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Topizität In der Stereochemie bezeichnet die von Topografie griechisch τόπος tópos deutsch Orts Lagebeschreibung die Lag

Topizität

In der Stereochemie bezeichnet die Topizität (von Topografie, griechisch τόπος tópos, deutsch ‚Orts-, Lagebeschreibung‘) die Lagebeziehung identischer funktioneller Gruppen oder Atome (sprich Substituenten) innerhalb eines Moleküls relativ zueinander. Abhängig von der Beziehung können solche Gruppen homotop, enantiotop, oder diastereotop sein. Man spricht von Homotopizität, Enantiotopizität, oder Diastereotopizität.

Homotopizität Bearbeiten

Homotope Gruppen in chemischen Verbindungen sind identische Gruppen, die eine gleiche chemische Umgebung besitzen. Homotope Substituenten können durch Drehung um eine Cn-Achse ineinander überführt werden (Symmetrie-Kriterium). Man bezeichnet Gruppen oder Atome als homotop, wenn das Molekül beim Ersetzen beider Gruppen achiral bleibt, oder sich eine bestehende Chiralität nicht ändert. Durch die Substitution entsteht kein Chiralitätszentrum (also auch kein Enantiomer, Substitutions-Kriterium). Typische Beispiele sind die beiden Wasserstoffatome in Dibrommethan oder die Wasserstoffatome in Methylgruppen. Im Dibrommethan sind beispielsweise die beiden Wasserstoffatome homotop. Sie können durch Drehung um 180° entlang der C2-Achse (rot) ihre Position tauschen, ohne dass sich ihre Umgebung ändert.

Homotope Atome oder Gruppen haben aufgrund ihrer gleichen Resonanzfrequenz eine identische chemische Verschiebung in der Kernspinresonanzspektroskopie (NMR) und sind somit isochron.

Heterotopizität Bearbeiten

Sind zwei identische funktionelle Gruppen oder Atome nicht homotop, so bezeichnet man sie als heterotop. Heterotope Gruppen besitzen also eine unterschiedliche Umgebung. Diese untergliedern sich in konstitutop (andere Struktur bzw. Konstitution) oder stereoheterotop (andere räumliche Anordnung). Die Heterotopizität setzt sich aus Enantiotopizität und Diastereotopizität zusammen.

Enantiotopizität Bearbeiten

Der stereochemische Begriff enantiotop bezieht sich auf zwei identische Gruppen, die, wenn man eine der beiden ersetzt, Enantiomere ergeben würden. Hierbei entsteht ein Chiralitätszentrum; daher werden diese Verbindungen auch als prochiral bezeichnet. Enantiotope Gruppen lassen sich nur durch eine Symmetrieebene oder ein Inversionszentrum i ineinander überführen, nicht jedoch durch Drehung um eine Cn-Achse.

Zum Beispiel sind die beiden Wasserstoffatome enantiotop, die an das zweite Kohlenstoffatom von Butan gebunden sind. Butan besitzt als Symmetrieelement eine Spiegelebene entlang der Kohlenstoffkette. Ersetzt man eines dieser Wasserstoffatome durch Brom, so entsteht (R)-2-Brombutan. Ersetzt man das andere Wasserstoffatom durch Brom, so entsteht das Enantiomer, also (S)-2-Brombutan.

Butan (R)-2-Brombutan (S)-2-Brombutan

Auch enantiotope Atome oder Gruppen haben die gleiche chemische Verschiebung in der Kernspinresonanzspektroskopie. (Solange in einer nicht-chiralen Umgebung gemessen wird).

Diastereotopizität Bearbeiten

Der stereochemische Begriff diastereotop bezieht sich auf die Stellung zweier Gruppen, die, wenn man eine von beiden ersetzt (substituiert), Diastereomere ergeben. Zum Beispiel sind die zwei Wasserstoffatome am dritten Kohlenstoffatom von (S)-2-Brombutan diastereotop. Ersetzt man eines der Wasserstoffatome (im Bild blau dargestellt) durch Brom, so entsteht das eine Diastereomer (2S,3R)-2,3-Dibrombutan. Ersetzt man das andere Wasserstoffatom (im Bild rot dargestellt) durch Brom, so entsteht das andere Diastereomer, (2S,3S)-2,3-Dibrombutan.

