Spirocyclische Verbindungen

IMPP-Score: 0.6

Spirocyclische Verbindungen mit einem Spiroatom

Spirocyclische Verbindungen sind besondere Arten von molekularen Ringstrukturen in der organischen Chemie. Sie zeichnen sich insbesondere durch ein sogenanntes Spiroatom aus, welches zwei Ringsysteme miteinander verbindet. Was das genau bedeutet, schauen wir uns jetzt an.

Definition und Grundlagen

Ein Spiroatom ist ein Atom – typischerweise ein Kohlenstoffatom – das zwei getrennte Ringsysteme miteinander verknüpft. Dabei wird das Spiroatom selbst nicht in die Zählung der Ringmitglieder einbezogen, doch bildet es eine Brücke zwischen zwei cyclischen Systemen, sodass ein größerer, excentrischer Ring entsteht. Da ein Spiroatom immer ein singuläres Atom sein muss, welches die beiden Ringe zusammenhält, lassen sich spirocyclische Verbindungen deutlich von anderen polycyclischen Systemen unterscheiden.

Unterscheidung zu anderen Ringstrukturen

Das IMPP fragt besonders gerne nach der Abgrenzung spirocyclischer Verbindungen von anderen Ringstrukturen. Zum Beispiel ist Piperazin ein bicyclischer Heterocyclus und kein Spiroverbund, weil seine Ringe durch zwei gegenüberliegende Stickstoffatome verknüpft sind. Ebenso ist 1,4-Diazabicyclo[2.2.2]octan ein bicyclisches System, das durch die Bicyclo-Nomenklatur beschrieben wird, und nicht spirocyclisch, weil es ebenfalls keine singuläre Verknüpfung zweier Ringe durch ein einzelnes Atom aufweist.

Spiro[4.5]decan1

Ein Beispiel für eine Spiroverbindung ist Spiro[4.5]decan, welches in der oben stehenden Grafik dargestellt ist.

Wichtige Merkmale für Spiroverbindungen
  • Ein einzelnes Atom verbindet zwei Ringsysteme.
  • Das verbindende Atom zählt nicht zu den Ringatomen.
  • Spiroverbindungen unterscheiden sich von überbrückten und bicyclischen Systemen.

Stereochemie und spirocyclische Strukturen

Das Vorhandensein eines Spiroatoms kann einen signifikanten Einfluss auf die Stereochemie einer Verbindung haben. Ein Spiroatom kann beispielsweise dazu führen, dass Gruppierungen in unterschiedlicher räumlicher Anordnung vorliegen, sodass diastereotopische Gruppen entstehen können, die sich in ihrer chemischen Reaktivität und ihren physikalischen Eigenschaften unterscheiden.

Beispiele und Nicht-Beispiele

Ein Klassiker des IMPP sind Fragen zu Strukturen, die auf den ersten Blick spirocyclisch erscheinen könnten, es aber nicht sind. Oxiran (Epoxypropan) ist ein einfaches Ringsystem ohne Spiroatom. Cumarin besteht aus einem Benzopyronring und ist daher kein Beispiel für eine spirocyclische Verbindung. Auch im Arzneimittel Amoxicillin finden wir keine spirocyclische Struktur – es enthält zwar Ringe, aber keine Spiroverbindung.

Erkennung und Charakterisierung in Strukturformeln

Erkennung von Spiroverbindungen

Beim Betrachten von Strukturformeln ist es besonders wichtig, dass ihr nach einem einzelnen Atom Ausschau haltet, das zwei getrennte Ringsysteme verbindet.

Achte darauf, dass das Spiroatom exakt ein Atom ist, an welches direkt zwei Ringsysteme gebunden sind – nicht mehr und nicht weniger. Andere Strukturen, die Brücken- oder Kopfatome enthalten, die Teil mehrerer Ringe sind, sind keine Spiroverbindungen.

Zusammenfassung

  • Spirocyclische Verbindungen sind chemische Strukturen, bei denen ein Spiroatom als gemeinsames Atom zwei Ringsysteme miteinander verbindet.
  • Ein beispielhafter Nicht-Spirocyclus ist Piperazin, ein gesättigter sechsgliedriger Heterocyclus mit zwei Stickstoffatomen, der als bicyclisch, aber nicht spirocyclisch klassifiziert wird.
  • 1,4-Diazabicyclo[2.2.2]octan veranschaulicht die Anwendung von Bicyclo-Präfixen und zeigt eine Struktur, bei der die Positionierung der Stickstoffatome in einer nicht-spirocyclischen bicyclischen Struktur zu beachten ist.
  • Überbrückte Systeme unterscheiden sich von spirocyclischen Strukturen darin, dass sie Brückenkopfatome haben, die zwei oder mehr Ringe überbrücken, ohne als Spiroatome zu fungieren.
  • Die korrekte Identifikation von spirocyclischen Verbindungen erfordert das Verständnis der besonderen Struktur dieser Verbindungen sowie deren Abgrenzung zu anderen polycyclischen Systemen wie Oxiran oder Cumarin.
  • Diastereotopie in Molekülen kann durch die Stellung der Gruppen in Bezug auf asymmetrische Atome beeinflusst werden und ist relevant für die NMR-Spektroskopie.
  • Bei der Beurteilung chemischer Strukturen ist es notwendig zu prüfen, ob ein Spiroatom vorhanden ist, um festzustellen, ob eine Verbindung als spirocyclisch klassifiziert werden kann.

Feedback

Melde uns Fehler und Verbesserungsvorschläge zur aktuellen Seite über dieses Formular. Vielen Dank ❤️

Footnotes

  1. Credits Spiro[4.5]decan Grafik: Jü, Spiro-4.5-decane V.1, CC0 1.0↩︎