4.9 : Stereoisomerie zyklischer Verbindungen

In dieser Lektion befassen wir uns mit der Rolle der Ringkonformation und ihrer Stabilität, die die räumliche Anordnung und damit die molekulare Symmetrie und Stereoisomerie zyklischer Verbindungen bestimmt. Als Fallstudie wird 1,2-Dimethylcyclohexan verwendet, um die mögliche Anzahl von Stereoisomeren zu bewerten. Angesichts der vielen (n = 2) Chiralitätszentren gibt es hier 2ⁿ = 4 mögliche Konfigurationen, denen eine Symmetrieebene fehlt, da das Ringgerüst in einer nichtplanaren Sesselkonformation vorliegt. Darüber hinaus bedeutet die Möglichkeit einer Ringumkehr in einem Cyclohexanring, dass jede dieser vier möglichen Konfigurationen weiterhin als Mischung aus zwei oder mehr Konformationen existieren könnte.

Der Einfluss der Konformationsflexibilität in einem Ringsystem auf die Anzahl möglicher Stereoisomere wird anhand einer Fallstudie von cis- und trans-Konfigurationen von 1,2-Dimethylcyclohexan gezeigt. Während es sich bei den cis-Konfigurationen um chirale Moleküle (nicht überlagerbare Spiegelbilder) handelt, bei denen die Enantiomere potenziell unterschiedliche Stereoisomere sind, werden diese Konfigurationen durch die schnelle Umdrehung des Rings bei Raumtemperatur ineinander überführbar und untrennbar. Dementsprechend stellen sie Konformationen desselben Moleküls dar. Andererseits sind die trans-Isomere chirale Moleküle, die nicht durch Drehung des Moleküls oder Ringumdrehen überlagert werden können und als einzigartige Verbindungen existieren. Dies beweist das Vorhandensein von drei Stereoisomeren für das gewählte Beispiel – dem cis-Isomer und dem trans-Enantiomerenpaar.

Dies wird anhand einer anderen Ringstruktur mit unterschiedlicher Substitutionsposition weiter verdeutlicht: 1,3-Dimethylcyclohexan. Die cis-Konfiguration ist aufgrund einer molekularen Symmetrieebene achiral. Folglich weist das System mit zwei chiralen Zentren drei Stereoisomere auf – die beiden nicht ineinander umwandelbaren trans-Enantiomere und eine achirale cis-Konfiguration. Im Wesentlichen müssen bei der Bewertung einer Ringstruktur zwei Aspekte untersucht werden: die Umdrehung des Rings und die Symmetrieebene, um die mögliche Anzahl von Stereoisomeren zu bestimmen.