Asymmetrisches C-Atom · Spiegelbild · D und L · meso-Form
Stereoisomere besitzen dieselbe Summenformel und dieselbe Verknüpfung der Atome – sie unterscheiden sich aber in der räumlichen Anordnung der Atome im Molekül.
Objekte, die sich mit ihrem Spiegelbild nicht zur Deckung bringen lassen, sind chiral („händisch“) – ebenso wie die linke Hand nicht auf die rechte passt. Das griechische Wort cheir heißt Hand.
Ein Chiralitätszentrum ist ein Kohlenstoff-Atom mit vier verschiedenen Bindungspartnern – man nennt es auch asymmetrisches Kohlenstoff-Atom. In Formeln wird es mit einem Stern * gekennzeichnet.
Ein Molekül mit einem Chiralitätszentrum ist immer chiral. Bei mehreren Zentren muss man genauer hinsehen – warum, zeigt die meso-Form in Abschnitt 7.
Beachte: Unter „Bindungspartner“ versteht man hier nicht nur das benachbarte Atom, sondern die gesamte gebundene Molekülgruppe – zum Beispiel eine Carboxy-Gruppe, einen Phenyl-Rest oder noch größere Molekülteile.
Zwei Moleküle, die sich wie Bild und Spiegelbild verhalten, heißen Enantiomere. Sie bilden zwei verschiedene Stoffe mit eigenen Namen. Ein Gemisch aus beiden zu gleichen Teilen heißt Racemat.
Die Fischer-Projektion ist das Verfahren: Das Molekül wird so gedreht, dass die längste Kette senkrecht steht und das am stärksten oxidierte Kohlenstoff-Atom oben liegt. Die waagerechten Bindungen zeigen dann zum Betrachter, die senkrechten von ihm fort.
Die Fischer-Projektionsformel ist das Ergebnis: die ebene Formel mit dem Kreuz. Das Kohlenstoff-Atom am Kreuzungspunkt wird nicht mehr geschrieben.
Die Zuordnung wurde am Glycerinaldehyd festgelegt: Steht die Hydroxy-Gruppe in der Projektionsformel rechts, heißt die Form D; steht sie links, dann heißt sie L. Bei mehreren Zentren entscheidet bei Kohlenhydraten allein das unterste.
In Lebewesen kommen fast ausschließlich L-Aminosäuren und D-Zucker vor.
D und L sagen übrigens nichts über die Drehrichtung des polarisierten Lichts aus. Dafür stehen die Zeichen (+) und (−), die gemessen werden müssen. Es gibt ein zweites, allgemeineres System mit den Buchstaben R und S; D bedeutet nicht automatisch R. L-Cystein etwa ist (R)-Cystein, alle anderen L-Aminosäuren sind (S).
Diastereomerie kommt bei Stereoisomeren vor, die mindestens 2 asymmetrische C*-Atome besitzen. Diastereomere unterscheiden sich in der Konfiguration an diesen Chiralitätszentren, ohne dass sich die Moleküle wie Bild und Spiegelbild zueinander verhalten.
| Enantiomere | Diastereomere | |
|---|---|---|
| Schmelztemperatur | gleich | verschieden |
| Löslichkeit | gleich | verschieden |
| Drehung der Polarisationsebene linear polarisierten Lichts | gleicher Betrag, umgekehrtes Vorzeichen | verschieden |
| Stofftrennung | schwierig, zum Beispiel chromatografisch an ebenfalls chiralen Oberflächen | wie gewöhnliche Stoffe |
D-Glucose unterscheidet sich von D-Mannose und von D-Galactose in jeweils genau einem Chiralitätszentrum: von der Mannose am zweiten, von der Galactose am vierten Kohlenstoff-Atom. Alle drei sind Diastereomere – und deshalb drei verschiedene Zucker mit verschiedenem Geschmack, verschiedener Schmelztemperatur und verschiedener biologischer Wirkung.
Zwei Chiralitätszentren bedeuten nicht zwangsläufig vier Stoffe. Bei der Weinsäure gibt es nur drei: zwei spiegelbildliche Formen und die meso-Form. Deren beide Zentren sind gegensinnig, sodass mitten durch das Molekül eine innere Spiegelebene läuft – die obere Hälfte ist das Spiegelbild der unteren.
Die meso-Form ist deshalb nicht chiral, obwohl sie zwei Zentren hat. Das zeigt: Chiralität ist eine Eigenschaft des ganzen Moleküls, nicht die Summe seiner Zentren.
Die Molekülgerüste sind gerechnet und maschinell geprüft. Sie sind so ausgerichtet, dass die längste Kette senkrecht steht und das stärker oxidierte Ende oben liegt. Das Modell lässt sich mit gedrückter Maustaste oder einem Finger frei drehen und mit dem Mausrad oder zwei Fingern vergrößern. Die Lupe oben rechts öffnet die Vollflächen-Ansicht.