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Der Artikel Enantiomer gehört zur Kategorie: Chemie
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Enantiomere Bildherkunft |
Enantiomere sind Stereoisomere, deren räumliche Strukturen sich wie Bild und Spiegelbild verhalten, sich sonst aber nicht weiter unterscheiden. Man sollte sie nicht verwechseln mit Diastereomeren.
Die Summenformel von Enantiomeren bleibt identisch. Es liegt Chiralität vor; sie unterscheiden sich also in der optischen Aktivität, das bedeutet, dass sie die Polarisationsebene von linear polarisiertem Licht nach links oder rechts drehen. Man bezeichnet sie dann als linksdrehend oder rechtsdrehend. Man nennt sie auch Spiegelbildisomere. Sie können nicht durch Drehung von Atombindungen zur Deckung gebracht werden.
Um auf das Beispiel der Hände zurückzukommen: Es ist klar, dass nur der rechte Handschuh zur rechten Hand passt. Versucht man den rechten Handschuh auf die linke Hand zu ziehen, so wird man damit scheitern oder nur ein sehr dürftiges Ergebnis erzielen. Deswegen versucht man heute bei chemischen Synthesen nur noch das Enantiomer mit der gewünschten Wirkung herzustellen und als Wirksubstanz einzusetzen, während man das andere Enantiomer mit seiner möglicherweise unerwünschten Wirkung von Anfang an ausschließen möchte (Stereoselektive Synthese).
Allgemeine Formel (R1 bis R4: verschiedene Reste) Beispiel
R1 R1 COOH
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R2-C-R3 R3-C-R2 H-O-C-CH3
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R4 R4 H
Enantiomer 1 Enantiomer 2
Physikalische Eigenschaften
Enantiomere unterscheiden sich nicht in ihren physikalischen Eigenschaften, mit Ausnahme ihrer optischen Aktivität. Auch ihre chemischen Eigenschaften sind identisch, bis auf ihr Reaktionsvermögen in stereoselektiven Reaktionen.Chemisch reine Enantiomere sind optisch aktiv, drehen also die Schwingungsebene des linear polarisierten Lichts im Uhrzeigersinn (rechtsdrehende Form) oder gegen den Uhrzeigersinn (linksdrehende Form). Im Namen einer Verbindung macht man dies durch Voransetzen von "(+)-" für rechtsdrehend beziehungsweise "(−)-" für linksdrehend deutlich; z. B. (−)-Weinsäure oder (+)-Milchsäure.
Racemat
Ein 1:1-Gemisch der Enantiomere nennt man Racemat. Es ist Optisch nicht aktiv und hat den Drehwinkel 0°, da sich die Anteile rechtsdrehender und linksdrehender Form gerade aufheben. Liegen in einem Gemisch die beiden Enantiomere nicht zu je 50 % vor, zeigt sich eine restliche optische Aktivität, deren Drehwinkel kleiner ist als der maximal mögliche des reinen Enantiomers. Aus dem Verhältnis des gemessenen Drehwinkels zum maximalen Drehwinkel des reinen Enantiomers ergibt sich der so genannte Enantiomerenüberschuss (EE - enantiomeric excess) dieses Enantiomerengemisches. Das ausgelieferte Medikament im Contergan-Fall war also ein Racemat.Geschichte
Im Jahre 1848 gelang Louis Pasteur die Racematspaltung für die Enantiomere eines Salzes der D- und L-Weinsäure. Sie unterschieden sich für ihn lediglich darin, dass ihre Kristalle spiegelbildlich aufgebaut waren. Nach sorgfältiger Kristallisierung konnte er die verschiedenen Kristalle in mühevoller Handarbeit trennen und leitete damit die Erforschung der Enantiomerie ein. Auch bei der Zusammenführung von optischer Aktivität einer Substanz und der absoluten Konfiguration der Moleküle durch Bijvoet spielte die Weinsäure eine wichtige Rolle.Pharmazie/Conterganskandal
