Grundlagen der Organischen Chemie

1.3 Stereochemie

1.3.1 Enantiomere

Bei folgender Reaktion entstehen zwei Produkte, die sich nur in ihrer räumlichen Struktur unterscheiden:

* C-Atom mit vier verschiedenen Substituenten
(assymetrisches C-Atom, stereogenes Zentrum)
Die beiden Produkte entstehen im Verhältnis 1:1, und bilden als 1:1 Gemisch eines Enantiomerenpaares ein Racemat.
Enantiomere verhalten sich wie Bild und Spiegelbild, ähnlich wie rechte und linke Hand. Sie haben identische physikalische Eigenschaften mit Ausnahme der optischen Aktivität. D.h., sie drehen den Winkel des polarisierten Lichtes um denselben Betrag, aber in entgegen gesetzter Richtung. Dreht das eine Enantiomer das Licht im Uhrzeigersinn, so bezeichnet man es als rechtsdrehend und wird (+)-Enantiomer genannt. Das andere linksdrehende Enantiomer nennt man dementsprechend (-)-Enantiomer.
Auch das Verhalten in chemischen Reaktionen ist dasselbe, allerdings gilt dies nicht bei Reaktionen mit Stoffen, die ihrerseits Enantiomere sind, wodurch auch Unterschiede in den physiologischen Eigenschaften, wie im Geruch und Geschmack, bedingt werden.

• 1. Beispiele

Enantiomer AEnantiomer B
L-Valin (bitter)
Naturstoff, Aminosäure
D-Valin (süß)

• 2. R, S – Nomenklatur (CIP-Nomenklatur nach Cahn, Ingold und Prelog)

Mit den Substituenten a, b, c und d in absteigender Priorität ergibt sich folgendes Bild:


(S)-Konfiguration

Die Abfolge verläuft entgegen dem Uhrzeigersinn, also linksherum.

Sinister (lat.) = links
(R)-Konfiguration
Die Abfolge verläuft mit dem
Uhrzeigersinn, also rechtsherum.

Rectus (lat.) = rechtsFestlegung der Prioritäten der Substituenten am stereogenen Zentrum:

1. 
   1. RegelHohe Ordnungszahl vor niedriger Ordnungszahl
   2. RegelBei gleicher Ordnungszahl geht man die Kette entlang, bis ein Unterschied erkennbar wird.
   
   
   3. Regel‚schwere’ Isotope vor leichten:
   
   
   

1. 1.3.2 Diastereomere

Diastereomere weisen neben einem stereogenen Zentrum noch mindestens ein weiteres auf:

Aus dem Racemat mit seinen beiden Enantiomeren in der (R)- und der (S)-Konfiguration bilden sich bei Halogenierung also vier Stereoisomere in den Konfigurationen (R)-(R), (R)-(S), (S)-(R) und (S)-(S).

Diastereomere weisen unterschiedliche chemische und physikalische Eigenschaften auf.

Die Anzahl der Stereoisomere einer Verbindung berechnet sich mit der Formel:

• 1. Beispiele

• a) b) c)
  Die beiden unteren Moleküle besitzen eine innere Symmetrie, d.h. eine Spiegelachse. Sie sind daher nach außen optisch innaktiv, haben also einen spezifischen Drehwert [α] = 0. So besitzen zwei gleich substituierte Moleküle mit zwei stereogenen Zentren nur 3 Stereoisomere.2. Racematspaltung einer Säure

Beispiel:

Die entstehenden Salze sind Diastereomere und können dementsprechend mit chemischen und physikalischen Methoden getrennt werden.

• 2. Chemie der organischen Verbindungen

1. KohlenwasserstoffeAliphatenAromaten¹AlkaneAlkeneAlkineCycloaliphatePropanPropenPropinCylopentanBenzol2.1 Alkane (Parafine)

2. 2.1.1 Beispiele

SummenformelAlkanAnzahl der
StrukturisomerenMethan (Erdgas)1Ethan1Propan1Butan2Pentan3Hexan6Oktan18Eicosan366.319

1. 2.1.2 Beispiele zu Strukturisomeren

2. 1. Ethan

• 
  σ-Bindung
  (frei drehbar)SägebockschreibweiseNewman-Projektion
  verdeckte Konformation
  (eclipsed)
  gestaffelte Konformation
  (stagged)2. Propan

• 4. Butan

n-Butan
(normal)
K_p = 0 °C

i-Butan

• (iso)

  
  K_p = -12 °C5. Pentan

• n-Pentani-Pentanneo-Pentan6. Hexan

1. 
   n-Hexan2.1.2 Cycloalkane

• StrukturName CyclopropanCyclobutanCyclopentanCyclohexan1,1-DimethylcyclobutanMethylcyclopropanDarstellungen des Cyclohexans

Sesselkonformationen

axiale H-Atome / equatoriale H-Atome

Beim Umklappen werden aus axialen (equatorialen) H-Atomen equatoriale (axiale) H-Atome.
Die equatoriale Stellung wird von (größeren) Substituenten bevorzugt:


Wannenkonformation

(energiereicher)

Twistkonformation

1. 2.1.4 Nomenklatur nach UIPAC

(International Union of Pure and Applied Chemistry)

AlkanAlkylrestBeispielMethanMethyl

(Mono-) BrommethanEthanEthyl
Ethanoln-Propann-Propyl
(1-) Chlorpropani-Propani-Propyl
2-ChlorpropanButanButyl
(Butanthiol)

Beispiele zur Nomenklatur:

• 2-Brom-3-chlor-4-fluorohexan5-Brom-1-chlor-3-fluorohexan2.1.5 Labormethoden zur Alkansynthese

• 1. Hydrierung von Alkenen

• 2. Hydrolyse von Grignard-Verbindungen

3. Reduktion mit naszierendem Wasserstoff

• 4. Reaktion mit Organometallverbindungen

• 5. Wurtz-Synthese

1. 2.1.6 Reaktionen der Alkane

Die Alkane sind im Allgemeinen reaktionsträge.

• 1. Verbrennungsreaktion (wichtigste Reaktion)

• 2. Photochlorierung von Methan

Es folgt der Reaktionsmechanismus der Radikalkettenreaktion:

• 3. Sulfochlorierung mit Cl₂ / SO₂

1. 2.1.7 Reaktionen der Cycloalkane

Die Reaktionen der Cycloalkane ähneln denen der kettenförmigen Alkane.

• 1. Photohalogenierung
  

• 2. Besondere Reaktionen des Cyclopropans

Das Cyclopropan ist deshalb so reaktiv, weil der Bindungswinkel C-C 60° beträgt, und somit stark von dem idealen Bindungswinkel im Tetraeder von 109° abweicht. Daraus resultiert eine recht hohe Ringspannung.

1.