Wenn man in der Chemie vom Drehen um Einfachbindungen redet, meint man das Drehen von Atomen und Atomgruppen um die Achse einer Einfachbindung, richtig?
Also quasi wie eine Türklinke die um die Achse des zur Tür zeigenden Teils dreht.
Kann man bei Ringen wie den Zuckern bei den einzelnen Einfachbindungen auch um die Achse der Einfachbindungen drehen? Ich glaube nicht, weil ein Ring ja geschlossen ist und sich die Atome nicht flexibel genug bewegen können, weil sie ja durch den Ringschluss festgehalten werden und nicht flexibel sind?
Kann man do einigermaßen passabel erklären?
Ich will das verstehen, da ich mich gerade mit Isomerie, Konformation, Konfiguration usw. beschäftige gerade.
1 Antwort
Ja, das hast Du glaube ich richtig verstanden:
- „Drehbarkeit“ um eine Einfachbindung bedeutet, daß sich das linke Atom (mit allem, was dran hängt) um die Achse der Bindung dreht, und das rechte gegenläufig.
- Diese Drehbarkeit ist bei Einfachbindungen meist gegeben, d.h., es braucht wenig Energie (CC-Bindungen ≈4 kJ/mol), um die vollen 360° zu schaffen. Oder anders gesagt: Die Konformere haben nur eine kurze Lebenszeit und wandeln sich in Sekundenbruchteilen ineinander um. Das sieht man sehr schön in der NMR-Spektroskopie, die hat eine Zeitauflösung von einigen Nanosekunden, kann aber bei Raumtemperatur Konformere nicht „sehen“, sondern nur einen Mittelwert.
- Allerdings ist das nicht immer so: Bei tiefen Temperaturen kann selbst die wenige notwendige Energie für eine interne Rotation nicht aufgebracht werden. Bei sehr großen Substituenten, die sich bei der Drehung ins Gehege kommen, kann der Energiebedarf beachtlich werden und steht dann selbst bei Raumtemperatur nicht zur Verfügung.
- Ein bekanntes Beispiel für bei Raumtemperatur völlig gehemmter interner Rotation sind Biphenyle mit fetten Substituenten an den ortho-Stellungen.
- Es gibt auch Einfachbindungen mit „partiellem Doppelbindungscharakter“ durch Ladungsdelokalisierung, z.B. bei Peptiden. Um die kann man normalerweise bei Raumtemperatur auch nicht drehen.
- Ringe blockieren die interne Rotation um Bindung vollständig, weil sie durch eine solche Rotation völlig zerrissen würden — man müßte ja buchstäblich einer der Bindungen des Ringes öffnen, um die Rotation zu ermöglichen.
- Letzteres gilt natürlich nur für die Bindungen, die den Ring formen. Zusätzliche Bindungen, die vom Ring wegzeigen, sind üblicherweise immer noch frei drehbar.
Zucker haben z.B. typischerweise eine CH₂OH-Gruppe, die am Ring hängt. Die ist dann natürlich drehbar.
Aber wie kann das sein, dass man diese Gruppe drehen kann, wenn doch das Kohlenstoffatom an dem sie sitzt im Ring verankert ist? Das Kohlenstoffatom ist doch nicht drehbar, da es quasi von zwei Seiten festgehalten wird? Somit stell ich mir vor, dass dann alles was am Kohlenstoffatom dran sitzt ebenfalls nicht drehbar ist.
Stell Dir einen Schneebesen vor, der mit dem Griff fest in einem Loch verankert ist. Natürlich kannst Du ihn drehen.
Was ist mit solchen "ring flips" wie beim Cyclohexan? Da wird doch auch um Bindungen gedreht, also zumindest stückweise.
Ja, genau: ein Stück weit, und das beschreibt man am besten als Torsionsschwingung, also eine periodische Bewegung mit Umkehrpunkten. Aber die vollen 360° gehen nicht, daher ist es keine Drehung, die müßte ja per Definition immer in dieselbe Richtung laufend periodisch sein.
Also ein Substituent oder eine Gruppe, die mit einem Kohlenstoff-Atom verbunden ist, welches innerhalb des Rings sitzt, aber selbst nicht innerhalb des Rings sitzt, kann frei um die Achse der Einfachbindung zum jeweiligen Kohlenstoff-Atom, welches im Ring fest verankert ist, gedreht werden. Richtig?