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[[Datei:Milchsäure Enantiomerenpaar.svg|miniatur|300px|klasse=skin-invert-image|Spiegelbildisomerie bei Milchsäure]]
Die '''Stereochemie''' ist ein Teilgebiet der [[Chemie]], das im Wesentlichen zwei Aspekte behandelt:
* die Lehre vom dreidimensionalen Aufbau der [[Molekül]]e, die die gleiche chemische Bindung und Zusammensetzung, aber eine verschiedene Anordnung der [[Atom]]e aufweisen, wobei die [[Konstitution (Chemie)|Konstitution]], [[Konfiguration (Chemie)|Konfiguration]] und [[Konformation]] den dreidimensionalen Aufbau des Moleküls bestimmen (stereochemische Isomerie)
* die Lehre vom räumlichen Ablauf chemischer Reaktionen stereoisomerer Moleküle (stereochemische Dynamik).

Das Studium stereochemischer Phänomene erstreckt sich auf das gesamte Gebiet der [[Organische Chemie|organischen]], [[Anorganische Chemie|anorganischen]], [[Physikalische Chemie|physikalischen]] und [[Supramolekulare Chemie|supramolekularen]] Chemie sowie der [[Biochemie]].

== Geschichtliche Entwicklung ==
[[Datei:Louis Pasteur.jpg|miniatur|hochkant|Louis Pasteur, vor 1879]]
Nach Entwicklung der Atomtheorie von [[John Dalton]] gingen die Überlegungen dahin, wie die Atome räumlich angeordnet sein könnten. Bereits 1808 postulierte [[William Hyde Wollaston]] für Verbindungen des Typs AB4 eine tetraedrische Anordnung. Ausführlich beschäftigte sich auch [[André-Marie Ampère]] 1814 mit der dreidimensionalen Anordnung von Atomen in Molekülen insbesondere in Kristallen, wobei er unterschiedliche Formen durch das Ineinanderschieben von Tetraedern und Oktaedern erklärte. [[Leopold Gmelin]] entwickelte in den 1840er Jahren eine Kerntheorie für die Struktur von organischen Verbindungen. Danach war „Äthen“ der Stammkern mit einem kubischen Aufbau, von dem sich andere Verbindungen ableiteten. Zumindest regte er mit seiner Theorie weitere ernsthafte Auseinandersetzungen mit der räumlichen Struktur organischer Verbindungen an.

[[Louis Pasteur]] gelang 1848 die erste [[Racematspaltung]] durch Sortierung [[Enantiomer|enantiomerer]] Kristalle des Weinsteins. Pasteur vermutete auch als Erster, dass das Phänomen der [[Optische Aktivität|optischen Drehung]], die von [[Jean-Baptiste Biot]] 1813 entdeckt wurde, auf das Vorliegen spiegelbildlicher Moleküle zurückzuführen sei.

Sowohl [[Archibald Scott Couper]] als auch [[Friedrich August Kekulé]] postulierten 1858, dass auch Kohlenstoffatome untereinander verknüpft sein könnten und stellten entsprechende Formeln auf, die den heutigen [[Konstitutionsformel]]n schon sehr ähnlich waren.

Die nach 1865 einsetzende Diskussion über die Formel von [[Benzol]] war stereochemischer Natur, weil hierbei auch dreidimensionale Strukturen Berücksichtigung fanden. [[Johannes Wislicenus]] beschäftigte sich in den 1860er Jahren mit [[Milchsäure]]isomeren, deren optischer Aktivität und dreidimensionalen Aufbau.<ref>{{Literatur|Autor=Kurt Hermann|Titel=Stereochemie vor van’t Hoff und Le Bel|Sammelwerk=Chemie in unserer Zeit|Band=8|Nummer=5|Jahr=1974|Seiten=129–134|DOI=10.1002/ciuz.19740080502}}</ref>

Die eigentliche Lehre von der räumlichen Anordnung der Atome wurde 1874 von [[Jacobus Henricus van't Hoff|van't Hoff]] und [[Joseph Le Bel]] angeregt und basiert auf drei im 19. Jahrhundert entwickelten Erkenntnissen der Atomtheorie und der tetraedischen Bindung des Kohlenstoffs, der Strukturtheorie der chemischen Bindung und der optischen Drehung. So knüpfte van’t Hoff an die von [[Emil Erlenmeyer]] und Johannes Wislicenus geführte Diskussion über die Konstitution von Milchsäure an. Im Weiteren schlug er unterschiedliche Strukturformeln für isomere Verbindungen ([[Kohlenwasserstoffe]], [[Alkohole]], [[organische Säure]]n) mit asymmetrischen Kohlenstoffatomen vor, wobei das Tetraedermodell hierbei eine wichtige Grundlage bildete. Er entwickelte auch eine Vorstellung der [[Doppelbindung]] zwischen Kohlenstoffatomen, bei der zwei Tetraeder eine gemeinsame Kante aufweisen.<ref>{{Literatur|Autor=Otto Krätz|Titel=Das Porträt: Jacobus Henricus van’t Hoff 1852–1911|Sammelwerk=Chemie in unserer Zeit|Band=8|Nummer=5|Jahr=1974|Seiten=135–142|DOI=10.1002/ciuz.19740080503}}</ref>