(S)-2-Brombutan (2S,3R)-2,3-Dibrombutan (2S,3S)-2,3-Dibrombutan

Diastereotope Atome oder Gruppen können in der Kernspinresonanzspektroskopie (NMR) unterschiedliche Verschiebungen zeigen, je nachdem, wie stark der Einfluss der chiralen Umgebung auf die beiden Atome oder Gruppen ist. Entscheidend dafür sind der Abstand der diastereotopen Gruppen vom Chiralitätszentrum und die konformative Flexibilität des Moleküls. Diastereotope Atome in relativ konformationsstabilen Molekülen mit mehreren nahegelegenen Stereozentren zeigen oft auffällig große Unterschiede in der chemischen Verschiebung. Typische Beispiele dafür sind die CH2-Gruppe in Kohlenhydraten (Position 6 in Hexosen) und die Seitenkettenprotonen, allen voran die β-Protonen (HB), der Aminosäuren gefalteter Proteine.

Siehe auch Bearbeiten

Einzelnachweise Bearbeiten

  1. Karl-Heinz Hellwich: Stereochemie - Grundbegriffe, Springer Verlag, 2002, S. 84–87, ISBN 3-540-42347-8.
  2. Eberhard Breitmaier, Günther Jung: Organische Chemie, 7. Auflage, Thieme Verlag, 2012, S. 283–284, ISBN 978-3-13-541507-9.
  3. ↑ Siegfried Hauptmann, Gerhard Mann: Stereochemie, Spektrum Akademischer Verlag, 1996, S. 100–103, ISBN 3-86025-144-9.
  4. ↑ Joachim Buddrus, Bernd Schmidt: Grundlagen der Organischen Chemie, 5. Auflage, de Gruyter Verlag, Berlin, 2015, S. 137, ISBN 978-3-11-030559-3.
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In der Stereochemie bezeichnet die Topizitat von Topografie griechisch topos topos deutsch Orts Lagebeschreibung die Lagebeziehung identischer funktioneller Gruppen oder Atome sprich Substituenten innerhalb eines Molekuls relativ zueinander 1 Abhangig von der Beziehung konnen solche Gruppen homotop enantiotop oder diastereotop sein Man spricht von Homotopizitat Enantiotopizitat oder Diastereotopizitat 2 Inhaltsverzeichnis 1 Homotopizitat 2 Heterotopizitat 2 1 Enantiotopizitat 2 2 Diastereotopizitat 3 Siehe auch 4 EinzelnachweiseHomotopizitat BearbeitenHomotope Gruppen in chemischen Verbindungen sind identische Gruppen die eine gleiche chemische Umgebung besitzen Homotope Substituenten konnen durch Drehung um eine Cn Achse ineinander uberfuhrt werden Symmetrie Kriterium 3 Man bezeichnet Gruppen oder Atome als homotop wenn das Molekul beim Ersetzen beider Gruppen achiral bleibt oder sich eine bestehende Chiralitat nicht andert Durch die Substitution entsteht kein Chiralitatszentrum also auch kein Enantiomer Substitutions Kriterium 3 Typische Beispiele sind die beiden Wasserstoffatome in Dibrommethan oder die Wasserstoffatome in Methylgruppen Im Dibrommethan sind beispielsweise die beiden Wasserstoffatome homotop Sie konnen durch Drehung um 180 entlang der C2 Achse rot ihre Position tauschen ohne dass sich ihre Umgebung andert 4 nbsp Homotope Atome oder Gruppen haben aufgrund ihrer gleichen Resonanzfrequenz eine identische chemische Verschiebung in der Kernspinresonanzspektroskopie NMR und sind somit isochron Heterotopizitat BearbeitenSind zwei identische funktionelle Gruppen oder Atome nicht homotop so bezeichnet man sie als heterotop Heterotope Gruppen besitzen also eine unterschiedliche Umgebung Diese untergliedern sich in konstitutop andere Struktur bzw