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Meyers Konversationslexikon

Autorenkollektiv, Verlag des Bibliographischen Instituts, Leipzig und Wien, Vierte Auflage, 1885-1892

Schlagworte auf dieser Seite: Stereochemie

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Stereochemie.

gangen aus dem Bedürfnis, gewisse Isomerie-Erscheinungen (s. Isomerie, Bd. 9) auf dem Gebiete der organischen Verbindungen befriedigend zu erklären. Während unter den anorganischen Verbindungen Isomerien sehr vereinzelt vorkommen, ist die Zahl der Kohlenstoffverbindungen, welche Isomere besitzen, bedeutend größer als derjenigen, welchen die Isomeren fehlen. Weitaus die Mehrzahl dieser Fälle von Isomerie ist auf die Verschiedenheit der Struktur zurückzuführen, d. h. es ist nachgewiesen, daß bei gleicher Art und Zahl der das Molekül zusammensetzenden Atome die Reihenfolge verschieden ist, in welcher sie miteinander verkettet sind. Mit dem Nachweis derartiger Abweichungen in der Struktur ist die Ursache der Verschiedenheit der Eigenschaften bei gleicher Zusammensetzungsformel in ganz bestimmter Weise ausgedrückt. Die Theorie von der chemischen Struktur verlangt demgemäß bei gleicher Art und Zahl der Atome, aber verschiedener Reihenfolge der Verkettung Isomerie; sie läßt jedoch keine Isomeren voraussehen, wenn die Reihenfolge der Verkettung gleichbleibt, und setzt demnach bei Strukturidentität auch wirkliche Identität, d. h. die Existenz nur eines einzigen Körpers, voraus. Es gibt indessen nicht wenige Fälle, in welchen auch die Reihenfolge in der gegenseitigen Bindung der Elementaratome ganz dieselbe ist und dennoch statt der erwarteten Identität Isomerie auftritt. Die Verschiedenheiten derartiger Isomeren sind in chemischer Hinsicht zum Teil sehr geringe und äußern sich dann vorzugsweise in dem Einfluß solcher Körper auf die Schwingungsebene des polarisierten Lichtes. Die gewöhnliche Milchsäure, welche bei der Gärung des Milchzuckers, Rohrzuckers etc. entsteht, besitzt ein solches Isomere in der sogen. Fleischmilchsäure. Diese von Liebig in der Flüssigkeit des Muskelfleisches entdeckte Säure verhält sich bei allen Umwandlungen ganz wie die Gärungsmilchsäure und besitzt wie diese die Struktur ^[img]

H

CH_{3}-C-COOH.