Einen weiteren Meilenstein stellen die Arbeiten [[Emil Fischer]]s zur Struktur der Kohlenhydrate und die Beschreibung deren Stereochemie durch die [[Fischer-Projektion]] dar. Die Arbeiten Fischers wurden 1902 mit dem [[Nobelpreis für Chemie]] ausgezeichnet.

[[Alfred Werner (Chemiker)|Alfred Werner]]s Studien zur Stereochemie von Koordinationsverbindungen des Kobalts, die 1913 ebenfalls mit dem Nobelpreis für Chemie ausgezeichnet wurden, können zugleich auch als Beginn der [[Komplexchemie]] angesehen werden.

Auch [[Vladimir Prelog]]s Forschungen über die Stereochemie organischer Moleküle und Reaktionen wurden 1975 mit dem Nobelpreis ausgezeichnet.<ref>[http://nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/1975/prelog-lecture.pdf Nobelpreisvortrag von Prelog] (PDF; 663 kB)</ref> Die von ihm mitentwickelte [[Cahn-Ingold-Prelog-Konvention]] dient zur stereochemischen Beschreibung von organischen Molekülen.

== Isomerie ==
[[Datei:Isomerism-ball-de.svg|miniatur|300px|klasse=skin-invert-image|Einteilung verschiedener Arten von Isomerie]]
{{Hauptartikel|Isomerie}}
Isomerie liegt vor, wenn Moleküle bei gleicher [[Summenformel]] verschiedene räumliche Strukturen aufweisen können. Die ''Konformationsisomerie'' beruht auf der Drehung um eine Einfachbindung eines [[Molekül]]s, so dass die Substituenten der über die Einfachbindung verknüpften Atome zueinander verschiedene Positionen einnehmen können. Moleküle, die sich nur in dieser spezifischen Anordnung der Atome unterscheiden, werden als ''Konformere'' bezeichnet. ''Spiegelbildisomerie'' tritt bei chemischen Verbindungen auf, die sich zu einem Gegenstück verhalten wie dessen Spiegelbild. Die entsprechenden chemischen Verbindungen werden [[Enantiomere]] oder optische Antipoden genannt. Diese Art der Isomerie kann auf einem [[Stereozentrum]], einer [[Axiale Chiralität|chiralen Achse]] oder auf [[Planare Chiralität|planarer]] oder [[Helicale Chiralität|helicaler]] Chiralität beruhen. Aus der [[Gruppentheorie]] ergibt sich, dass die Abwesenheit einer [[Drehspiegelung|Drehspiegelachse]] die notwendige und ausreichende Bedingung für das Auftreten von Enantiomeren ist. Diastereomerie liegt vor, wenn bei Molekülen mit mehreren [[Stereozentrum|Stereozentren]] diese zum Teil in der gleichen und teilweise in verschiedenen Konfigurationen vorliegen.

''Funktionsisomerie'' liegt vor, wenn Moleküle bei gleicher Summenformel unterschiedliche [[funktionelle Gruppe]]n aufweisen. Als ''Skelettisomerie'' bezeichnet man das Vorliegen von verschiedenen Gerüsten. ''Stellungsisomerie'' tritt bei Molekülen auf, bei denen gleiche funktionelle Gruppe an verschiedenen Positionen im Gerüst auftreten. Die cis-trans-Isomerie oder (''Z'')-(''E'')-Isomerie ist eine Sonderform der Stellungsisomerie. Sie tritt auf bei Verbindungen, bei denen zwei oder mehr hinsichtlich der Stellung von Substituenten bezüglich einer [[Referenzebene]] unterscheiden. Als ''Bindungsisomerie'' oder ''[[Valenzisomerie]]'' bezeichnet man das Vorkommen von verschiedener Anzahl [[Σ-Bindung|σ]]- und [[π-Bindung]]en in Molekülen.

== Stereochemische Begriffe ==
=== Symmetrieeigenschaften und -operationen ===
Die Stereochemie behandelt die Symmetrieeigenschaften von Molekülen. Die [[Molekülsymmetrie]] kann Symmetrieachsen aufweisen, ein Symmetriezentrum oder eine Symmetrieebene. Es gibt vier fundamentale Symmetrieoperationen, die Spiegelung, die Rotation und die Inversion, sowie bei Festkörpern die Translation.