Konstitution oder stereoheterotop andere raumliche Anordnung Die Heterotopizitat setzt sich aus Enantiotopizitat und Diastereotopizitat zusammen Enantiotopizitat Bearbeiten Der stereochemische Begriff enantiotop bezieht sich auf zwei identische Gruppen die wenn man eine der beiden ersetzt Enantiomere ergeben wurden Hierbei entsteht ein Chiralitatszentrum daher werden diese Verbindungen auch als prochiral bezeichnet Enantiotope Gruppen lassen sich nur durch eine Symmetrieebene s displaystyle sigma nbsp oder ein Inversionszentrum i ineinander uberfuhren nicht jedoch durch Drehung um eine Cn Achse 4 Zum Beispiel sind die beiden Wasserstoffatome enantiotop die an das zweite Kohlenstoffatom von Butan gebunden sind Butan besitzt als Symmetrieelement eine Spiegelebene s displaystyle sigma nbsp entlang der Kohlenstoffkette Ersetzt man eines dieser Wasserstoffatome durch Brom so entsteht R 2 Brombutan Ersetzt man das andere Wasserstoffatom durch Brom so entsteht das Enantiomer also S 2 Brombutan nbsp nbsp nbsp Butan R 2 Brombutan S 2 BrombutanAuch enantiotope Atome oder Gruppen haben die gleiche chemische Verschiebung in der Kernspinresonanzspektroskopie Solange in einer nicht chiralen Umgebung gemessen wird Diastereotopizitat Bearbeiten Der stereochemische Begriff diastereotop bezieht sich auf die Stellung zweier Gruppen die wenn man eine von beiden ersetzt substituiert Diastereomere ergeben 4 Zum Beispiel sind die zwei Wasserstoffatome am dritten Kohlenstoffatom von S 2 Brombutan diastereotop Ersetzt man eines der Wasserstoffatome im Bild blau dargestellt durch Brom so entsteht das eine Diastereomer 2S 3R 2 3 Dibrombutan Ersetzt man das andere Wasserstoffatom im Bild rot dargestellt durch Brom so entsteht das andere Diastereomer 2S 3S 2 3 Dibrombutan nbsp nbsp nbsp S 2 Brombutan 2S 3R 2 3 Dibrombutan 2S 3S 2 3 DibrombutanDiastereotope Atome oder Gruppen konnen in der Kernspinresonanzspektroskopie NMR unterschiedliche Verschiebungen zeigen je nachdem wie stark der Einfluss der chiralen Umgebung auf die beiden Atome oder Gruppen ist Entscheidend dafur sind der Abstand der diastereotopen Gruppen vom Chiralitatszentrum und die konformative Flexibilitat des Molekuls Diastereotope Atome in relativ konformationsstabilen Molekulen mit mehreren nahegelegenen Stereozentren zeigen oft auffallig grosse Unterschiede in der chemischen Verschiebung Typische Beispiele dafur sind die CH2 Gruppe in Kohlenhydraten Position 6 in Hexosen und die Seitenkettenprotonen allen voran die b Protonen HB der Aminosauren gefalteter Proteine Siehe auch BearbeitenChiralitat Enantiomer Diastereomer StereochemieEinzelnachweise Bearbeiten Karl Heinz Hellwich Stereochemie Grundbegriffe Springer Verlag 2002 S 84 87 ISBN 3 540 42347 8 Eberhard Breitmaier Gunther Jung Organische Chemie 7 Auflage Thieme Verlag 2012 S 283 284 ISBN 978 3 13 541507 9 a b Siegfried Hauptmann Gerhard Mann Stereochemie Spektrum Akademischer Verlag 1996 S 100 103 ISBN 3 86025 144 9 a b c Joachim Buddrus Bernd Schmidt Grundlagen der Organischen Chemie 5 Auflage de Gruyter Verlag Berlin 2015 S 137 ISBN 978 3 11 030559 3 Abgerufen von https de wikipedia org w index php title Topizitat amp oldid 215855235