Chiralität und optische Aktivität

Ein chirales Molekül ist nicht mit seinem Spiegelbild zur Deckung zu bringen; solche Moleküle drehen polarisiertes Licht und sind von zentraler Bedeutung für die molekulare Grundlage des Lebens.

Definition

Chiralität ist die geometrische Eigenschaft eines Moleküls, die es nicht mit seinem Spiegelbild zur Deckung bringen lässt; optische Aktivität ist die daraus resultierende Fähigkeit, die Ebene des polarisierten Lichts zu drehen.

Scope

Dieses Thema behandelt die Bedingungen für Chiralität, Enantiomere und das stereogene Zentrum, optische Aktivität und spezifische Drehung, racemische Gemische und deren Trennung sowie Formen der Chiralität jenseits des einzelnen Stereozentrums, wie axiale und planare Chiralität.

Core questions

• Welche strukturellen Merkmale machen ein Molekül chiral?
• Wie wird die optische Aktivität als spezifische Drehung gemessen und quantifiziert?
• Wie kann ein racemisches Gemisch in einzelne Enantiomere getrennt werden?

Key theories

Enantiomerie durch molekulare Händigkeit

Moleküle, denen eine interne Spiegelebene oder ein Symmetriezentrum fehlt, existieren als zwei Enantiomere, die Spiegelbilder voneinander sind; ihre physikalischen Eigenschaften sind identisch, außer dem Vorzeichen der optischen Drehung und dem Verhalten gegenüber anderen chiralen Entitäten.

Optische Racematspaltung

Racemate können durch Umwandlung in Diastereomere mit einem chiralen Trennmittel, durch chirale Chromatographie oder durch selektive Kristallisation in Enantiomere getrennt werden.

Clinical relevance

Die meisten Biomoleküle – Aminosäuren, Zucker, Nukleinsäuren – sind einhändig, sodass die beiden Enantiomere eines chiralen Arzneimittels sehr unterschiedliche pharmakologische Wirkungen haben können. Die Thalidomid-Tragödie unterstrich, warum die Reinheit einzelner Enantiomere eine regulatorische und sicherheitsrelevante Priorität ist.

History

Pasteurs manuelle Trennung hemihedrischer Tartratkristalle im Jahr 1848 war die erste Demonstration molekularer Chiralität. Kelvin prägte später den Begriff „Chiralität“, und das Konzept wurde grundlegend für das Verständnis der Asymmetrie biologischer Moleküle.

Key figures

• Louis Pasteur
• Jacobus Henricus van't Hoff
• William Thomson (Lord Kelvin)

Seminal works

• pasteur1848
• elielwilen1994

Frequently asked questions

Benötigt ein Molekül ein Stereozentrum, um chiral zu sein?

Nicht unbedingt; während viele chirale Moleküle ein stereogenes Kohlenstoffatom enthalten, kann Chiralität auch durch eingeschränkte Rotation (Atropisomerie), helikale Formen oder andere Formen axialer und planarer Dissymmetrie entstehen.

Warum drehen Enantiomere Licht in entgegengesetzte Richtungen?

Jedes Enantiomer interagiert geringfügig unterschiedlich mit den links- und rechtszirkular polarisierten Lichtkomponenten, und da die beiden Moleküle Spiegelbilder sind, sind ihre Nettodrehungen betragsmäßig gleich, aber im Vorzeichen entgegengesetzt.