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Lexikon der Chemie: tope Gruppen

tope Gruppen, Gruppen (Atome, Atomgruppen, Molekülteile) in chemischen Verbindungen können sich in der Konstitution und in der chemischen Umgebung (Topographie) unterscheiden. In der Übersicht sind die möglichen Beziehungen identischer Gruppen aufgeführt. Gruppen, die sowohl konstitutionell als auch topographisch gleich sind,



bezeichnet man als homotope (äquivalente) Gruppen, alle anderen als heterotope Gruppen. Zur Unterscheidung homotoper, konstitutoper, enantiotoper und diastereotoper Gruppen wendet man den Symmetrietest oder den Substitutionstest an. Beim Symmetrietest ermittelt man die Symmetrieoperation, durch die die beiden betrachteten Gruppen ineinander überführt werden können. Beim Substitutionstest ersetzt man einmal die eine und dann die andere der betrachteten Gruppen durch eine noch nicht vorhandene Gruppe und vergleicht die beiden entstandenen Verbindungen.

Homotope Gruppen können durch eine Drehung um eine Achse (Cn) ineinander überführt werden, beim Substitutionstest entstehen identische Moleküle. Die Moleküle a und b in Abb. 1 haben je eine C2-Achse, beim Substitutionstest mit Brom entstehen aus a die beiden identischen Moleküle c und d. Bilden sich beim Substitutionstest Konstitutionsisomere, so sind die Gruppen konstitutop, entstehen



tope Gruppen. Abb. 1: Homotope H- und Cl-Atome.

Stereoisomere, so sind sie stereoheterotop. Enantiotope Gruppen liegen vor, wenn sie durch Drehspiegelung ineinander überführbar sind und beim Substitutionstest Enantiomere entstehen. Moleküle mit enantiotopen Gruppen sind prochiral (Abb. 2). Sind



tope Gruppen. Abb. 2: Enantiotope H-Atome.

zwei außerhalb des Moleküls identische Gruppen im Molekül durch keine Symmetrieoperation ineinander zu überführen und ergibt der Substitutionstest Diastereomere, dann bezeichnet man diese Gruppen als diastereotop (Abb. 3). In gleicher Weise wie bei den Gruppen ermittelt man auch die topographische Beziehung von den Seiten oberhalb und unterhalb der trigonalen Ebene von ungesättigten Verbindungen. Es gibt homotope (z. B. im Form-
aldehyd), enantiotope (z. B. im Acetaldehyd) und diastereotope Seiten (z. B. im 3-Phenylbutan-2-on).



tope Gruppen. Abb. 3: Diastereotope H-Atome.

Zur Kennzeichnung enantiotoper Gruppen und Seiten verwendet man die Cahn-Ingold-Prelog-Konvention (CIP-Priorität; Stereoisomerie 1.1.). Eine enantiotope Gruppe oder Seite wird mit Re bezeichnet, wenn von ihr aus betrachtet die nach der Sequenzregel angeordneten restlichen drei Gruppen in der Reihenfolge a → b → c eine Drehung im Uhrzeigersinn ergeben, bei der Drehung gegen den Uhrzeigersinn nennt man sie Si (Abb. 4).



tope Gruppen. Abb. 4: Kennzeichnung enantiotoper Seiten.

Diese Klassifizierung der Topographie der Gruppen dient besonders zur Voraussage ihrer chemischen und physikalischen Eigenschaften. Homotope Gruppen und Seiten können nicht unterschieden werden. Diastereotope Gruppen sind chemisch und physikalisch (z. B. in den NMR-Spektren) unterscheidbar. Enantiotope Gruppen sind nur bei der Reaktion mit chiralen Reagenzien (z. B. Enzymen) oder bei Messungen im chiralen Milieu unterscheidbar.

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