|

OH

Sie unterscheidet sich von derselben wesentlich durch ihr optisches Verhalten, indem sie die Polarisationsebene nach rechts dreht, während die Gärungsmilchsäure inaktiv ist; ferner zeigen auch ihre Salze einige Verschiedenheiten. Ein andres Beispiel derartiger Isomerie bieten die vier verschiedenen Weinsäuren, welche ebenfalls dieselbe Struktur besitzen. Es sind dies die gewöhnliche oder Rechtsweinsäure, die Linksweinsäure, die Traubensäure und die inaktive Mesoweinsäure. Die Traubensäure kommt zuweilen neben der gewöhnlichen Weinsäure im Traubensaft vor, sie ist optisch inaktiv, zerfällt aber bei der Kristallisation ihrer Salze in gleiche Teile von Rechts- und Linksweinsäure, aus denen sie umgekehrt durch Mischen wiederhergestellt werden kann. Die inaktive Mesoweinsäure entsteht, wenn man gewöhnliche Weinsäure mit Wasser auf höhere Temperatur erhitzt. Rechts- und Linksweinsäure unterscheiden sich durch ihr entgegengesetztes, übrigens gleich großes Drehungsvermögen. Mit Ausnahme der Traubensäure, welche als eine lockere Verbindung gleicher Moleküle von Rechts- und Linksweinsäure aufzufassen ist, besitzen alle die Struktur COOH.CHOH.CHOH.COOH und geben demgemäß bei allen chemischen Reaktionen dieselben Umwandlungsprodukte. Eine Erklärung dieser und einer Reihe ähnlicher Isomerien lieferten Le Bel und van 't Hoff. Sie erkannten zuerst, daß in allen optisch aktiven Kohlenstoffverbindungen ein sogen. asymmetrisches Kohlenstoffatom vorhanden ist, d. h. ein solches, welches mit vier untereinander verschiedenen Atomen oder Atomgruppen verbunden ist. Sie wiesen ferner darauf hin, welcher Art die Isomerien sind, die durch die Anwesenheit des asymmetrischen Kohlenstoffatoms zu stande kommen. Da die vier Valenzen des Kohlenstoffatoms unter sich gleichwertig sind, so ist es eine einfache und natürliche Annahme, daß sie symmetrisch am Kohlenstoffatom verteilt sind, sich symmetrisch in den Raum erstrecken, also nach den Ecken eines Tetraëders gerichtet sind, dessen Schwerpunkt mit dem des Kohlenstoffatoms zusammenfällt. Unter dieser Voraussetzung zeigt nun eine einfache geometrische Betrachtung (am deutlichsten an Modellen), daß immer nur eine Konfiguration möglich ist, wenn das Kohlenstoffatom mit vier gleichartigen oder mit vier Atomen, unter welchen sich ein oder zwei von den übrigen verschiedene Atome befinden, verbunden ist, daß aber, wenn alle vier Atome untereinander verschieden sind, zwei verschiedene Lagerungsfolgen denkbar sind. In diesem Falle können die den beiden Gruppierungsmöglichkeiten entsprechenden Tetraëder nicht zur Deckung gebracht werden, vielmehr ist das eine das Spiegelbild des andern. ^[img]

Hiernach ist es verständlich, weshalb eine strukturidentische Verbindung in verschiedenen Formen auftreten kann, sobald sie ein asymmetrisches Kohlenstoffatom enthält. Wie bereits erwähnt, fanden Le Bel und van 't Hoff, daß solche Verbindungen einerseits der räumlichen Isomerie, anderseits der optischen Aktivität fähig sind. Letztere, das Drehungsvermögen, ist nicht bei allen Verbindungen mit asymmetrischem Kohlenstoffatom vorhanden, diese können auch inaktiv auftreten und zwar dann, wenn sie eine Mischung von gleichen Mengen der rechts- und der linksdrehenden Form darstellen. So ist z. B. die Verbindung ^[img]

CH_{3}

|

HO-C-CH_{2}OH,

|

H

Propylenglykol, optisch inaktiv, läßt sich jedoch unter gewissen Bedingungen spalten in zwei Isomere, in ein rechts- und ein linksdrehendes. Im Molekül der Weinsauren haben wir zwei asymmetrische Kohlenstoffatome. Hier kann also die entgegengesetzte, sich also aufhebende optische Wirkung in einem und demselben Molekül zur Geltung kommen, wie es bei der inaktiven Mesoweinsäure der Fall ist. Da nun die gleichfalls inaktive Traubensäure, wie oben erwähnt, eine lockere Verbindung von Rechts- und Linksweinsäure ist, so können die Isomerieverhältnisse bei den Weinsauren folgendermaßen formuliert werden: ^[img]

Rechtsweinsäure Linksweinsäure inaktive Mesoweinsäure Traubensäure

Ersetzt man eins der an ein asymmetrisches Kohlenstoffatom gebundenen Atome oder Atomkomplexe durch ein zweites der drei übrigen, so geht mit der geometrischen Asymmetrie nicht nur die optische Aktivität verloren, sondern es verschwinden überhaupt alle Unterschiede, und es werden aus derartigen isomeren Verbindungen sofort identische Produkte erhalten.

^[Abb.: Diverse chemische Figuren.]