EPIMERE: EIGENSCHAFTEN, BILDUNG UND BEISPIELE - CHEMIE - 2025

Die Epimere sind Diastereoisomere, bei denen sich nur eines ihrer achiralen Zentren von der räumlichen Konfiguration unterscheidet; Im Gegensatz zu Enantiomeren, bei denen alle achiralen Zentren unterschiedliche Konfigurationen aufweisen und ein Paar Spiegelbilder darstellen, die sich nicht überlagern können.

Die übrigen Diastereomeren (z. B. geometrische Isomere) können mehr als zwei Zentren mit unterschiedlichen Konfigurationen aufweisen. Daher ist ein großer Prozentsatz der Stereoisomere Diastereoisomere; Epimere sind zwar viel weniger, aber nicht aus diesem Grund weniger wichtig.

Quelle: Gabriel Bolívar

Angenommen, eine Struktur mit einem Skelett schwarzer Atome ist mit den Buchstaben A, B, C und D verbunden (oberes Bild). Die gepunktete Linie stellt den Spiegel dar und zeigt, dass das obige Molekülpaar keine Enantiomere sind, da alle ihre chiralen Zentren dieselbe Konfiguration haben. außer dem ersten Zentrum, das mit den Buchstaben B und D verbunden ist.

Das Molekül auf der linken Seite zeigt den Buchstaben D auf der rechten Seite, während der Molekülbuchstabe D auf der rechten Seite auf die linke Seite zeigt. Verwenden Sie das Cahn-Ingold-Prelog-System (RS), um herauszufinden, wie die einzelnen Konfigurationen aussehen werden.

Eigenschaften von Epimeren

Das Hauptmerkmal von Epimeren liegt ausschließlich in einem achiralen (oder stereogenen) Zentrum. Das Ändern der räumlichen Ausrichtung von D und B kann zu stabileren oder instabileren Konformern führen. Das heißt, die Rotationen der Einfachbindungen bewirken, dass sich zwei Atome oder Gruppen sperriger Atome treffen oder wegbewegen.

Aus dieser Perspektive kann ein Epimer viel stabiler sein als das andere. Dasjenige, das durch Drehen seiner Glieder stabilere Strukturen erzeugt, ist das Epimer mit der größten Tendenz, sich im Gleichgewicht zu bilden.

Zurück zu den Buchstaben: D und B können sehr sperrig sein, während C ein kleines Atom ist. In diesem Fall ist das Epimer rechts stabiler, da D und C links von den ersten beiden Zentren weniger sterisch behindert sind.

Mikroskopisch wird dies ein Merkmal für das betrachtete Paar von Epimeren; Makroskopisch werden die Unterschiede jedoch akzentuiert und weisen beispielsweise unterschiedliche Schmelzpunkte, Brechungsindizes und NMR-Spektren auf (zusätzlich zu vielen anderen Eigenschaften).

Auf dem Gebiet der Biologie und enzymkatalysierten Reaktionen unterscheiden sich Epimere hier jedoch noch mehr. einer könnte vom Körper metabolisiert werden, der andere nicht.

Ausbildung

Wie entstehen Epimere? Durch eine chemische Reaktion namens Epimerisierung. Wenn sich beide Epimere in ihrer Stabilität nicht stark unterscheiden, stellt sich ein Epimerisierungsgleichgewicht ein, das nichts weiter als eine gegenseitige Umwandlung ist:

EpA <=> EpB

Wenn EpA Epimer A und EpB Epimer B ist, ist einer von ihnen viel stabiler als der andere, hat eine höhere Konzentration und verursacht eine sogenannte Mutarotation. Das heißt, es kann die Richtung eines polarisierten Lichtstrahls ändern.

Die Epimerisierung ist möglicherweise kein Gleichgewicht und daher irreversibel. In diesen Fällen wird eine racemische Mischung von EpA / EpB-Diastereomeren erhalten.

Der Syntheseweg von Epimeren variiert in Abhängigkeit von den beteiligten Reagenzien, dem Reaktionsmedium und den Prozessvariablen (Verwendung von Katalysatoren, Druck, Temperatur usw.).

Aus diesem Grund muss die Bildung jedes Epimerpaares einzeln von den anderen untersucht werden; jedes mit seinen eigenen chemischen Mechanismen und Systemen.

Tautomerisierung

Von allen Epimerbildungsprozessen kann die Tautomerisierung von zwei Diastereoisomeren als allgemeines Beispiel angesehen werden.

