Topizität
In der Stereochemie bezeichnet die Topizität die stereochemische Beziehung von Substituenten relativ zur Struktur, mit der sie verbunden sind. Abhängig von der Beziehung können solche Gruppen homotop, enantiotop, oder diastereotop sein. Man spricht von Homotopizität, Enantiotopizität, oder Diastereotopizität.
Homotopizität
Homotope Gruppen in chemischen Verbindungen sind gleichwertige Gruppen. Man bezeichnet Gruppen oder Atome als homotop, wenn das Molekül beim Ersetzen einer der Gruppen achiral bleibt, oder sich eine bestehende Chiralität nicht ändert. Typische Beispiele sind die beiden Wasserstoffatome in Dichlormethan oder die Wasserstoffatome in Methylgruppen. Homotope Atome oder Gruppen haben die gleiche chemische Verschiebung in der Kernspinresonanzspektroskopie (NMR).
Enantiotopizität
Der stereochemische Begriff enantiotop bezieht sich auf zwei Gruppen, die wenn man sie ersetzt Enantiomere ergeben würden.
Zum Beispiel sind die beiden Wasserstoffatome enantiotop, die an das zweite Kohlenstoffatom von Butan gebunden sind. Ersetzt man eines dieser Wasserstoffatome durch Brom, so entsteht (R)-2-Brombutan. Ersetzt man das andere Wasserstoffatom durch Brom, so entsteht das Enantiomer, also (S)-2-Brombutan.
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| Butan | (R)-2-Brombutan | (S)-2-Brombutan |
Auch enantiotope Atome oder Gruppen haben die gleiche chemische Verschiebung in der Kernspinresonanzspektroskopie. (Solange in einer nicht-chiralen Umgebung gemessen wird).
Diastereotopizität
Der stereochemische Begriff diastereotop bezieht sich auf die Stellung zweier Gruppen, die, wenn man sie ersetzt (substituiert), Diastereomere ergeben. Zum Beispiel sind die zwei Wasserstoffatome am dritten Kohlenstoffatom von (S)-2-Brombutan diastereotop. Ersetzt man eines der Wasserstoffatome (im Bild blau dargestellt) durch Brom, so entsteht (2S,3R)-2,3-Dibrombutan. Ersetzt man das andere Wasserstoffatom (im Bild rot dargestellt) durch Brom, so entsteht das Diastereomer, (2S,3S)-2,3-Dibrombutan.
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| (S)-2-Brombutan | (2S,3R)-2,3-Dibrombutan | (2S,3S)-2,3-Dibrombutan |
Diastereotope Atome oder Gruppen können in der Kernspinresonanzspektroskopie (NMR) unterschiedliche Verschiebungen zeigen, je nachdem, wie stark der Einfluss der chiralen Umgebung auf die beiden Atome oder Gruppen ist. Entscheidend dafür sind der Abstand der diastereotopen Gruppen vom Chiralitätszentrum und die konformative Flexibilität des Moleküls. Diastereotope Atome in relativ konformationsstabilen Molekülen mit mehreren nahegelegenen Stereozentren zeigen oft auffällig große Unterschiede in der chemischen Verschiebung. Typische Beispiele dafür sind die CH2-Gruppe in Kohlenhydraten (Position 6 in Hexosen) und die Seitenkettenprotonen, allen voran die β-Protonen (HB), der Aminosäuren gefalteter Proteine.