imported>DTSX5 am 16. Februar 2025 um 08:28 Uhr

2025-02-16T08:28:33Z

Neue Seite

'''Polyene''' sind [[Olefine]], also [[Organische Chemie|organische]] [[Chemische Verbindung|Verbindungen]], die nur aus Kohlenstoff- und Wasserstoffatomen bestehen und mindestens zwei [[Kohlenstoff]]-Kohlenstoff-[[Doppelbindung]]en (''kurz'' C=C-Doppelbindungen) enthalten. Je nach Anzahl der Doppelbindungen im [[Molekül]] unterscheidet man bei Polyenen zwischen [[Diene]]n (mit zwei), '''Trienen''' (mit drei), '''Tetraenen''' (mit vier), '''Pentaenen''' (mit fünf Doppelbindungen) usw.

Zu den Polyenen zählen beispielsweise die [[Carotine]] und das [[Polyethin]]. [[Polyolefine]] wie [[Polyethylen]] oder [[Polypropylen]] sind demgegenüber gesättigte Kettenmoleküle ohne C=C-Doppelbindungen.

== Klassifizierung und Nomenklatur ==
{| class="wikitable float-right"
|- style="background-color:#FFDEAD;"
! colspan="2" | Isomere Pentadiene
|- style="background-color:#FFFFFF;"
| align="center" | [[Datei:1,3-pentadiene (hydrogens).svg|150px|1,3-Pentadien]] konjugiertes Dien 1,3-Pentadien
|- style="background-color:#FFFFFF;"
| align="center" | [[Datei:1,4-pentadiene (hydrogens).svg|150px|1,4-Pentadien]] isoliertes Dien 1,4-Pentadien
|- style="background-color:#FFFFFF;"
| align="center" | [[Datei:1,2-pentadiene (hydrogens).svg|150px|1,2-Pentadien]] kumuliertes Dien 1,2-Pentadien
|}
Polyene unterscheiden sich in der Anordnung der Doppelbindungen, also der [[Konstitution (Chemie)|Konstitution]] des Moleküls:

* Liegen in einer Kohlenstoffkette die Doppel- und Einfachbindungen im direkten Wechsel vor, spricht man von [[Konjugation (Chemie)|konjugierten Doppelbindungen]] (Lateinisch ''conjugare'': zu einem Paar verbinden). Hier sind die Kohlenstoff-Doppelbindungen durch genau eine Kohlenstoff-Einfachbindung getrennt, wie z. B. bei [[1,3-Pentadien]]. Es können Wechselwirkungen (Konjugation) zwischen den Doppelbindungen stattfinden, durch welche die dazwischen liegenden Einfachbindungen einen „partiellen Doppelbindungscharakter“ erhalten können. Es muss jedoch berücksichtigt werden, dass die Länge der =C-C= Bindung auch ohne „Konjugation“ kleiner ist als bei Alkanen (sp2-sp2-Bindung). Gelegentlich werden solche Verbindungen als ''Konjuene'' bezeichnet.

* Bei [[Isolierte Doppelbindung|isolierten Doppelbindungen]] sind die Doppelbindungen durch mindestens zwei C-C-[[Einfachbindung]]en voneinander getrennt, wie z. B. bei [[1,4-Pentadien]]. Die Doppelbindungen zeigen in der Regel keine Wechselwirkungen untereinander.

* Bei [[kumulierte Doppelbindungen|kumulierten Doppelbindungen]] (Lateinisch ''cumulatus'': gehäuft, ''cumulus'': Haufe) wird die Reihe der Kohlenstoff-Doppelbindungen nicht durch Kohlenstoffeinfachbindungen unterbrochen, wie z. B. bei [[1,2-Pentadien]]. Entlang der kumulierten Doppelbindungen sind die Kohlenstoffatome linear angeordnet, da die zentralen Kohlenstoffatome in sp-[[Hybridorbital|Hybridisierung]] vorliegen. Verbindungen mit zwei kumulierten Doppelbindungen werden [[Allene]], Verbindungen mit drei oder mehr kumulierten Doppelbindungen werden [[Kumulene]] genannt.<ref name="Hauptmann">[[Siegfried Hauptmann]]: Organische Chemie, 2. Auflage, VEB Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, Leipzig, 1985, S. 245, ISBN 3-342-00280-8.</ref>

In Analogie zu den Polyenen und [[Polyine]]n (mit mehreren Dreifachbindungen) bezeichnet man Verbindungen mit mehreren C=C-Doppel- und mehreren C≡C-[[Dreifachbindung]]en als [[Polyenine]].

