EL-MO Elemente und Moleküle, Schulbuch

KM-7: Struktur – Reaktion – Substanz D/L-Konfiguration – Fischer Projektion 217 217 D/L-Konfiguration - Fischer Projektion Der deutsche Nobelpreisträger Emil Fischer (1852 – 1919) befasste sich mit Naturstoffen und wollte Drehsinn und Struktur in Verbindung zu setzen. Aller- dings besaß man keine Möglichkeit, die absolute Struktur von Verbindungen aufzuklären. Man wählte daher eine chirale Bezugssubstanz, der man willkür- lich eine Struktur zuordnete. Die gewählte Bezugssubstanz war Glyceral (Glyceroaldehyd, früher: Glyceri- naldehyd). Das Molekül schreibt man in der Fischer-Projektion an, die zusätz- lich von den bereits besprochenen Regeln noch folgendes voraussetzen. • Die C-Kette muss vertikal angeschrieben werden. • Das C-Atom mit der höchsten Oxidationszahl muss oben stehen. Dem rechtsdrehenden Glyceral wurde willkürlich eine Struktur zugeordnet. Man nannte ihn D-Glyceral (D von lat. dexter = rechts), da die „wichtige“ –OH- Gruppe auf der rechten Seite in der Fischer-Projektion steht. Die linksdrehende Form war demnach das Spiegelbild und wurde L-Glyceral genannt (L von lat. laevus = links), da die „wichtige“ –OH-Gruppe auf der linken Seite in der Fischer-Projektion steht. 1951 konnte durch Röntgenbeugung die wirkliche Struktur aufgeklärt werden. Sie stimmte zufälligerweise mit der angenommenen überein. Die Festlegung anderer Substanzen zu dieser D- oder L-Konfiguration erfolgte ausgehend von der entsprechenden Form des Glycerals durch eindeutig ver- laufende Reaktionen, bei denen das Chiralitätszentrum erhalten bleibt. So erhielt man die D-Reihe und die dazu spiegelsymmetrische L-Reihe. Es zeigte sich, dass der Drehsinn mit der Zugehörigkeit zur Reihe nichts zu tun hat. Aus dem rechtsdrehenden D-Glyceral lässt sich die linksdrehende D- Milchsäure synthetisieren. Der Drehsinn wird daher durch Angabe von (+) (= rechtsdrehend) und (–) (= linksdrehend) extra angeschrieben. Die Zuordnung von D- bzw. L- bereitet allerdings bei vielen Verbindungen Schwierigkeiten. Deshalb führte man neue Benennungsregeln für chirale Ver- bindungen ein, die exakt und eindeutig die Bindungsverhältnisse an asymme- trischen C-Atomen angeben. Die D/L-Bezeichnung ist aber nach wie vor bei vie- len Naturstoffen, wie zB den Kohlenhydraten und Aminosäuren, gebräuchlich. ZB Alanin (L-2-Aminopropansäure). Vergleich D/L und R/S Die natürlich vorkommenden Kohlenhydrate gehören alle zur D-Reihe, da sie sich vom D-Glyceral ableiten. Die in der Natur vorkommenden Aminosäuren gehören zur L-Reihe. Man hat daher in der Biochemie die Bezeichnung D- und L- beibehalten. Im Gegensatz dazu bezieht sich die Bezeichnung R- und S- auf ein einzelnes C-Atom im Molekül. D/L und R/S sind nicht direkt verknüpfbar. Das chirale Zentrum der meisten natürlich vorkommenden L-Aminosäuren liegt in S-Konfiguration vor. Im Ge- gensatz dazu weist das chirale Zentrum der Aminosäure L-Cystein eine R-Konfi- guration auf. (Siehe Abb. 217–3) Abb. 217–1: Die Fischer-Projektion C COOH H HO CH 3 C COOH H HO CH 3 Papierebene a COOH CH 3 HO C H Abb. 217–2: Die Ableitung der D-Formen D(+)-Glyceral C CHO H OH CH 2 OH * D(–)-Milchsäure C CH 3 H OH COOH * C CH 2 OH H OH CHO D(+)-Glyceral * Papierebene CHO CH 2 OH H OH C C CH 2 OH HO H CHO L(–)-Glyceral * Papierebene CHO CH 2 OH HO C H Abb. 217–3: Cystein – eine schwefelhältige Aminosäure C C C S H N H H H H O H O H Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv