Chemie für Mediziner © Prof. J. Gasteiger et al.

L(+)-Milchsäure

mit Vitamin C

Süßstoff Aspartam(QWKlOW�HLQH�3KHQ\ODODQLQTXHOOH

ZuckeraustauschstoffSorbit

Stereochemie

Chemie für Mediziner © Prof. J. Gasteiger et al.

Isomere

cis-trans-Isomere

Konstitutionsisomere Stereoisomere

Konfigurationsisomere

Enantiomere

KonformereStellungs-Isomere

Struktur-Isomere

Diastereomere

Isomerie organischer Verbindungen

Chemie für Mediziner © Prof. J. Gasteiger et al.

C2H4ClF

ClCC

FH

H

H H

ClCC

HH

F

H H

H3C–CHFCl F–CH2–CH2–Cl

Konstitution, Strukturisomerie

Chemie für Mediziner © Prof. J. Gasteiger et al.

H3C–CHFCl

ClFC

CH3

H FClC

CH3

H

ClFC

CH3

H

CH3

ClF C

H

Bild Spiegelbild

Konfiguration, Stereoisomerie

Chemie für Mediziner © Prof. J. Gasteiger et al.

F–CH2–CH2–Cl

C C

HH

F

H

HCl

F

Cl

H H

H H

C C

HH

F

Cl

HH

F

H

Cl H

H H

Konformation, Rotation um Einfachbindungen

Chemie für Mediziner © Prof. J. Gasteiger et al.

schematische Darstellung eines Enantiomerenpaares

Enantiomerie

Chemie für Mediziner © Prof. J. Gasteiger et al.

Enantiomere verhalten sich geometrisch wie Bild und Spiegelbildman bezeichnet sie als chiral (griech. Händigkeit).

Enantiomere

Chemie für Mediziner © Prof. J. Gasteiger et al.

gleiche skalare Eigenschaften verschiedene vektorielle Eigenschaften

• Schmelzpunkt

• Siedepunkt

• Löslichkeit

• Dichte

• Reaktivität (mit achiralen Stoffen)

• optische Aktivität

• Reaktionen mit anderen chiralen Substanzen

• Enzym-Reaktionen

Lysozym

Eigenschaften von Enantiomeren

Chemie für Mediziner © Prof. J. Gasteiger et al.

Die Schwingungsebene linear polarisierten Lichtes wird beim Durchdringen einer Lösung chiraler Substanzen gedreht.

Beide Enantiomere drehen, bei gleicher Konzentration, die Polarisationsebeneum den gleichen Betrag, aber in entgegengesetzter Richtung.

Polarisationsfilter

α

spezifische Drehung: [α]D20liefert linear polarisiertes Lichtnormales Licht

Optische Aktivität

Chemie für Mediziner © Prof. J. Gasteiger et al.

Glycerinaldehyd

C

C

HOH

OH

H2C

OH

Milchsäure

C

C

OHHH3C

OHO

C

R1

R4R3

R2

Beispiele:

4 verschiedene Substituenten am C-Atom

Chiralität

Chemie für Mediziner © Prof. J. Gasteiger et al.

N

S

COOH

CH3CH3

HN

O

H

C

O

CH2

H

O

OH OHO

OH OH

N

N N

N

NH2

CH2OPO

O

O

PO

O

O

H2CN

C

O

NH2

O

HO

HOH

N CH3

Penicillin G(+)-Campher

(−)-MorphinNAD+

****** **

***

*

*** * *

*

Chiralitätszentren

sp3-C-Atome; 4 verschiedene Substituenten

Chemie für Mediziner © Prof. J. Gasteiger et al.

w längste Kohlenstoffkette senkrecht stellen

w höchstoxidiertes C-Atom nach oben

w Kette so drehen, daß die seitlichen Substituenten nach vorne weisen

D Substituent steht rechts (lat.: dexter = rechts)

L Substituent steht links (lat.: laevus = links)

D-Glycerinaldehyd:

C

C

CH2OH

OHH

OH

perspektivischeDarstellung Fischer-Projektion

C

C

CH2OH

OHH

OH

C

C

HOH

HO

H2C

OH

Fischer-Projektion 1: D,L-Nomenklatur

Chemie für Mediziner © Prof. J. Gasteiger et al.

