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Weitere Chiralitätselemente

Axiale Chiralität

Definition
Bei einem Molekül mit vier paarweise um eine Achse angeordneten Substituenten (a, b, c, d) können dann Enantiomere beobachtet werden, wenn diese Paare nicht in einer Ebene liegen und in jedem Paar ungleiche Substituenten (a ungleich b und c ungleich d) vorhanden sind.

Diese relativ abstrakt formulierte Aussage lässt sich wohl am besten durch ein Beispiel verdeutlichen. So tritt diese Form der Chiralität unter anderem bei Molekülen mit kumulierten Doppelbindungen auf.

Als Beispiel wird hier 1,3-Dichlorpropadien verwendet. Die durch die jeweiligen Substituenten (H, Cl) aufgespannten Ebenen stehen in einem 90°-Winkel aufeinander und die drei Kohlenstoff-Atome bilden eine Achse zwischen diesen Ebenen. Durch die Doppelbindungen ist keine freie Drehbarkeit um die Bindungsachse möglich und der Winkel zwischen diesen Ebenen bleibt so erhalten. In diesem Molekül gibt es kein asymmetrisches Kohlenstoff-Atom, dennoch ist es chiral, wie durch Drehung der Chime-Abbildung erkannt werden kann.

Arbeitsauftrag

Tab.1
III
Abb.1
Abb.2
Mouse
Abb.3
Mouse
Abb.4

Versuchen Sie die beiden Moleküle ( (Abb. 3) , (Abb. 4) ) mithilfe der Maus zur Deckung zu bringen.

Es handelt sich bei den Molekülen I und II um Spiegelbilder die sich nicht zur Deckung bringen lassen; es sind also Enantiomere. Somit ist 1,3-Dichlorpropadien eine chirale Verbindung (Abb. 5) .

Abb.5
Axiale Chiralität
Definition
Die Achse, die entlang der Substituenten angeordnet ist, wird als Chiralitätsachse bezeichnet. Man betrachtet die Moleküle entlang dieser Achse und legt einen Drehsinn fest. Dabei ist es unwichtig, von welcher Seite aus das Molekül entlang dieser Chiralitätsachse betrachtet wird, der Drehsinn bleibt stets erhalten.

Atropisomere

Ein weiteres Beispiel für die axiale Chiralität sind Biphenylderivate, bei denen die Drehbarkeit um die Einfachbindung durch Substituenten in ortho-Position stark gehindert ist. Aus Gründen der Anschaulichkeit sind die Enantiomeren hier nicht wie Spiegelbilder zueinander ausgerichtet, obwohl sie sich natürlich trotzdem wie Bild und Spiegelbild verhalten. Die Stabilität dieser Enantiomere hängt von der Höhe der Rotationsbarriere ab. Diese Art von Stereoisomerie wird als Atropisomerie bezeichnet. Atropisomere können bei Raumtemperatur isoliert werden, wenn die Energiebarriere der Rotation wenigstens 70 bis 90 kJ/mol beträgt. Dies zeigt den Unterschied zu den nicht bei Raumtemperatur isolierbaren Konformeren, bei denen die Rotationsenergiebarriere sehr viel niedriger ist; sie beträgt z.B. beim Butan 14 kJ/mol.

Tab.2
Atropisomere
IIIIV
Abb.6
Abb.7
Mouse
Abb.8
Mouse
Abb.9

Die Chiralitätsachse verläuft durch die Einfachbindung zwischen den Benzolringen und auch hier sind die Moleküle III und IV Spiegelbilder, die sich nicht ineinander überführen lassen. Sie weisen einen unterschiedlichen Drehsinn auf.

Übung 1

Übung 2

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