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2025-05-20T20:30:20Z

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'''Asymmetrische Synthese''' ist ein [[Stereochemie|stereochemischer]] Begriff. Nach der Definition der [[IUPAC]] ist es ein traditioneller Begriff, der für die [[stereoselektive Synthese]] [[Chiralität (Chemie)|chiraler]] Verbindungen verwendet wird.<ref name="IUPAC" />

== Definitionen ==
Die erste Definition des Begriffs stammt von [[Willy Marckwald]] aus dem Jahr 1904:
{{Zitat|Text=Asymmetrische Synthesen sind solche, welche aus symmetrischen constituierten Verbindungen unter intermediärer Benutzung optisch aktiver Stoffe, aber unter Vermeidung jedes analytischen Vorganges, optisch aktive Substanzen erzeugen. |Autor=Willy Marckwald |Quelle=<ref name="MarckwaldW" />}}
Unter analytischen Vorgängen verstand Marckwald Trennvorgänge wie die [[Racematspaltung]].<ref name="HelmchenG" />

Weder Marckwalds noch verschiedene andere Definitionen, etwa eine J. D. Morrison und [[Harry Stone Mosher]] aus dem Jahr 1971, umfassten alles Aspekte der asymmetrischen Synthese. [[Günter Helmchen]] definierte den Begriff im Jahr 2023 auf Basis der IUPAC-Definition aus dem Jahr 1996 als
{{Zitat |Text= A chemical reaction (or reaction sequence) in which one or more new elements of chirality are formed in a substrate molecule and which produces the stereoisomeric (enantio- or diastereomeric) chiral and non-racemic products in unequal amounts.|Sprache=en |Autor=Günter Helmchen|Übersetzung= Eine chemische Reaktion (oder Reaktionsfolge), bei der ein oder mehrere neue Chiralitätselemente in einem Substratmolekül gebildet werden und bei der die stereoisomeren (enantio- oder diastereomeren) chiralen und nicht-racemischen Produkte in ungleichen Mengen entstehen.|ref=<ref name="HelmchenG" />}}

Je nach Verbleib des chiralen Auxiliars lassen sich verschiedene Arten asymmetrischer Synthesen unterscheiden. Bei der sogenannten „externen“ asymmetrischen Synthese wird das chirale Auxiliar am Ende der Reaktion unter Beibehaltung seiner Stereochemie zurückgewonnen. Verbleibt das chirale Auxiliar unter Beibehaltung seiner Stereochemie im Zielmolekül, wird von einer „internen“ asymmetrischen Synthese gesprochen. Zum Teil wurden diese beiden Arten auch als ''eliminative'' beziehungsweise ''nichteliminative'' asymmetrische Synthesen bezeichnet.<ref name="RitchiePD" /> Überträgt das chirale Auxiliar seine stereochemischen Eigenschaften auf das Zielmolekül und verliert dabei seine eigenen stereochemischen Eigenschaften, so spricht man von einem „Asymmetrie-Transfer-Prozess“. Erfolgt die chirale Beeinflussung der Reaktion rein physikalisch, etwa durch zirkular polarisiertes Licht, wird von einer [[Absolute Asymmetrische Synthese|„absoluten“ asymmetrischen Synthese]] gesprochen.<ref name="PracejusH" />

Bei einer asymmetrischen Synthese entstehen nicht notwendigerweise nur asymmetrische Moleküle, das heißt, Moleküle ohne [[Symmetrie (Geometrie)|Symmetrieelemente]]. Gegebenenfalls entstehen auch chirale Moleküle mit Symmetrieelementen, etwa [[DIOP]], das eine ''C''2-Symmetrie aufweist. Um die Ungenauigkeit des Adjektivs ''asymmetrisch'' zu vermeiden, schlugen Nakazaki und Izumi 1971 daher vor, grundsätzlich nur die Begriffe [[enantioselektive Synthese]] und [[Diastereomer|diastereoselektive Synthese]] zu verwenden.<ref name="IzumiY" />

== Geschichte ==
[[Datei: Fischer asymmetrische Synthese A.png|mini|[[Nucleophile Addition]] von [[Cyanwasserstoff]] (HCN) an die [[Carbonylgruppe]] der [[Arabinose|D-Arabinose]] ('''1''') unter Bildung von D-Mannonsäurenitril ('''2a''', Hauptprodukt) und D-Gluconsäurenitril ('''2b''')]]
Das Konzept der asymmetrischen Synthese wurde von [[Emil Fischer]] 1894 bei seinen [[Emil Fischer#Zuckerchemie|zuckerchemischen]] Studien gefunden, als er die Reaktion von [[Arabinose|D-Arabinose]] mit [[Cyanwasserstoff]] untersuchte. Dabei entstanden die [[Diastereomer]]e D-Mannonsäurenitril und D-Gluconsäurenitril in ungleichen Mengen.<ref name="FischerE" /> Nach Marckwalds Definition fiel jedoch Fischers Synthese nicht unter den Begriff der asymmetrischen Synthese.