=== Symmetrieachse Cn ===
Die Symmetrie- oder Drehachse<ref>[http://www.pci.tu-bs.de/aggericke/PC4/Kap_IV/Cn-Op.html Drehachsen Cn]</ref> beschreibt eine Achse im Molekül, bei der durch Rotation des Moleküls um den Drehwinkel 360°/n die neue Anordnung der Atome im Molekül mit der vorherigen deckungsgleich ist. Ein Beispiel für ein Molekül der Punktgruppe C2 ist das Wasser, ein Beispiel für die Punktgruppe C3 ist das Ammoniak. Das Benzol weist sowohl eine C2-Achse als auch eine C6-Achse auf.

=== Symmetrieebene σ ===
Die Symmetrie- oder Spiegelebene<ref>Karl-Heinz Hellwich: ''Stereochemie: Grundbegriffe'', S. 96 ({{Google Buch| BuchID = wxfvcFcZteoC | Seite =96}}).</ref> beschreibt eine Ebene im Molekül, welches das Molekül in zwei symmetrisch übereinstimmende Hälften teilt. Je nachdem, wo die Symmetrieebene im Molekül liegt, unterscheidet man Ebenen entlang der Hauptachse des Moleküls, bezeichnet als σv (von vertikal). Verläuft die Ebene senkrecht zur Hauptachse des Moleküls wird diese als σh bezeichnet (von horizontal), Ebenen, die diagonal verlaufen, werden σd genannt.

=== Inversionszentrum i ===
Ein Inversions- oder Symmetriezentrum überführt alle Atome durch Spiegelung an einem zentralen Punkt in symmetrieäquivalente Atome. Moleküle mit einem Inversionszentrum sind unpolar. Bei geradzahligen Molekülen liegt das Inversionszentrum nicht auf einem Atom des Moleküls, zum Beispiel beim [[Benzol]], bei ungeradzahligen Molekülen fällt das Inversionszentrum auf ein Atom, zum Beispiel das Kohlenstoffatom bei [[Kohlenstoffdioxid]].

=== Drehspiegelachse Sn ===
Eine Drehspiegelachse überführt die Atome in einem Molekül durch eine Drehung um einen Winkel von 360°/n und anschließende Spiegelung in symmetrieäquivalente Atome. Die Spiegelebene steht dabei senkrecht zur Drehachse. Das Symmetrieelement S1 entspricht einer Symmetrieebene σ, das Symmetrieelement S2 entspricht einem Inversionszentrum i.

== Grafische Darstellung der Stereochemie ==
Die grafische Darstellung der stereochemischen Konfiguration wird in den [[IUPAC]]-Empfehlungen von 2006 beschrieben.<ref>{{Literatur |Autor=Jonathan Brecher |Titel=Graphical representation of stereochemical configuration (IUPAC Recommendations 2006) |Sammelwerk=[[Pure and Applied Chemistry]] |Band=78 |Nummer=10 |Datum=2006 |Seiten=1897–1970 |DOI=10.1351/pac200678101897}}</ref> Die gängigste Art, räumliche Konfigurationen darzustellen ist die Verwendung spezieller Bindungstypen, wie keilförmige ([[Datei:Stereochemical representation - solid wedged bond.svg|30px|klasse=skin-invert-image]]), gestrichelte ([[Datei:Stereochemical representation - hashed wedged bond.svg|30px|klasse=skin-invert-image]]) oder wellenförmige ([[Datei:Stereochemical representation - waved bond.svg|30px|klasse=skin-invert-image]]) Bindungen, bei einer ansonst ebenen Darstellung. Die kompakte keilförmige Darstellung wird für die Bindung zu einem Atom in der Zeichenebene zu einem Atom vor der Zeichenebene verwendet. Die gestrichelte keilförmige Darstellung entsprechend für die Bindung zu einem Atom hinter der Zeichenebene. Ist die stereochemische Konfiguration unspezifiziert, kommt die wellenförmige Darstellung zum Einsatz.

Die beiden keilförmigen Bindungen werden bevorzugt jeweils so angeordnet, dass sich das schmale Ende von dem Atom in der Zeichenebene ausgeht und das breite Ende bei dem Atom oberhalb, bzw. unterhalb der Zeichenebene endet.

