnet diese Anordnung als D-Konfiguration. Bei der L-Konfiguration wird die Hydroxygruppe am C2-Atom links geschrieben: L-(-)-Glycerinaldehyd D-(+)-Glycerinaldehyd Alle optisch aktiven Substanzen, die sich vom D-(+)-Glycerinaldehyd ableiten lassen, haben ebenfalls, unabhängig von ihrem Drehsinn, D-Konfiguration. Oxidation Reduktion D-(+)-Glycerinaldehyd D-(+)-Glycerinsäure D-(-)-Milchsäure Die Bezeichnungen D bzw. L und der Drehsinn (+) bzw. (-) stehen in keinem Zusammenhang! 3.2 Spiegelbildisomerie: Grundlagen 7

48. Verbindungen mit mehreren Chiralitätszentren Für die Anzahl der optisch aktiven Isomere (Z) gilt die Formel: Z = 2n n = Anzahl unterschiedlicher Chiralitätszentren 2,3,4-Trihydroxybutanal hat zwei unterschiedliche Chiralitätszentren, es muss also vier verschiedene Enantiomere geben: D-(-)-Erythrose L-(+)-Erythrose D-(-)-Threose L-(+)-Threose Die Konfigurationsbezeichnung „D“ orientiert sich hier nach der Stellung der Hydroxygruppe am untersten Chiralitätszentrum. Die isomeren Erythrosen und Threosen sind Stereoisomere, die sich aber nicht wie Bild und Spiegelbild verhalten. Solche Isomere nennt man Diastereomere. 3.2 Spiegelbildisomerie: Grundlagen 8

49. Diastereomerie am Beispiel der Weinsäure Weinsäure (2,3 Dihydroxybutandisäure) enthält zwei gleichwertige Chiralitäts-zentren. Es lassen sich hier nur drei verschiedene Konfigurationen erstellen: intramolekulare Symmetrieebene D(-)-Weinsäure L-(+)-Weinsäure meso-Weinsäure optisch aktive Enantiomere optisch inaktiv (nur 1 Molekül) Diastereomere Neben den optisch aktiven enantiomeren Formen D-(-)-Weinsäure und L-(+)-Wein-säure gibt es nur eine dritte diastereomere Form, die meso-Weinsäure, die optisch inaktiv ist. Durch das Molekül der meso-Weinsäure kann eine Symmetrieebene gelegt werden. Dadurch ist die Voraussetzung für eine Chiralität nicht gegeben. Siehe Grundlagen 2! Diastereomere: Stereoisomere, die sich nicht wie Bild und Spiegelbild verhalten. Diastereomere haben unterschiedliche chem. und physikal. Eigenschaften. 3.2 Spiegelbildisomerie: Grundlagen 9

50. * * * * 2-Brombutan-2-ol 2,3-Dichlorbutan Limonen 3.2 Spiegelbildisomerie: Übung 1 Geben Sie bei den folgenden Molekülen das/die Chiralitätszentrum/tren durch einen Stern an.