Der Name eines Polyens leitet sich wie der eines Alkens von demjenigen des entsprechenden [[Alkane|Alkans]] ab, wobei die Endung ''-an'' durch das die Anzahl der Doppelbindungen repräsentierende griechische Zahlwort (''di'', ''tri'', ''tetra'' usw.) und die die C=C-Doppelbindung kennzeichnende Endung ''-en'' ersetzt wird. Die Positionen der Doppelbindungen werden durch vorangestellte, von Kommas getrennte arabische Zahlen angegeben. Die Nummerierung der Bindungen wird so vorgenommen, dass im Namen des Polyens die kleinstmöglichsten Zahlen für die an den Doppelbindungen beteiligten C-Atome verwendet werden. Die Zahlen werden durch einen Bindestrich mit dem Namen verknüpft.
Beispiel: Butan (Alkan) → Buten (Alken, eine Doppelbindung) → 1,2-Butadien (Dien, zwei Doppelbindungen an Position 1 und 2 in der Kohlenstoffkette). Nach der gültigen [[IUPAC-Nomenklatur]] werden die Zahlen nach dem Wortstamm des entsprechenden [[Alkane|Alkans]] zwischen zwei Bindestrichen in den Namen des Polyens integriert. Beispiele: Buta-1,2-dien, Buta-1,3-dien.

== Vorkommen ==
Polyene sind in der Natur weit verbreitet. Meist sind es farbige Verbindungen. Zu den Polyenen zählt man beispielsweise die [[Carotinoide]], [[Annulene]] und [[Cyclooctatetraen]], [[Cyanine|Cyanin]]- und [[Polymethine|Polymethin]]-[[Farbstoff]]e, [[Fecapentaene]], [[Gamone]] und [[Leukotriene]]. [[Fettsäuren]] mit mehreren Doppelbindungen (Polyenfettsäuren) wie [[Linolsäure]] und [[Arachidonsäure]] gehören ebenso zu den Polyenen wie verschiedene sogenannte [[Makrolide]], darunter [[Makrolidantibiotikum|Makrolid]]-[[Antibiotika]] und [[Antimykotika]] wie [[Nystatin]], [[Natamycin]], [[Amphotericin B]] und [[Candicidin]].

== Eigenschaften ==
=== Struktur ===
Die [[Chemische Bindung|Bindungslänge]] der Einfach- und Doppelbindungen in Polyenen unterscheidet sich von denen in [[Alkane]]n oder [[Alkene]]n wie [[Ethen]]. [[Kohlenstoff|C-C]]-Einfachbindungen haben üblicherweise eine Länge von 0,154 [[Nanometer|nm]].<ref name="Joachim Buddrus">{{Literatur | Autor = Joachim Buddrus | Titel = Grundlagen Der Organischen Chemie | Verlag = Walter de Gruyter | ISBN = 3-11-024894-8 | Jahr = 2011 | Online = {{Google Buch | BuchID = UPsflPVV1-YC | Seite = 368 }} | Seiten = 368 }}</ref> C=C-Doppelbindungen sind 0,134 nm lang.<ref name="Joachim Buddrus" /> C-C-Einfachbindungen jedoch, die auf eine C=C-Doppelbindung folgen, sind kürzer als 0,1526 nm.

Dieses liegt daran, dass aufgrund der sp²-[[Hybrid-Orbital|Hybridisierung]] des Kohlenstoff-Atoms, das an der Einfach- und an der Doppelbindung beteiligt ist (im Fall von [[1,3-Butadien]] in der rechten Abbildung die C-Atome 2 und 3), die bindenden [[Molekülorbital]]e eine geringere räumliche Ausdehnung haben als bei einer sp³-Hybridisierung in Alkan-Molekülen.

==== Konformation ====
[[Datei:Cisoid-transoid.png|gerahmt|rechts|Cisoide und transoide Doppelbindungen bei 2,4-Hexadien]]
Polyene besitzen C-C-Einfachbindungen, um welche Molekülteile rotieren können. Dadurch sind verschiedene, [[Energie|energetisch]] unterschiedliche Zustände ([[Konformation]]en) des Moleküls möglich.

Aus der Drehung um die Einfachbindungen ergeben sich Konformationen, bei denen zwei Doppelbindungen auf der gleichen Seite von der Einfachbindung aus gesehen liegen oder auf gegenüberliegenden. Man spricht dann von cisoiden oder transoiden Doppelbindungen.

==== Konfiguration ====
Aufgrund der im Molekül vorkommenden C=C-Doppelbindungen tritt in Polyenen das Phänomen der [[cis-trans-Isomerie|''E/Z''- bzw. ''cis-trans''-Isomerie]] auf. An jeder Doppelbindung sind zwei verschiedene räumliche Ausrichtungen ([[Konfiguration (Chemie)|Konfigurationen]]) der Kohlenstoff-Kette möglich. Da diese Konfigurationen nur durch das Brechen und Wiederherstellen von [[Chemische Bindung|Bindungen]], in diesem Fall des <math>\pi</math>-Bindungsanteils der C=C-Doppelbindung, ineinander überführt werden können, ergeben sich daraus unterschiedliche [[Stereoisomerie|Stereoisomere]], die als [[Diastereomer|Diastereomere]] bezeichnet werden. Mit steigender Anzahl an Doppelbindungen im Polyen-Molekül steigt auch die Anzahl der Möglichkeiten für verschiedene Kombinationen aus ''cis''- und ''trans''-konfigurierten Doppelbindungen und damit die Anzahl der möglichen [[Isomer|Konfigurations- oder Stereoisomer]]e.

