Stereochemie

Stereochemie, Teilgebiet der Chemie, in dem der räumliche (dreidimensionale) Aufbau der (meist organischen) Moleküle betrachtet wird. Wichtige Größen sind dabei neben den Atomabständen vor allem die Symmetrieeigenschaften und die Bindungswinkel (siehe chemische Bindung).

Bei isomeren chemischen Verbindungen ergeben dieselben Atome oder Atomgruppen in einem Molekül verschiedene Strukturen. Die Stereochemie befasst sich vor allem mit räumlichen Isomeren oder Stereo-Isomeren. Bei diesen sind die gleichen Atome oder Atomgruppen in unterschiedlicher Anordnung an ein zentrales Atom gebunden (z. B. an ein Kohlenstoffatom).

Eine Art der Stereoisomerie ist die cis-trans-Isomerie (siehe Abschnitt Stereoisomerie im Artikel organische Chemie). Dabei befinden sich bestimmte Liganden auf derselben bzw. auf unterschiedlichen Seiten der nicht drehbaren Doppelbindung. Als Beispiel lässt sich 2-Buten anführen:

Für die andere Form der Stereoisomerie ist bei Kohlenstoffverbindungen die tetraedrische Anordnung der vier Bindungspartner am C-Atom entscheidend. Befinden sich an diesem vier verschiedene Atome oder Atomgruppen, so sind zwei Stereo-Isomere möglich, die Bild und Spiegelbild darstellen; man nennt sie dann Enantiomere, und das C-Atom wird als asymmetrisches C-Atom bezeichnet. Man sagt auch, die beiden Moleküle seien chiral („händig”), denn sie verhalten sich zueinander ebenso wie rechte und linke Hand.

Enthält ein Molekül mehr als ein asymmetrisches C-Atom, dann gibt es – zumindest theoretisch – mehrere Stereoisomere, die aber meist nicht mehr spiegelbildlich sind; dann spricht man von Diastereomeren (siehe Diastereomerie).

Man kann Enantiomere, beispielsweise die beiden Formen der Milchsäure, durch ihre optische Aktivität unterscheiden, weil sie die Ebene des polarisierten Lichts (siehe Optik) in unterschiedliche Richtungen drehen (siehe auch hierzu den Abschnitt Stereoisomerie im Artikel organische Chemie). Ein Gemisch aus gleichen Mengen beider Formen der Enantiomere nennt man Racemat. Seine Lösung dreht die Polarisationsebene nicht, weil sich die beiden gleich starken Drehungen gegenseitig aufheben.

Bei vielen Naturstoffen mit einem oder mehreren asymmetrischen C-Atomen kommt stets nur eine der beiden Formen vor, und die andere ist biochemisch unwirksam. Das beruht darauf, dass bei biochemischen Reaktionen die Moleküle beider Reaktionspartner exakt aneinanderpassen müssen und das Spiegelbild diese Forderung oft nicht erfüllt. Das ist angesichts des hochkomplizierten Aufbaus von Enzymen, Proteinen, Hormonen, Vitaminen usw. nicht erstaunlich. Stereoisomere findet man u. a. bei Kohlenhydraten, Aminosäuren, Steroiden und Alkaloiden.

Stereochemische Aspekte spielen eine große Rolle beim Aufklären von Reaktionsmechanismen (siehe chemische Reaktionen).