Dies besteht aus einem Gleichgewicht, in dem das Molekül eine Keton- (C = O) oder Enol- (C-OH) Form annimmt. Sobald die ketonische Form wieder umgewandelt ist, ändert sich die Konfiguration des Kohlenstoffs neben der Carbonylgruppe (wenn chiral), wodurch ein Paar Epimere erzeugt wird.

Ein Beispiel für das oben erwähnte ist das cis-Decalone- und das trans-Decalone-Paar.

Quelle: Jü, aus Wikimedia Commons

Die Struktur von cis-Decalon ist oben gezeigt. Die H-Atome befinden sich oben auf den beiden Ringen; Im Trans-Decalone befindet sich einer über den Ringen und der andere unter. Der Kohlenstoff links von der C = O-Gruppe ist das chirale Zentrum und daher dasjenige, das die Epimere unterscheidet.

Beispiele

Glucoseanomere

Quelle: miguelferig, aus Wikimedia Commons

Im oberen Bild haben wir die Furanusringe der beiden Anomere der D-Glucose: α und β. Aus den Ringen ist ersichtlich, dass sich die OH-Gruppen am Kohlenstoff 1 entweder in der gleichen Richtung wie das benachbarte OH, im α-Anomer oder in entgegengesetzten Richtungen wie im β-Anomer befinden.

Die Fisher-Projektionen beider Anomere (rechts im Bild) machen den Unterschied zwischen den beiden Epimeren, die selbst Anomere sind, noch deutlicher. Zwei α-Anomere können jedoch unterschiedliche räumliche Konfigurationen an einem der anderen Kohlenstoffe aufweisen und daher Epimere sein.

In C-1 der Fisher-Projektion für das α-Anomer "schaut" die OH-Gruppe nach rechts, während sie im β-Anomer nach links "schaut".

Isomere von Menthol

Quelle: Roland Mattern, über Wikimedia Commons

Das Bild zeigt alle Stereoisomere des Mentholmoleküls. Jede Spalte stellt ein Paar von Enantiomeren dar (sorgfältig beobachten), während die Zeilen den Diastereomeren entsprechen.

Was sind Epimere? Sie müssen diejenigen sein, die sich in der räumlichen Position eines einzelnen Kohlenstoffs kaum unterscheiden.

(+) - Menthol und (-) - Neoisomenthol sind Epimere und darüber hinaus Diastereoisomere (sie befinden sich nicht in derselben Spalte). Wenn Sie genau hinschauen, verlassen sowohl die -OH- als auch die -CH ₃ -Gruppe die Ebene (über dem Ring), aber in (-) - Neoisomenthol zeigt die Isopropylgruppe auch außerhalb der Ebene.

Nicht nur (+) - Menthol ist epimer für (-) - Neoisomenthol, sondern auch (+) - Neomenthol. Letzteres unterscheidet sich nur dadurch, dass die -CH ₃ -Gruppe in der Ebene nach unten zeigt. Andere Epimere sind:

- (-) - Isomenthol und (-) - Neomenthol

- (+) - Isomenthol und (+) - Neomenthol

- (+) - Neoisomenthol und (-) - Neomenthol

- (+) - Neomentoment und (-) - Neoisomenthol

Diese Stereoisomere stellen ein praktisches Beispiel dar, um das Konzept der Epimere zu verdeutlichen, und Sie können sehen, dass von mehreren Diastereoisomeren viele nur in einen einzigen asymmetrischen oder chiralen Kohlenstoff differenzieren können.

Verweise

1. Graham Solomons TW, Craig B. Fryhle. (2011). Organische Chemie. (10 ^th Edition.). Wiley Plus.
2. Carey F. (2008). Organische Chemie. (Sechste Ausgabe). Mc Graw Hill.
3. Uruguay Educa Klassenzimmer. (sf). Epimere. Wiederhergestellt von: aulas.uruguayeduca.edu.uy
4. Wikipedia. (2018). Epimer. Wiederhergestellt von: en.wikipedia.org/wiki/Epimer
5. Fray JM (2014). Untersuchung der Epimerbildung in Amidkupplungsreaktionen: Ein Experiment für fortgeschrittene Studenten. School of Chemistry, Universität Nottingham, University Park, Nottingham NG7 2RD, Vereinigtes Königreich. J. Chem. Educ. 2014, 91, 1, 136 & ndash; 140
6. Reist & col. (Neunzenhundertfünfundneunzig). Racemisierung, Enantiomerisierung, Diastereomerisierung und Epimerisierung: ihre Bedeutung und pharmakologische Bedeutung. Chirality 7: 396 & ndash; 400.