==== Mesomerie ====
Bei den konjugierten Polyenen hat zusätzlich die [[Mesomerie]] ähnlich wie bei [[Benzol]] und anderen [[Aromaten]] einen Einfluss auf die Bindungslängen und -verhältnisse.

[[Datei:Butadien mesomerie.png|gerahmt|zentriert|Mesomerie beim [[1,3-Butadien]]. Dargestellt ist die Elektronendichte (von links nach rechts): 
'''1.''' CC-Doppelbindungen zwischen den C-Atomen 1 und 2 bzw. 3 und 4; '''2.''' CC-Doppelbindung zwischen den C-Atomen 2 und 3; '''3.''' Resonanz-Hybridorbital aus den Zuständen '''1.''' und '''2.''']]

So existieren von 1,3-Butadien zwei mesomere Grenzstrukturen, die sich durch unterschiedliche [[Elektron]]en-Verteilungen auszeichnen (''siehe'' Abbildung oben). Alle Kohlenstoff-Atome sind sp²-[[Hybrid-Orbital|hybridisiert]]. D. h., dass jedes Kohlenstoff-Atom ein senkrecht zur Molekülebene stehendes pz-[[Atomorbital]] besitzt, das durch Überlappung mit einem pz-Orbital eines benachbarten Kohlenstoff-Atoms eine [[Doppelbindung]] (genauer gesagt eine <math>\pi</math>-Bindung) ausbilden kann. Aber auch mit weiter entfernten Kohlenstoff-Atomen ist dieses möglich, aber weniger wahrscheinlich.

Folglich kann man für 1,3-Butadien zwei Strukturen formulieren:

#Überlappung der pz-Orbitale von Kohlenstoff-Atom 1 und 2 bzw. 3 und 4 und Ausbildung der entsprechenden Doppelbindungen.
#Durch Überlappung der pz-Orbitale von Kohlenstoff-Atom 2 und 3 wird eine zentrale Doppelbindung ausgebildet. Die pz-Orbitale von Kohlenstoff-Atom 1 und 4 können ebenso miteinander wechselwirken. Dieses ist aber schon aus räumlichen Gesichtspunkten sehr unwahrscheinlich, womit 1,3-Butadien in dieser mesomeren Struktur nur zu geringen Anteilen vorliegt.

Weder Struktur 1 noch 2 kann für sich allein genommen die tatsächlichen Bindungsverhältnisse wiedergeben. Durch Überlagerung dieser beiden Strukturen erhält man ein so genanntes [[Mesomerie|Resonanzhybrid]] für 1,3-Butadien, eine Mischform aus den beiden mesomeren Grenzformen 1 und 2. Diese zeigt eine über das gesamte Molekül verteilte ([[Delokalisation|delokalisierte]]) <math>\pi</math>-Elektronendichte. Bei größeren Polyenen steigt die Anzahl der Möglichkeiten zur Überlappung und damit die Ausdehnung des <math>\pi</math>-Elektronensystems.

Ausgehend von diesen Überlegungen lässt sich zusammenfassend sagen, dass die Doppelbindungen in 1,3-Butadien und anderen konjugierten Polyenen zu einem gewissen Grad Eigenschaften von Einfachbindungen und umgekehrt Einfachbindungen auch einen partiellen Doppelbindungscharakter aufweisen.

=== Stabilität ===
Ein relatives Maß für die Stabilität von Kohlenwasserstoffen mit [[Mehrfachbindung]]en wie der Polyene ist die so genannte [[Hydrierwärme]]. Das ist die [[Energie]], die frei wird, wenn [[Wasserstoff]] an die Doppelbindungen [[Additionsreaktion|addiert]] wird ([[Hydrierung]]). Dabei beobachtet man, dass bei der Hydrierung konjugierter Polyene weniger Energie freigesetzt wird als bei nichtkonjugierten Polyenen.

== Verwendung ==
Es gibt Polyene, die in Form von [[Antimykotikum|Antimykotika]] zur Behandlung von [[Pilz]]infektionen herangezogen werden. Dieses sind sogenannten [[Makrocyclische Verbindungen|Makrocyclen]], größere ringförmige Polyene mit vielfach [[Hydroxylierung|hydroxylierten]] Bereichen. Dadurch erhalten diese Verbindungen einen [[amphiphil]]en Charakter. Beispielhaft seien [[Natamycin]], [[Filipin]], [[Nystatin]] sowie [[Amphotericin B]] genannt.

== Einzelnachweise ==
<references />

[[Kategorie:Polyen| ]]
[[Kategorie:Kohlenwasserstoff| Polyene]]
[[Kategorie:Stoffgruppe]]

Polyene - Versionsgeschichte

imported>DTSX5 am 16. Februar 2025 um 08:28 Uhr