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Fischer-ProjektionDie Fischer-Projektion ist eine Methode, die Raumstruktur einer chiralen chemischen Verbindung eindeutig zweidimensional abzubilden. Sie wurde von Emil Fischer entwickelt und verwendet die Stereodeskriptoren D (lat. dexter, rechts) und L (lat. laevus, links). Weiteres empfehlenswertes Fachwissen
RegelnBei vielen chemischen Verbindungen ist die Stellung der Atome im Raum entscheidend für ihre Eigenschaften, was eine Unterscheidung verschiedener Stereoisomere notwendig macht. Vor allem bei Kohlenstoffverbindungen ist es oft schwierig, die räumliche Ausrichtung der bis zu vier Bindungspartner im Tetraederwinkel von 109,5° deutlich zu machen. Die Fischer-Projektion löst dieses Problem ohne perspektivische Mittel durch Einhaltung folgender Regeln beim Zeichnen des Moleküls:
Außerdem ist der Kohlenstoff das implizite Atom, d.h. das "C" wird insbesondere in den Chiralitätszentren nicht geschrieben.
Als Beispiel sind die Fischerprojektionen der beiden Enantiomeren des Glycerinaldehyds angegeben, sowie die entsprechenden Keilstrichformeln. Mit den Stereodeskriptoren D und L wird dann die Konfiguration des untersten Stereozentrums angegeben, je nachdem, ob derjenige horizontale Rest mit der höheren Priorität (hier: OH > H) nach rechts (D) oder nach links (L) zeigt. Beim Vorliegen mehrerer Stereozentren kann man nicht mehrere Ds und Ls anhäufen (s. unten) Es ist wichtig zu erwähnen, dass die tatsächliche räumliche Struktur chiraler Moleküle zur Zeit Fischers nicht bekannt war. Man verwendete den Glycerinaldehyd als Referenzsubstanz: Dem rechtsdrehenden Enantiomer wurde willkürlich die Projektion mit dem nach rechts zeigenden OH-Rest zugeteilt und diese daher als D-Konfiguration (lat. dexter: „rechts“) bezeichnet, ohne dass man wissen konnte, ob dies der Realität entsprach. Konnten andere Verbindungen (in Sonderheit Zucker) zum rechtsdrehenden Glycerinaldehyd abgebaut werden, hatten sie unter dieser Annahme also auch D-Konfiguration. 1951 konnte Johannes Martin Bijvoet die Wahrheit der Annahme belegen. Nicht immer gehört die D-Konfiguration aber zu einem rechtsdrehenden Stereoisomer. Bei der Weinsäure ist das D-Enantiomer links- und das L-Enantiomer rechtsdrehend. Beim Vorliegen von mehreren Stereozentren können die Konfigurationen dieser nicht, wie z.B. bei der Cahn-Ingold-Prelog-Konvention eine nach der anderen angegeben werden. Liegt mehr als ein Stereozentrum vor, gibt es mehr als zwei Stereoisomere, darunter Diastereomere und Enantiomere. Bei der Verwendung der Fischer-Nomenklatur ist es unumgänglich Diastereomeren unterschiedliche Namen zu geben:
Erythrose und Threose sind beispielsweise zwei verschiedene Zucker, die sich nur durch die Konfigurationen an den beiden chiralen Zentren unterscheiden. Genauer, sie sind Diastereomere. Von beiden gibt es je ein Enantiomerenpaar. Die relative Konfiguration des oberen Stereozentrums wird also durch den Namen festgelegt: Bei der Erythrose zeigen die OH-Gruppen in die gleiche, bei der Threose in verschiedene Richtungen. Da aber z.B. C6-Aldosen (darunter die Glucose) 4 Stereozentren haben, gibt es 23=8 Diastereomere, d.h. man muss sich acht verschiedene Namen und 8 verschiedene relative Konfigurationen für diese Gruppe von Zuckermolekülen merken. Als prominentestes Beispiel aus der Biochemie für D- und L-Verbindungen seien die natürlich vorkommende D-Glukose (Zucker) und die L-Aminosäuren erwähnt. AnwendungFür ein ChiralitätszentrumEs gibt auch eine Reihe von Regeln für die Interpretation einer Fischer-Projektion. Dadurch können Strukturen auf Isomerie untersucht werden, ohne sie sich dreidimensional vorstellen zu müssen, was oft sehr schwierig ist. Für eine Projektion mit einem zentralen Kohlenstoff und vier Substituenten gilt:
Es sei erstens noch angemerkt, dass Kohlenstoffe, die nicht vier verschiedene Substituenten besitzen, sondern mindestens zwei gleiche oder eine Doppelbindung, nicht chiral sind und deshalb für sie obige Regeln überflüssig sind. Zweitens sei darauf hingewiesen - so trivial es auch erscheint - dass der gesamte Substituent bei der Feststellung von Unterschiedlichkeit verglichen werden muss, d.h. wenn an der einen Seite eine Propylkette und an der anderen eine Ethylkette hängt, sind die Substituenten unterschiedlich. Für mehrere ChiralitätszentrenBei mehreren Chiralitätszentren gelten die Regeln genauso, und zwar für jedes einzelne Zentrum. Um die Isomerie eines Moleküls zu bestimmen, bietet sich die "Vertauschungsmethode" an. Unterscheiden sich zwei Strukturen nur durch die Anordnung an den Chiralitätszentren, so gilt:
Als Beispiel soll das 1-Brom-2-methyl-3-butanol dienen:
Die Nummerierung gehe von unten nach oben. Das unterste Kohlenstoffatom, nummeriert als eins, ist achiral und dient nur der Verwirrung. Die Kohlenstoffe zwei und drei sind chiral. Im ersten Fall ist Zentrum zwei offenbar identisch, bei Zentrum drei sind zwei Vertauschungen nötig, es ist auch identisch: Die Moleküle sind identisch. Im zweiten Fall braucht man an Zentrum zwei eine, an Nummer drei zwei Vertauschungen: Es sind Diastereomere. Im dritten Fall liegt eine Spiegelung vor (an beiden Zentren eine Vertauschung), es sind Enantiomere. meso-FormenIn der Fischer-Projektion kann man leicht eine Symmetrieebene erkennen und zwei Isomere als meso-Formen erkennen. Für eine Erläuterung sei auf den Artikel zu meso-Formen verwiesen. Quellen
Siehe auch
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Dieser Artikel basiert auf dem Artikel Fischer-Projektion aus der freien Enzyklopädie Wikipedia und steht unter der GNU-Lizenz für freie Dokumentation. In der Wikipedia ist eine Liste der Autoren verfügbar. |