Merke: Der D,L-Deskriptor wird für ein ganzes Molekül angegeben!

w Aminosäuren: Stellung der Amino-Gruppe

w Zucker: Stellung der OH-Gruppe an dem vom höchstoxidiertenC-Atom am weitesten entfernten chiralen C-Atom

C

C

CH2OH

OHH

OH C

C

C

OHH

OH

C

H

C

HO

CH2OH

OH

OH

H

H

C

C

CH3

HH2N

OHO

C

C

C

HH2N

OHO

CH3

OHH

D-Glycerinaldehyd D-Glucose L-Alanin L-Threonin

Fischer-Projektion 2

Die Fischer-Projektion wird heute vor allem bei Aminosäuren und Zuckern verwendet.

Chemie für Mediziner © Prof. J. Gasteiger et al.

universell verwendbar!

w Priorität der Liganden nach der Ordnungszahl,vom Chiralitätszentrum in Sphären nach außen

w Ligand mit niedrigster Priorität nach hinten stellen

w Kreisbewegung Liganden 1 → 2 → 3

R Bewegung im UhrzeigersinnS Bewegung gegen den Uhrzeigersinn

C

COH

CH2OHHO

H8

6

6

1

8 / 81

11

2

3

4

1

2

3

4

R-Glycerinaldehyd

C

C

HOH

HHO

HC

OH

1

8

EODXH�=DKOHQ�JHEHQ�GLH�2UGQXQJV]DKO�DQ

C

O

HO

H

OCCH

O

H

1

2

3

4

%LQGXQJVVFKHPD

R,S-Nomenklatur

Merke: Der R,S-Deskriptor muß für jedes Chiralitätszentrum angegeben werden!

Chemie für Mediziner © Prof. J. Gasteiger et al.

Prochirale Verbindungen gehen durch Austausch eines Wasserstoffatoms gegen einen anderen Substituenten oder durch

Addition an eine Doppelbindung in chirale Moleküle über.

C

C

H HO

CH3

OHO

C

C

H H

CH3

OHO

C

C

O

CH3

OHO

Propionsäureprochiral

Brenztraubensäureprochiral

Milchsäurechiral

SubstitutionH → OH

Addition

von H 2

Prochiralität

(links oder rechts) (von oben oder unten)

Chemie für Mediziner © Prof. J. Gasteiger et al.

Milchsäure ([NXUV

(Q]\P+NADH+H+

(Q]\P+NADH+H+

Muskel

Milchsäure-BakterienC

C

HHO

CH3

OO

C

C

H HO

CH3

OO

D(-)-Lactat L(+)-Lactat

Pyruvat Lactat

NADH+H+ NAD+

COCOO

CH3

- NAD+

Chemie für Mediziner © Prof. J. Gasteiger et al.

Es gibt bei n chiralen C-Atomen 2n Stereoisomere:Enantiomere verhalten sich wie Bild und Spiegelbild,

alle anderen Stereoisomere nennt man Diastereomere.

C

C

C

HH2N

OHO

CH3

HHO

L-Allothreonin

C

C

C

NH2H

OHO

CH3

OHH

D-Allothreonin

C

C

C

HH2N

OHO

CH3

OHH

L-Threonin

C

C

C

NH2H

OHO

CH3

HHO

D-Threonin

Enantiomere Enantiomere

Diastereomere

Enantiomere - Diastereomere

Chemie für Mediziner © Prof. J. Gasteiger et al.

C

C

C

HH2N

OHO

CH3

OHH

L-Threonin

Threonin

*

*

C

C

HH N

OHO

CH3HOC

C

H3C-C

H

NH2

OHO

HO

H

1

2

3

1

2

3

C

C

C

HH2N

OHO

CH3

OHH

C

C

C

HH2N

OHO

CH3

OHH

1

2

3

4

1

2

3

4 C H

R

S

2S,3R-Threonin

Chemie für Mediziner © Prof. J. Gasteiger et al.

D-Galactose

'LDVWHUHRPHUH�XQWHUVFKHLGHQ�VLFK�LQ�LKUHQ�SK\VLNDOLVFKHQ�XQG�FKHPLVFKHQ�(LJHQVFKDIWHQ�

L-AllothreoninD-AllothreoninL-ThreoninD-Threonin

C

C

C

HH2N

OHO

CH3

HHO

C

C

C

NH2H

OHO

CH3

OHH

C

C

C

HH2N

OHO

CH3

OHH

C

C

C

NH2H

OHO

CH3

HHO

C

C

C

OHH

OH

C

H

C

HO

CH2OH

OH

OH

H

H

C

C

C

HHO

OH

C

OH

C

H

CH2OH

H

H

HO

HO

C

C

C

HHO

OH

C

H

C

HO

CH2OH

OH

OH

H

H

C

C

C

OHH

OH

C

H

C

HO

CH2OH

H

OH

HO

H

D-Glucose L-Glucose D-Mannose

Schmelzpunkt:

[α]D20:

Schmelzpunkt:

[α]D20:

Zers.: 250°C

+33,9°

Zers.: 250°C

−33,9°

276°C

−9,0°

276°C

+9,0°

150°C

+53,3°

150°C

−53,3°

132°C

+13,8°

Zers.: 167°C

+80,0°

Diastereomere

Chemie für Mediziner © Prof. J. Gasteiger et al.

