Basiskennis chemie/Stereochemie, inleiding
Chemie in 3D
Bij de bespreking van de koolhydraten is het al genoemd: niet alleen de manier waarop atomen aan elkaar gekoppeld zijn is belangrijk, maar ook de manier waarop ze in de ruimte verdeeld zijn. Bij de ringvormen van de koolhydraten bleek dat duidelijk: sommige -groepen stonden aan de zelfde kant als de -groep, andere juist aan de andere kant. Bovendien is daarbij uitgelegd dat enzymen dit verschil ook zien. Vaak wordt de vergelijking gemaakt met handen en handschoenen: Je kunt een handschoen voor je linkerhand wel om je rechterhand heen krijgen, maar echt makkelijk gaat dat niet. Bovendien zit het ook niet lekker. In deze paragraaf ga je dieper in op dit verschijnsel.
Stereochemie
Het begin
Louis Pasteur was de eerste die in 1848 opmerkte dat dezelfde stof, wijnsteenzuur in twee verschillende vormen kon voorkomen. Bij het onder een microscoop bekijken en sorteren van door uit een oplossing geïsoleerd wijnsteenzuur bleken de kristallen niet identiek maar elkaars spiegelbeeld. De kristallen hadden precies dezelfde vorm, kristalvlakken en hoeken tussen de vlakken, maar ze waren elkaar spiegelbeeld.
De eigenschappen van de stof waaruit de twee soorten kristallen waren opgebouwd waren hetzelfde, op één aspect na: het vlak van gepolariseerd licht, licht dat maar in één richting trilt, werd in een oplossing van de ene kristalvorm naar links gedraaid, van de andere kristalvorm draaide het over een zelfde hoek juist naar rechts.
De eigenschappen van de stof waaruit de twee soorten kristallen waren opgebouwd waren hetzelfde, op één aspect na: het vlak van gepolariseerd licht, licht dat maar in één richting trilt, werd in een oplossing van de ene kristalvorm naar links gedraaid, van de andere kristalvorm draaide het over een zelfde hoek juist naar rechts.
Louis Pasteur
De verklaring
Tot ongeveer 1870 was de organische chemie vooral bezig met vaststellen welke elementen in een organische verbinding voorkwamen en welke atoomgroepen met elkaar verbonden waren. De structuren werden echter alleen op papier weergegeven, dus plat. Rond deze tijd opperde J. H. van 't Hoff het idee dat de ruimtelijke ordening van moleculen ook een belangrijke rol kon spelen. In 1874 schreef hij in het Nederlands een artikel onder de titel: Voorstel tot Uitbreiding der Tegenwoordige in de Scheikunde gebruikte Structuurformules in de Ruimte, benevens een daarmee samenhangende Opmerking omtrent het Verband tusschen Optisch Actief Vermogen en chemische Constitutie van Organische Verbindingen. Het artikel kreeg nauwelijks aandacht, ook niet toen het een jaar later in het Frans verscheen: "La Chimie dans l'espace" (Chemie in de ruimte). Weer een jaar later verscheen, met van't Hoffs toestemming, een vertaling in het Duits (de wetenschapstaal van die tijd) door J. Wislicenus: Die Lagerung der Atome im Raume (De plaatsing van atomen in de ruimte). Nu kreeg het wel aandacht, maar in eerste instantie vooral negatief. Dat laatste zorgde er wel voor dat veel meer chemici het artikel lazen en op zijn waarde schatten. Tegenwoordig is de stereochemie vooral in de biomedische wetenschappen een belangrijk aspect van de de eigenschappen van stoffen.
Bij het begrijpen van waarom dit belangrijk is, is een eigenscha van koolstof heel belangrijk: koolstof kan vier bindingen vormen!
Bij het begrijpen van waarom dit belangrijk is, is een eigenscha van koolstof heel belangrijk: koolstof kan vier bindingen vormen!
Van 't Hoff
J.H. van't Hoff, Nederlands chemicus, Nobelprijswinnaar en grondlegger van de stereochemie
J.H. van't Hoff, Nederlands chemicus, Nobelprijswinnaar en grondlegger van de stereochemie
Chiraliteit
Pasteur had al gemerkt dat er met spiegelen iets aan de hand was. In de stereochemie is een van de belangrijkste vragen:
Is het het spiegelbeeld van een molecuul gelijk aan het origineel?
Als het spiegelbeeld van een molecuul niet identiek is aan het origineel wordt het molecuul chiraal genoemd, de stof bezit chiraliteit. Het atoom dat de oorzaak van de chiraliteit is wordt chiraal atoom of chiraal centrum genoemd.
Chiraal
Chiraliteit
Chiraal centrum
Stereo-isomeer
Chiraliteit
Chiraal centrum
Stereo-isomeer
Koolstof met vier dezelfde substituenten,
Met vier gelijke substituenten is er maar één molecuul mogelijk. In methaan zijn de vier waterstofatomen niet van elkaar te onderscheiden, dus kun je het spiegelbeeld van een molecuul altijd zo draaien dat het precies gelijk is aan het eerste.
Stereochemie
Koolstof met een afwijkende substituent,
Ook met één afwijkende substituent is het spiegelbeeld door draaien nog steeds zo te bekijken dat er geen verschil met het het eerste molecuul te zien is. Draai bijvoorbeeld in het chloor-atoom in beide moleculen naar achter, dan wijzen de drie waterstof-atomen naar je toe en kun je door draaien beide moleculen in dezelfde stand zetten en daarmee aan elkaar gelijk maken.
Stereochemie
Koolstof met twee afwijkende substituenten,
Ook met twee verschillende, afwijkende substituenten blijkt het nog steeds mogelijk door zuiver draaien een tweede molecuul te laten samenvallen met een eerste. Als je de twee waterstofatomen in naar de achterkant van het molecuul draait en horizontaal naast elkaar, dan staan het chloor- en het broom-atoom naar je toe. Als de twee moleculen dan nog niet gelijk zijn, in de ene staat het chloor-atoom omhoog in de andere omlaag, dan is het een kwestie van een van de twee moleculen ronddraaien en ze zijn wel gelijk.
Stereochemie