Die erste asymmetrische Synthese nach Marckwalds Definition stammt von seinem Schüler, dem schottischen Chemiker [[Alexander McKenzie]]. McKenzie nutzte als [[Chiral Pool|chirales Auxilliar]] (−)-[[Menthol]]. Durch die Veresterung von [[Phenylglyoxylsäure]] mit (−)-Menthol entstanden diastereomere α-Ketocarbonsäureester, die er durch Addition von [[Grignard-Verbindungen]] und anschließender [[Verseifung]] in (−)-2-Phenyl-2-hydroxypropionsäure umsetzte.<ref name="HelmchenG" />

Die erste enzymkatalysierte asymmetrische Synthese gelang [[Leopold Rosenthaler]] 1908 bei der Umsetzung von [[Benzaldehyd]] mit Cyanwasserstoff zum optisch aktiven Cyanhydrin unter Katalyse von Emulsin, einer [[β-Glucosidase]] der [[Bittermandel]]. Die Hydrolyse des Produkts ergab (-)(''R'')-[[Mandelsäure]].<ref name="HelmchenG" />

== Beispiele ==
=== Externe asymmetrische Synthesen ===
Bei einer asymmetrischen Synthese sollte das gewünschte Enantiomer oder Diastereomer in hoher chemischer und optischer Ausbeute erhalten werden. Das chirale Produkt sollte sich leicht vom chiralen Hilfsstoff abtrennen lassen, und der Hilfsstoff sollte möglichst leicht wiedergewinnbar sein. Idealerweise sollte das chirale Auxiliar kostengünstig und in Form seiner beiden Enantiomere verfügbar sein. Für eine industriell interessante asymmetrische Synthese, etwa von [[Arzneistoff]]en, [[Pheromon]]en oder [[Insektizid]]en, sollte der [[Enantiomerenüberschuss]] größer als 95 % sein.<ref name="SauycyG" />
[[Datei: SAMP RAMP Struktur.svg|mini|Struktur von SAMP und RAMP]]
Die Zahl der bekannten externen asymmetrischen Synthesen ist sehr groß. Als Beispiel seien asymmetrischen Synthesen mit dem chiralen [[Enders-Reagenz]] genannt. Unter Anwendung der SAMP/RAMP-Hydrazonmethode können in α-Stellung chiral alkylierte Ketone und Aldehyde mit guten Enantiomeren- und Diastereomerenüberschüssen synthetisiert werden. Die Reaktion beruht auf der Bildung des [[Hydrazon]]s aus dem chiralen Auxiliar und einem [[Keton]] oder [[Aldehyd]]. Der Sauerstoff der [[Methoxygruppe]] wirkt chelatisierend auf Lithiumionen enolatbildender Basen wie [[Lithiumdiisopropylamid]]. Dadurch wird die Stereoinformation, die Position der Methoxygruppe, auf das Produkt übertragen. Naturstoffe wie (''S'')-(+)-4-Methyl-3-heptanon, ein [[Insektenpheromone#Alarmpheromone|Alarmpheromon]] der [[Blattschneiderameise]], konnten erfolgreich synthetisiert werden.<ref name="EndersD" /> Weiterhin sind mit dem Enders-Reagenz asymmetrische [[Aldolreaktion]]en und asymmetrische [[Michael-Addition]]en möglich.

=== Interne asymmetrische Synthesen ===
Bei der Umsetzung von (''R'')-[[2-Phenylpropionaldehyd]] mit dem Grignard-Reagenz von [[Brombenzol]] zu [[1,2-Diphenyl-1-propanol]] entsteht ein Gemisch von Diastereomeren. Nach der [[Cramsche Regel|Cramschen Regel]] entsteht jedoch vorwiegend die ''threo''-Form.<ref name="CramDJ" /> Auch die von Emil Fischer untersuchte Cyanhydrinreakton der [[Arabinose|D-Arabinose]] gehört zu dieser Art der asymmetrischen Synthese.

:[[Datei:Asymmetrische Synthese nach Cramscher Regel.png|zentriert|600px|Beispiel einer „internen“ asymmetrischen Synthese]]

=== Asymmetrie-Transfer-Prozess ===
Ein Beispiel ist hier die [[Meerwein-Ponndorf-Verley-Reduktion]] mit chiralen Alkoholen. Wird etwa ein prochiraler Aldehyd oder Keton sowie zum Beispiel (''S'')-[[2-Butanol]] als chiraler Alkohol eingesetzt, entsteht dadurch [[Butanon]] und ein neuer chiraler Alkohol.

=== Absolute asymmetrische Synthese ===
Es sind nur wenige Beispiele für absolute asymmetrische Synthesen bekannt. Die Forschung auf diesem Gebiet konzentriert sich auf die [[Photochemie]] mit zirkular polarisiertem Licht und die Verwendung von [[Chiralität (Chemie)|enantiomorphen]] Kristallen.<ref name="FeringaBL" /> Die erste nachweisbare Reaktion, bei der unter dem Einfluss von zirkular polarisiertem [[Ultraviolettstrahlung|UV-Licht]] ein [[Enantiomer]] im Überschuss entstand, war die [[Photolyse]] eines [[Racemat|racemischen]] Gemischs von α-Azidoproprionsäuredimethylamid.<ref name="KuhnW" /> Bei der Reaktion handelt es sich jedoch um eine [[Racematspaltung]].

