4.8 : Racemische Mischungen und die Trennung von Enantiomeren

Eine razemische Mischung oder Racemat ist eine äquimolare Mischung von Enantiomeren eines Moleküls, die durch ihre einzigartige Wechselwirkung mit chiralen Molekülen oder Medien getrennt werden können. Racemische Gemische werden mit dem Präfix (±)- gekennzeichnet. Dieser „optische Rotationsdeskriptor“ gilt für die gesamte Lösung einer racemischen Mischung und nicht für ein bestimmtes Stereoisomer. Enantiomere haben in der Regel die gleichen physikalischen und chemischen Eigenschaften. Daher sind sie nicht leicht trennbar. Enantiomere können jedoch unterschiedliche Eigenschaften aufweisen, wenn sie mit chiralen Medien interagieren. Beispielsweise können Enantiomere eines Moleküls unterschiedlich mit den chiralen Geruchsrezeptoren in unserem Körper interagieren, sodass jedes Enantiomer einzigartig riecht.

Racemische Gemische können daher mit einem einzigartigen Verfahren namens Enantiomerentrennung getrennt werden. Dabei reagieren die Enantiomere mit einem chiralen Trennmittel unter Bildung von Diastereomeren. Diese Diastereomere lassen sich leicht trennen und wieder umwandeln, um enantiomerenreine Moleküle zu erhalten. Abhängig von der Molekülstruktur kann die Wechselwirkung zwischen den chiralen Trennmitteln und Enantiomeren entweder kovalent, ionisch oder eine schwache intermolekulare Wechselwirkung mit Van-der-Waals-Kräften sein. Einige racemische Gemische können jedoch ohne die Anwesenheit eines chiralen Trennmittels eine spontane Spaltung erfahren. Beispielsweise unterliegt die razemische Mischung eines N-trifluoracetylierten α-Aminoalkohols in Tetrachlorkohlenstoff einer spontanen Spaltung.

Die Auflösungsprozesse lassen sich allgemein in chirale und kinetische Auflösung einteilen. Bei einer chiralen Racematspaltung entstehen durch die Wechselwirkung der razemischen Mischung mit einem reinen Enantiomer Diastereomere. Diese werden dann aufgrund der unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften getrennt. Bei der kinetischen Racematspaltung basiert die Enantiomerentrennung auf der unterschiedlichen Reaktionsgeschwindigkeit der Enantiomere mit einem chiralen Katalysator. Im Gegensatz zur ersteren nutzt die kinetische Trennung den Unterschied in den chemischen Eigenschaften der Ausgangsmaterialien in der racemischen Mischung aus.