Intramolekulare Wasserstoffbrücken in Aminosäuren.

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-Alanin bildet ein symmetrie-eindeutiges Konformer mit einer O-H···N Wasserstoffbrücke. Dieses Konformer hat eine unsymmetrische Geometrie vom Umschlag-Typ: die Atome der COOH-Gruppe, das -Kohlenstoffatom und das Stickstoffatom liegen fast genau in einer Ebene, während das -Kohlenstoffatom aus dieser Ebene herausragt. Bedingt durch diese Asymmetrie gibt es insgesamt zwei wasserstoffbrückengebundene Konformere, nämlich das in der Abbildung gezeigte und das dazu spiegelsymmetrische.

Obwohl sie keine asymmetrischen Kohlenstoffatome enthalten, bilden die beiden Konformere mit der O-H···N Wasserstoffbrücke ein Enantiomerenpaar, weil sie sich wie Bild und Spiegelbild zueinander verhalten. Das ist insoferne interessant, weil zwischen ihnen ein Reaktionsweg besteht, der die Wasserstoffbrückenbindung intakt lässt. Der Übergangszustand dieses Reaktionsweges ist nicht die spiegelsymmetrische Anordnung, in der die Atomkette H-O-C-C-C-N ein ebenes (aber unregelmäßes) Sechseck bildet. Statt dessen gibt es zwei unsymmetrische Übergangszustände, in denen die Aminogruppe um etwa 20° aus der spiegelsymmetrischen Anordnung verdreht ist (im bzw. gegen den Uhrzeigersinn). Daher gibt es auch zwei, hinsichtlich der Energiebarriere äquivalente Reaktionswege, die beide die Wasserstoffbrückenbindung aufrecht halten. Beide Wege vermeiden den Punkt der Achiralität und bleiben so von Anfang bis Ende chiral, wechseln aber zwischen Anfang und Ende die Händigkeit. Der entsprechende Ausschnitt der Energiehyperfläche rund um diesen achiralen Punkt ist neben diesem Absatz gezeigt.

So wie in Glycin sind die Konformere mit der Wasserstoffbrücke nicht die globalen Minima der Potenzialfläche. Der Grund dafür ist, dass die COOH-Gruppe in der cis-Orientierung, in der die Gruppen C=O und O-H auf der gleichen Seite der C-O-Bindung liegen, etwa 35 kJ/mol stabiler ist als in der trans-Stellung. Dadurch wird der Energiegewinn der Wasserstoffbrückenbindung von etwa 32 kJ/mol mehr als zunichte gemacht. Die Geometrie des globalen Minimums ist dadurch gekennzeichnet, dass die COOH-Gruppe und die Kohlenstoffatome und annähernd in einer Ebene liegen, aus der das Stickstoffatom herausragt. Das Carbonylsauerstoffatom und ein Wasserstoff der Aminogruppe kommen sich in dieser Anordnung nahe, aber nicht nahe genug um eine Wasserstoffbrücke ausbilden zu können.

Glycin.
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-Aminobuttersäure.

Arbeitsbereich Quantenchemie.

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