Auf die unterschiedliche Wirkung von verschiedenen Enantiomeren der sonst selben Substanz ist die Öffentlichkeit durch den Conterganskandal aufmerksam geworden, da allein dem (S)-Enantiomer eine teratogene, dem (R)-Enantiomer jedoch eine beruhigende Wirkung zugesprochen wurde. Die Herstellung des reinen (R)-Enatiomers hätte dieses Problem jedoch nicht lösen können, da sich die Enantiomere in einem dynamischen chemischen Gleichgewicht befinden und innerhalb kurzer Zeit automatisch wieder das Racemat bilden. In wissenschaftlichen Studien ist bisher bei keinem der Enantiomere eindeutig eine teratogene bzw. beruhigende Wirkung erkannt worden (obwohl es bei ähnlichen Verbindungen Hinweise darauf gibt, dass tatsächlich das (S)-Enantiomer teratogen wirksamer ist). Selbst wenn nur eines der Enantiomere teratogen wirkte, wäre dies bedeutungslos, da die Substanz im Körper racemisiert. Obwohl dieser Sachverhalt schon seit Jahren bekannt ist, hat die Geschichte vom "bösen" und vom "guten" Thalidomid noch immer viele Anhänger und wird sogar in einigen renommierten Fachzeitschriften und Lehrbüchern weiterverbreitet. Thalidomid wird heute zur Behandlung von Lepra und AIDS verwendet.Biologie
Viele biologisch wichtige Substanzen sind chiral, nicht nur die kleineren Moleküle von Aminosäuren und Zuckern, sondern auch biologische Makromoleküle wie Enzyme oder Rezeptoren. Bei einigen Substanzklassen überwiegt oft ein Chiralitätssinn, so herrscht beispielsweise bei den natürlichen Aminosäuren die L-Form vor. Chiralität als Folge des räumlichen Baus von Molekülen hat entscheidende Bedeutung für das Funktionieren biologischer Systeme, die alle selbst chiral sind. So sind viele Enzymreaktionen auf ein Enantiomer, entweder das linksdrehende oder das rechtsdrehende, spezialisiert, die Reaktionsgeschwindigkeit mit dem spiegelbildlichen Enantiomer als Substrat ist dann deutlich geringer oder es wird gar nicht umgesetzt. Gar nicht so selten entfaltet das "falsche" Enantiomer auch eine völlig andere biologische Wirkung. Beispielsweise schmeckt bei einer bestimmten Verbindung das eine Enantiomer süß, während sein Partner bitter ist. Bei zahlreichen Geruchsstoffen unterscheidet sich der Geruchseindruck hinsichtlich Intensität und Ausprägung. Auch bei manchen Pharmazeutika können solche Effekte auftreten. Bei einigen Betablockern wirkt das eine Enantiomer selektiv auf das Herz, das andere an den Zellmembranen des Auges.Nomenklatur
Zu Unterscheidung der Enantiomere bedient man sich der CIP-Konvention (Cahn-Ingold-Prelog-Konvention) oder der R-S-Nomenklatur, mit der die räumliche Anordnung der Substituenten beschrieben wird. Bei bestimmten Substanzklassen (Zucker, Aminosäuren) wird nach wie vor die ältere Fischer-Projektion (D-L-Nomenklatur) benutzt, die den Vorteil hat, dass die Bezeichnungen von verwandten Verbindungen gleich sind.Chemie
Bei chemischen Synthesen chiraler Stoffe entstehen meist beide Enantiomere im gleichen Verhältnis. Sie müssen aufwendig getrennt werden, um die Enantiomere als Reinstoff zu erhalten. Einen Ausweg bieten hier zahlreiche neuere Syntheseverfahren die zum Teil sehr große Enantioselektivitäten aufweisen.Enzymreaktionen