Eine weitere Methode der absoluten asymmetrischen Synthese ist die Reaktion mit [[Chiralität (Chemie)|enantiomorphen]] Kristallen prochiraler Verbindungen. Das [[Chalkon]]derivat 4,4’-Dimethylchalkon kristallisiert in der chiralen [[Raumgruppe]] {{Raumgruppe|19}}. Die Umsetzung der [[Chiralität (Chemie)|enantiomorphen]] [[Einkristall]]e mit flüssigem oder gasförmigem [[Brom]] lieferte ein optisch aktives Produkt mit einer optischen Ausbeute von 6 %.<ref name="PenzienK" />

== Weblinks ==
{{Commonscat|Asymmetric synthesis|Asymmetrische Synthese}}

== Einzelnachweise ==
<references>
<ref name="CramDJ">D. J. Cram, F. A. A. Elhafez: ''Studies in Stereochemistry. X. The Rule of “Steric Control of Asymmetric Induction” in the Syntheses of Acyclic Systems.'' In: ''[[Journal of the American Chemical Society]].'' 74.23, 1952, S. 5828–5835, [[doi:10.1021/ja01143a007]].</ref>
<ref name="EndersD">Dieter Enders, Helmut Kipphardt, Peter Fey: ''Asymmetric Syntheses Using the SAMP‐/RAMP‐Hydrazone Method: (''S'')‐(+)‐4‐Methyl‐3‐Heptanone: 3‐Heptanone, 4‐methyl,(''S'')‐.'' In: ''[[Organic Syntheses]].'' 65, 1987, S. 183, [[doi:10.15227/orgsyn.065.0183]].</ref>
<ref name="FeringaBL">B. L. Feringa, R. A. van Delden: ''Absolute Asymmetric Synthesis: The Origin, Control, and Amplification of Chirality.'' In: ''[[Angewandte Chemie International Edition]].'' 38.23, 1999, S. 3418–3438; {{doi|10.1002/(sici)1521-3773(19991203)38:23<3418::aid-anie3418>3.0.co;2-v}}.</ref>
<ref name="FischerE">E. Fischer, M. Slimmer: ''Versuche über asymmetrische Synthese.'' In: ''[[Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft]].'' 36.2, 1903, S. 2575–2587, [[doi:10.1002/cber.190303602208]].</ref>
<ref name="HelmchenG">G. Helmchen: ''Definition of the term asymmetric synthesis – History and revision.'' In: ''[[Chirality]].'' 35.8, 2023, S. 469–476, [[doi:10.1002/chir.23536]].</ref>
<ref name="IUPAC">International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC): ''Asymmetric synthesis.'' In: ''[[Compendium of Chemical Terminology]].'' 2014, [[doi:10.1351/goldbook.a00484]].</ref>
<ref name="IzumiY">Y. Izumi: ''Methods of Asymmetric Synthesis—Enantioselective Catalytic Hydrogenation.'' In: ''[[Angewandte Chemie International Edition]].'' 10.12, 1971, S. 871–881, [[doi:10.1002/anie.197108711]].</ref>
<ref name="KuhnW">[[Werner Kuhn (Physikochemiker)|Werner Kuhn]], E. Braun: ''Photochemische Erzeugung optisch aktiver Stoffe.'' In: ''[[The Science of Nature|Naturwissenschaften]].'' 17, 1929, S. 227–228, [[doi:10.1007/BF01506782]].</ref>
<ref name="MarckwaldW">Willy Marckwald: ''Ueber asymmetrische Synthese.'' In: ''[[Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft]].'' 37.2, 1904, S. 1368–1370, [[doi:10.1002/cber.19040370226]].</ref>
<ref name="PenzienK">K. Penzien, G. M. J. Schmidt: ''Reaktionen in chiralen Kristallen: Eine absolute asymmetrische Synthese.'' In: ''[[Angewandte Chemie (Zeitschrift)|Angewandte Chemie]].'' 81.16, 1969, S. 628, [[doi:10.1002/ange.19690811615]].</ref>
<ref name="PracejusH">H. Pracejus: ''Asymmetrische Synthesen.'' In: ''[[Fortschritte der Chemischen Forschung]].'' 1967, S. 493–553, [[doi:10.1007/bfb0071301]].</ref>
<ref name="RitchiePD">Patrick D. Ritchie: ''Recent Views on Asymmetric Synthesis and Related Processes.'' In: F. F. Nord: ''Advances in Enzymology and related Subjects of Biochemistry.'' Interscience Publishers, New York, London, 1947, S. 65–110.</ref>
<ref name="SauycyG">G. Saucy, N. Cohen: ''Asymmetric Reactions: A Challenge to the Industrial Chemist.'' In: ''[[ACS Symposium Series]].'' 1982, S. 155–168, [[doi:10.1021/bk-1982-0185.ch010]].</ref>
</references>

[[Kategorie:Stereochemie]]
[[Kategorie:Chemische Reaktion]]

Asymmetrische Synthese - Versionsgeschichte

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