STEREOCHEMIE II

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Die Bestimmung der Struktur eines organischen Moleküls beginnt mit der Analyse der darin enthaltenen Elemente und deren Anteil, was in der Regel durch Verbrennung erfolgt. Die Bestimmung der Molekülmasse, die zuvor durch kryoskopischen Abstieg durchgeführt wurde, verwendet jetzt die Technik der hochauflösenden Massenspektrometrie.

Die Kenntnis der prozentualen Zusammensetzung und der Molekülmasse ermöglicht es uns, die Summenformel einer organischen Verbindung festzulegen. Allerdings fehlen noch zwei grundlegende Schritte, die die Konnektivität und räumliche Anordnung bestimmen.
a) Konnektivität bezieht sich auf die Art und Weise, wie die verschiedenen Atome, die ein organisches Molekül bilden, verbunden sind. Diese Beschreibungsebene erfolgt in der Ebene, ohne die räumliche Anordnung des Moleküls zu berücksichtigen.
Betrachten wir die Summenformel C 3 H 6 O 3 , sehen wir verschiedene Formen der Konnektivität, die zu den sogenannten Strukturisomeren führen.
Konnektivität
Alle diese Moleküle haben die Formel C 3 H 6 O 3 , aber die Atome sind in jedem von ihnen anders verbunden.

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Die unterschiedlichen räumlichen Anordnungen, die ein Molekül einnehmen kann und die bei Raumtemperatur durch Rotation ineinander umgewandelt werden, nennt man Konformationen.

Konformationsanalyse 01

Sie sind zwei der unendlichen Konformationen, die aus dem gezogen werden können 2-Hydroxypropansäure.  Bei Raumtemperatur rotiert das Molekül kontinuierlich durch alle möglichen Konformationen.

Schauen wir uns nun die beiden charakteristischsten Konformationen von Ethan an, die alternative und die verfinsterte Konformation.

Konformationsanalyse 02

[1 ] Alternative Konformation von Ethan

[2] Verdunkelte Konformation von Ethan

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Ein chirales Molekül ist eines, das nicht mit seinem Spiegelbild überlagert werden kann. Symmetrie bewirkt, dass Moleküle ihre Chiralität verlieren. So führt das Vorhandensein von Symmetrieebenen, Inversionszentren oder alternierenden Achsen zu achiralen Molekülen.

a) Symmetrieachse (C n )

Symmetrie 01

[1 ] Symmetrieachse (C 2 )

[2 ] Symmetrieachse (C 3 )

Eine Symmetrieachse der Ordnung m hinterlässt das Molekül in einer Konfiguration, die von der ursprünglichen nicht zu unterscheiden ist, wenn es um 360/m Grad gedreht wird.

b) Reflexionsebene ( s ): Teilt das Molekül in zwei gleiche Teile. Jedes Atom des Moleküls, das sich auf einer Seite der Ebene befindet, muss seinen Spiegel auf der anderen Seite haben.

Symmetrie 02

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Chiralität ist gleichbedeutend mit Asymmetrie, chirale Objekte zeichnen sich durch das Fehlen von Symmetrie aus, schauen Sie sich die Hände an.

Die Elemente der Asymmetrie, die zu chiralen Molekülen führen, sind: Chiralitätszentren, Chiralitätsachsen, Chiralitätsebenen und Helices.
a) Chirales oder stereogenes Zentrum: Es ist ein Atom, das vier verschiedene Gruppen vereint, wobei eine dieser vier Gruppen ein einsames Paar sein kann.
Asymmetrie 01
Nicht nur Kohlenstoff kann das stereogene Zentrum sein, sondern auch Stickstoff aus Aminen oder Ammoniumsalzen, Sauerstoff in Oxoniumkationen, Phosphor in Phosphinen......

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Die Regeln, um einem stereogenen Zentrum eine absolute Konfiguration zu geben, sind die folgenden:

1. Priorisieren Sie die Gruppen, die vom stereogenen Zentrum aus nach der Ordnungszahl beginnen
2. Bei Isotopen wird die Priorität nach der Atommasse gegeben.
3. Wenn die Rotation nach den drei Gruppen mit der höchsten Priorität und der vierten ganz unten im Uhrzeigersinn erfolgt, ist das stereogene Zentrum R.
4. Wenn die Drehung gegen den Uhrzeigersinn erfolgt, ist das stereogene Zentrum S.
Ammoniumsalze mit vier verschiedenen Substituenten sind chirale Verbindungen, die Notation für chiralen Stickstoff ist die gleiche wie für Kohlenstoff.
stereogenes Zentrum 01

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In Molekülen, deren Chiralitätselement eine Achse ist, geben wir die Notation R a / S a (das tiefgestellte "a" bezieht sich auf axial) mittels der Fischer-Projektionsmethode. Auch die Tetraeder-Methode kann verwendet werden.

Chiralitätsachse 01

1. Damit das Molekül eine Chiralitätsachse hat, müssen sich die beiden Gruppen auf jeder Seite voneinander unterscheiden. In diesem Beispiel sind die Gruppen unterschiedlich (-H und -COOH) und das Molekül hat eine Chiralitätsachse.

2. Wir wählen eine Seite des Allens (ich wähle willkürlich die linke) und fangen an, den Substituenten auf dieser Seite Prioritäten nach Ordnungszahl zuzuweisen. Dann bewegen wir uns auf die rechte Seite und geben den Gruppen auf dieser Seite die „c,d“-Prioritäten.
Chiralitätsachse 02

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Dies sind Moleküle, die einen flachen Bereich (Phenyl) mit einer Brücke haben, die ihre Enden entweder auf der Ober- oder Unterseite verbindet.

Chiralitätsebene 01

1. Wir weisen bestimmten Atomen Namen zu, wie im Bild gezeigt. "z" ist das erste Atom, das außerhalb der Ebene liegt. Zwei Ketten beginnen bei x, denen wir nach Ordnungszahl Priorität geben müssen.

Chiralitätsebene 02

2. Wir projizieren die xy-Verbindung und platzieren uns in der Position des Pfeils.

Chiralitätsebene 03

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Propeller 01

Die Abstoßung zwischen den Ringen verhindert, dass sich das Molekül in der Ebene anordnet. Einer der Ringe biegt sich also zu uns und der andere nach unten. Bei einem Enantiomer ist der rechte Ring zu uns hin gebogen und bei dem anderen nach unten.

Propeller 02

Um die beiden Enantiomere zu unterscheiden, macht man eine Drehung von dem Ring, der nach unten geht, zu dem, der auf uns zukommt: Wenn diese Drehung im Uhrzeigersinn erfolgt, ist das Enantiomer M, wenn die Drehung in die entgegengesetzte Richtung erfolgt, ist das Enantiomer P.