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Physikalische Eigenschaften von Stereoisomeren

Optische Reinheit

Eine chirale Substanz kann in Form zweier unterschiedlicher Enantiomere vorliegen. Um zu überprüfen, ob eine Probe ein reines Enantiomer enthält oder ob es sich um ein Gemisch der beiden Enantiomeren handelt, bedient man sich der optischen Aktivität von chiralen Verbindungen. Enantiomere haben die Eigenschaft, polarisiertes Licht um einen für sie typischen Betrag zu drehen. Dieser Drehwert wird als die spezifische Rotation der chiralen Verbindung bezeichnet. Dieser spezifische Drehwert entspricht dem Drehvermögen von 1 g Substanz bei einer Schichtdicke von 1 dm. Die spezifische Drehung ist eine Stoffkonstante, sie hängt allerdings von der Konzentration, der Temperatur und dem Lösemittel ab. Es wird meist bei der Wellenlänge der Natrium D-Linie (589,3 nm) gemessen.

So betragen die spezifischen Drehwerte für die Enantiomere des 2-Butanols: +13,52° bzw. -13,52°. Die Drehwerte haben den gleichen Betrag, aber eine entgegengesetzte Drehrichtung. Dieser Drehsinn wird durch ein (+) = rechtsdrehend oder ein (-) = linksdrehend gekennzeichnet. Diese Angabe bezeichnet nur die Drehrichtung des polarisierten Lichts und trifft keine direkte Aussage über die absolute Konfiguration des Enantiomeren.

Tab.1
Abb.1
Abb.2
(R)-(-)-2-Butanol (S)-(+)-2-Butanol
[α]D 25 = -13,52° [α]D 25 = +13,52°
Mouse
Abb.3
Mouse
Abb.4

Ein Racemat hat als ein 1:1-Gemisch zweier Enantiomere einen Drehwert von Null, da sich die jeweiligen Rotationen aufheben. Eine Probe, die nur das eine Enantiomer enthält, wird als optisch rein bezeichnet und hat einen Drehwert von:

α= [α]D · c · l

[α]D = spezifische Drehung der von Natrium emittierten D-Linie (λ=589,3 nm) bei 20 °C

c = Konzentration des chiralen Stoffes (gmol-1)

l = Länge der Küvette (dm)

Wird zu einer optisch reinen Probe das andere Enantiomer zugegeben, so verringert sich der Drehwert der Probe. Es besteht dabei ein linearer Zusammenhang zwischen dem Mischungsverhältnis der Enantiomere und der optischen Rotation. Unter der optischen Reinheit versteht man nun das Verhältnis des Drehwertes der Probe zu dem Drehwert des reinen Enantiomers. Es gilt also:

optische Reinheit (%)= α Enantiomerengemisch reines Enantiomer

Die optische Reinheit ist numerisch identisch mit dem Enantiomerenüberschuss (enantiomeric excess, ee), der wie folgt definiert ist.

Enantiomerenüberschuss (%) = [molarer Anteil (Überschuss-Enantiomer) - molarer Anteil (Unterschuss-Enantiomer)] x 100

Enthält also eine Probe 80 % des einen und 20 % des anderen Enantiomeren, so ist der Enantiomerenüberschuss 80 % - 20 % = 60 %. Eine Probe, die ein 1:1-Gemisch der beiden Enantiomere enthält, hat entsprechend einen Enantiomerenüberschuss von null.

Übung

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