{{Formel |datei=[[Datei:Mesotartaric acid.svg|rahmenlos|hochkant=0.6|klasse=skin-invert-image]] |text=Bevorzugte stereochemische Darstellung der ''meso''-Weinsäure }}

Die wellenförmige Darstellung einer Bindung wird verwendet, wenn die Stereochemie unspezifiziert ist. Nach dem IUPAC-Empfehlungen wird jedoch eine normale Bindung in diesem Fall bevorzugt.
{{Formel |datei=[[Datei:Representation of a chemical structure with unspecified stereochemical configuration.svg|rahmenlos|klasse=skin-invert-image|hochkant=0.8]] |text=Darstellung einer chemischen Struktur mit unspezifizierter stereochemischer Konfiguration 1: bevorzugte Darstellung 2: akzeptierte Darstellung }}

Bei [[Alkene]]n mit einer unspezifizierten [[Cis-trans-Isomerie|''cis''-''trans''-Konfiguration]] wird ebenfalls in der Strukturformel die entsprechende Bindung als Wellenlinie dargestellt. Bei einer Doppelbindung mit drei [[Substituent]]en wird die gewellte Bindung bevorzugt an der Seite mit einem Substituenten platziert und sie darf sich nicht zwischen der Doppelbindung und einem weiteren [[Stereozentrum]] befinden. Wird die gewellte Bindung auf der Doppelbindungsseite mit zwei Substituenten verwendet, sollten beide Substituenten vorzugsweise mit einer Wellenbindung dargestellt werden. Mitunter wird eine unspezifizierte ''cis''-''trans''-Konfiguration durch eine gekreuzte Doppelbindung dargestellt. Diese Darstellung soll nach den [[IUPAC]]-Empfehlungen nicht verwendet werden.
{{Formel |datei=[[Datei:Double bonds of unspecified configuration.svg|rahmenlos|hochkant=1.2|klasse=skin-invert-image]] |text=Strukturformel mit einer unspezifizierten ''cis''-''trans''-Konfiguration. 1: Bevorzugte Darstellung 2 und 3: Nach IUPAC nicht akzeptierte Darstellungen}}

== Siehe auch ==
* [[Absolute Konfiguration]]
* [[Axiale Chiralität]]
* [[Baeyer-Spannung]]
* [[Chiralität (Chemie)|Chiralität]]
* [[Cis-trans-Isomerie]]
* [[Diastereomere]]
* [[Diederwinkel]]
* [[Diederwinkel|Enantioselektive Synthese]]
*[[Helicale Chiralität]]
* [[In-Out-Isomerie]]
* [[Konfiguration (Chemie)]]
* [[Konformere]]
* [[Konstitution (Chemie)]]
* [[Mutarotation]]
* [[Optische Aktivität]]
*[[Planare Chiralität]]
* [[Punktgruppe]]
* [[Primärstruktur]]
* [[Racemat]]
* [[Selektivität (Chemie)]] / [[Regioselektivität]]
* [[Regioselektivität|Stereoselektive Synthese]]
* [[Valenzisomere]]
* [[Walden-Umkehr]]

== Einzelnachweise ==
<references />

== Literatur ==
* [[Kurt Mislow]]: ''Einführung in die Stereochemie'', Verlag Chemie, Weinheim 1972 (Nachdruck der 1. Auflage von 1967), ISBN 3-527-25196-0.
* {{Literatur|Autor=Ernest L. Eliel|Titel=Die Entwicklung der Stereochemie seit Le Bel und van’t Hoff|Sammelwerk=[[Chemie in unserer Zeit]]|Band=8|Nummer=5|Jahr=1974|Seiten=148–158|DOI=10.1002/ciuz.19740080505}}
* [[Hermann J. Roth]], [[Christa E. Müller]], Gerd Folkers: ''Stereochemie & Arzneistoffe'', Wissenschaftliche Verlagsgesellschaft mbH, Stuttgart 1998, ISBN 3-8047-1485-4.
* Bernhard Testa: ''Grundlagen der Organischen Stereochemie''. Verlag Chemie, Weinheim, 1983, ISBN 3-527-25935-X.
* [[Jost Weyer]]: ''Hundert Jahre Stereochemie – Ein Rückblick auf die wichtigsten Entwicklungsphasen.'' In: ''[[Angewandte Chemie (Zeitschrift)|Angewandte Chemie]]''. Band 86, Nr. 17, 1974, S. 604–611, {{DOI|10.1002/ange.19740861702}}.
* [[Ernest L. Eliel]], S. H. Wilen: ''Organische Stereochemie'', Verlag Wiley–VCH, Weinheim 1998, ISBN 3-527-29349-3.
* Adam Sobanski, Roland Schmider, [[Fritz Vögtle]]: ''Topologische Stereochemie und Chiralität''. In: ''[[Chemie in unserer Zeit]]''. Band 34, Nr. 3, 2000, S. 160–169, {{DOI|10.1002/1521-3781(200006)34:33.0.CO;2-6}}.

== Weblinks ==
* [http://online-media.uni-marburg.de/chemie/bioorganic/stereo/pdf/pdf.html Vorlesung Stereochemie der Universität Marburg]

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Stereochemie - Versionsgeschichte

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