Enzymreaktionen sind oft spezifisch für bestimmte Enantiomere, da das aktive Zentrum eines Enzyms vielfach das eine Enantiomer leichter aufnehmen kann als das andere (Schlüssel-Schloss-Prinzip, Substratspezifität). Daher sind viele natürlich erzeugte Stoffe keine Racemate; die Biosynthese führt überwiegend oder nur zu einem Enantiomer. Daher sind beispielsweise fast alle Aminosäuren in Lebewesen linksdrehend.Asymmetrische Synthese und Enantiomerenüberschuß
Die Synthese enantiomerenreiner Moleküle gehört zu den schwierigsten Feldern der präparativen Organischen Chemie. Um ein chirales Molekül aus nicht-chiralen Edukten zugänglich zu machen, wurden verschiedene Methoden entwickelt:- Verwendung chiraler Hilfsreagentien und Katalysatoren (z. B. chirale Phosphane)
- Umsetzung mit Enzymen
- Diastereoselektive Kristallisation (z. B. racemische Säuren mit (−)-Strychnin)
Die hierbei erreichte Enantiomerenreinheit ist oft unterschiedlich hoch. Als Maß für den Erfolg der asymmetrischen Synthese/Kristallisation wird der Enantiomerenüberschuß angegeben:
ee (%) = (R-S)/(R+S) * 100
Literatur
- Adam Sobanski, Roland Schmieder, Fritz Vögtle: Topologische Stereochemie und Chiralität. Chemie in unserer Zeit 34(3), S. 160 - 169 (2000), ISSN.0009-2851
- Klaus Roth: Eine unendliche chemische Geschichte, Chemie in unserer Zeit 2005, 3, 212-218
- W. H. de Camp, Chirality 1989, 322, 499
Weblinks
Diskussion der Autoren über den Artikel: Enantiomer
linksdrehende Aminosäuren
Sind Aminosäuren wirklich linksdrehend oder geht es hier nur darum, dass die Konfiguration gleich ist? --Joh3.16 15:54, 2. Apr 2004 (CEST)
ehemaliger Doppeleintrag
Dieser Artikel wurde bereits auf Wikipedia:Artikel zum gleichen Thema diskutiert:- Enantiomer und Chiralität Der Artikel "Chiralität enthält den Artikel "Enantiomer vollständig, so wie ich das sehe. --Villa-Lobos 22:45, 12. Mai 2005 (CEST)
- Nein, der Begriff der Chiralität wird nicht nur im Bereich der Chemie verwendet. Phrood 13:03, 20. Jun 2005 (CEST)
- Nein, ist definitiv nicht das gleiche, wie aus den ersten beide Sätzen bei Enantiomer hervorgeht.ONAR 3. Jul 2005 15:15 (CEST)
zum Begriff "Racemat"
Zitat aus dem Artikel: "Ein 1:1-Gemisch der Enantiomere nennt man Racemat."
Es mag ja Haarspalterei sein, aber diese Aussage ist nicht ganz richtig. Ein Gemisch zweier Enantiomeren - ganz gleich in welchem Verhältnis - nennt man "racemisches Gemisch". Racemat ist der spezielle Begriff für einen Kristall, in dessen Elementarzelle zwei Enantiomere im 1:1-Verhältnis vorliegen. Meine Quelle: die Stereochemie-Vorlesung von Professor L. F. Tietze in Göttingen. Wenn niemand Einspruch erhebt, ändere ich die Formulierung beizeiten. Hey 14:39, 7. Mai 2006 (CEST)
Solche Beiträge sind immer willkommen.. ;) --DrAlchemie 14:17, 20. Mai 2006 (CEST)
URV/"das Beispiel der Hände"??
Im Text steht der seltsame Satz: "Um auf das Beispiel der Hände zurückzukommen:" -- zurückkommen? Es wurden keine Hände zuvor erwähnt. Klingt fast, wie irgendwo abgeschrieben/kopiert und hier eingefügt. Liegt vielleicht eine Urheberrechtsverletzung (URV) vor? --Rollo rueckwaerts 22:56, 19. Mai 2006 (CEST)Die Formulierung rührt vermutlich eher daher, dass die Einleitung mehrfach umgearbeitet wurde. Kann also gerne umformuliert werden. --DrAlchemie 14:19, 20. Mai 2006 (CEST)