Stereoisomerie der Glucose ([NXUV

C

C

C

OHH

OH

C

H

C

HO

CH2OH

OH

OH

H

H

D-Glucose

24 = 16 Stereoisomere

1. D-Glucose

2. 1 Enantiomer:L-Glucose

3.-16. 14 Diastereomere(7 Enantiomerenpaare):

D-, L-AlloseD-, L-AltroseD-, L-Mannose

D-, L-GuloseD-, L-IdoseD-, L-Galactose

D-, L-Thalose

C

C

C

HHO

OH

C

OH

C

H

CH2OH

H

H

HO

HO

L-Glucose

Enantiomer

C

C

C

OHH

OH

C

OH

C

H

CH2OH

H

H

HO

HO

L-Mannose

C

C

C

OHH

OH

C

H

C

HO

CH2OH

H

OH

HO

H

D-Galactose

Diastereomer

Diastereomer

D-Fructose

C

CH2OH

C

O

C

H

C

HO

CH2OH

OH

OH

H

H

keinStereo-Isomer

Chemie für Mediziner © Prof. J. Gasteiger et al.

Racemat-Trennung ([NXUV

Umsetzung mit einem chiralen Reagens:

Racemat = 1:1-Gemisch beider Enantiomere

(R)-Säure

(S)-Säure

(R,S)-Salz

(S,S)-Salz+ (S)-Amin

(QDQWLRPHUH 'LDVWHUHRPHUH

(R,S)-Salz

(S,S)-Salz

(R)-Säure

(S)-Säure8PVHW]XQJ�PLW+LOIVUHDJHQV

JHWUHQQWH(QDQWLRPHUH

7UHQQXQJ )UHLVHW]XQJ

weitere Trennverfahren: • enzymatische Umsetzung eines Enantiomers

• chromatographische Trennung durch chirale Säulen

XQWHUVFKLHGOLFKH�SK\VLNDOLVFKH�XQG�FKHPLVFKH�(LJHQVFKDIWHQ

Chemie für Mediziner © Prof. J. Gasteiger et al.

Weinsäure besitzt zwei chirale C-Atome,

es gibt jedoch nur drei Stereoisomere:

C

COOH

C

OHH

HHO

COOH

C

COOH

C

HHO

OHH

COOH

C

COOH

C

OHH

OHH

COOH

C

COOH

C

HHO

HHO

COOH

R

R

S

S

R

S

S

R

(+)-Weinsäure (-)-Weinsäure meso-Weinsäure

Enantiomereintramolekulare

Spiegelebene

Weinsäure

Chemie für Mediziner © Prof. J. Gasteiger et al.

Penicillamin ([NXUV

D-Penicillamin kommt als Therapeutikum zum Einsatz:• bei der Wilsonschen Krankheit als Chelatbildner zur Kupferionen-Ausscheidung• bei Vergiftungen mit Schwermetallen, die hohe Schwefel-Affinität besitzen• bei Cystinurie zur Auflösung von Cystin-Steinen (Spaltung von Disulfid-Brücken).

L-Penicillamin ist aufgrund seiner Ähnlichkeit mit den proteinogenen Aminosäurensehr giftig.

C

C

C

HH2N

OHO

CH3

SHH3C

L-Penicillamin

C

C

C

NH2H

OHO

CH3

SHH3C

D-Penicillamin

Chemie für Mediziner © Prof. J. Gasteiger et al.

Geruch & Geschmack ([NXUV

Zahlreiche Aromastoffe sind chiral. Ihr Geruch bzw. Geschmack

hängt von der Konfiguration ab.

C

C

C

HH2N

OHO

HH

C

C

C

NH2H

OHO

HH

L-PhenylalaninGeschmack: bitter

D-PhenylalaninGeschmack: süß

CH3

CCH2H3C

CH3

CCH2H3C

R(+)-LimonenAromastoff inZitrusfrüchten

S(−)-LimonenGeruchsstoffvon Koniferen