Moleküle mit Ci-Symmetrie

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Zentrosmmetrie tritt sehr häufig auf, ist aber meistens verbunden mit anderen Symmetrien. Man denke nur an O2, CO2, Ethen und Benzol. Einfache Moleküle der Punktgruppe Ci sind jedoch nicht bekannt. Mögliche Kandidaten dürfen nicht planar sein; die gleichzeitige Anwesenheit der Symmetrielemente i und σ gäbe mindestens C2h-Symmetrie. Wir diskutieren im Folgenden zwei aufschlussreiche Beispiele.

Als einfachstes Beispiel für die Punktgruppe Ci wird in Lehrbüchern das meso-1,2-Dichlor-1,2-difluorethan genannt. Dieses Beispiel versteckt ein Problem. Die beiden Molekülhälften CHClF sind durch eine C-C-Einfachbindung verknüpft und können sich leicht gegeneinander drehen. Die zentrosymmetrische Rotationsstellung entspricht zwar dem Grundzustand, aber andere Rotationsstellungen sind im Gleichgewicht vorhanden und haben nur C1-Symmetrie.

C2H2Cl2F2

Wir suchen jetzt nach einem möglichst starren, zentrosymmetrischen Molekül. Dabei ziehen wir Beispiele vor, deren Chemie auch in anderem Zusammenhang interessant ist. Und werden in der Klasse der Aminosäuren fündig. Wenn man chemisch robuste Aminosäuren stark erhitzt, bilden sich so genannte 2,5-Diketopiperazine. Wir nehmen als Beispiel Phenylalanin, egal ob als natürliches, enantiomerenreines (S)-Phenylalanin (älterer Name L-Phenylalanin) oder als racemisches Phenylalanin.

Phenylalanin

Beim Erhitzen der Aminosäure entsteht ein Isomerengemisch von 3,6-Dibenzyl-2,5-diketopiperazinen (R = Benzyl = C6H5CH2). Im Gemisch finden wir ein meso-Isomer mit der gesuchten Punktgruppe Ci; die beiden Benzyl-Grupen sind trans-ständig, stehen also auf verschiedenen Seiten des Rings. Ferner haben wir ein Enantiomerenpaar, bei dem die beiden Benzyl-Grupen cis-ständig sind und also auf der gleichen Seite des Rings stehen; die Punktgruppe dieser chiralen Moleküle ist C2.

Diketopiperazine

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