Axiale Chiralitaet
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Definition und Grundlagen
Axiale Chiralität ist ein Konzept in der organischen Chemie und bezieht sich auf die dreidimensionale Anordnung von Atomen in einem Molekül, die um eine zentrale Achse herum organisiert sind. Im Gegensatz zur klassischen punktchiralen Chiralität, die von einem einzelnen Chiralitätszentrum - üblicherweise einem Kohlenstoffatom mit vier unterschiedlichen Substituenten - ausgeht, entsteht bei der axialen Chiralität die Nichtüberlagerbarkeit mit dem Spiegelbild durch eine spezifische Ausrichtung um eine physikalische Achse herum.
Kumulene und ihre Besonderheit
Kumulene sind chemische Verbindungen, die eine lineare Folge von Doppelbindungen enthalten. Nun, wenn wir von axialer Chiralität sprechen, sind insbesondere die Kumulene mit einer geraden Anzahl von Doppelbindungen und unterschiedlichen terminalen Substituenten von Interesse. Diese Konstellation führt dazu, dass die endständigen Gruppen räumlich so angeordnet sind, dass das Molekül und sein Spiegelbild nicht zur Deckung gebracht werden können, auch wenn das Molekül frei im Raum rotieren kann.
Bei Kumulenen mit einer geraden Anzahl von Doppelbindungen und unterschiedlichen Endgruppen ist axiale Chiralität möglich und wichtig für die exakte Beschreibung der Molekülstruktur.
Atropisomerie und die Rolle der sterischen Hinderung
Ein sehr geläufiges Beispiel für axiale Chiralität ist die Atropisomerie. Du musst unbedingt wissen, dass hier die Einschränkung der freien Drehbarkeit um eine Bindungsachse – oft eine C-C-Bindung – im Vordergrund steht. Diese Einschränkung wird durch die sterische Hinderung großer Substituenten verursacht. Sie verhindert, dass die zwei Hälften des Moleküls frei umeinander rotieren können, was zur Trennung von Atropisomeren führt. Diese Isomere sind Spiegelbilder, aber aufgrund der behinderten Rotation nicht miteinander deckungsgleich.
Atropisomerie und wie sterische Hinderungen zur Ausbildung von axialer Chiralität und der Isolation von Atropisomeren beitragen können.
Nomenklatur von Atropisomeren
Um Atropisomere eindeutig zu beschreiben, existieren spezielle Nomenklatur-Regeln. Diese basieren auf den sterischen Beziehungen der um die Achse angeordneten Atome oder Gruppen. Du musst verstehen, wie die Moleküle nach dieser Nomenklatur klassifiziert werden, um sie richtig zu identifizieren und zu benennen.
Helikale Chiralität – die spiralige Komponente
Ein weiterer Aspekt ist die helikale Chiralität, die entsteht, wenn Atome in einer helix- oder spiralförmigen Anordnung vorliegen. Es ist essenziell, die Unterschiede zwischen axialer und helikaler Chiralität zu erkennen und benennen zu können, da diese Eigenschaften die chemischen und physikalischen Eigenschaften der Verbindungen beeinflussen können.
Experimentelle Bestimmung der axialen Chiralität
Kenntnisse in den Methoden zur experimentellen Bestimmung der Chiralität sind unerlässlich. Hier solltest du vertraut sein mit spektroskopischen Techniken wie der Kernspinresonanz (NMR), insbesondere der Circular Dichroism (CD), die zur Aufklärung chiraler Strukturen genutzt werden können.
Zusammenfassung
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Footnotes
Credits Beispiel für axiale Chiralität Grafik: Benjah-bmm27, S-BINOL-2D-skeletal, als gemeinfrei gekennzeichnet, Details auf Wikimedia Commons↩︎
Credits Helikale Chiralität Grafik: Sponk, M-heptahelicene, als gemeinfrei gekennzeichnet, Details auf Wikimedia Commons↩︎
