Overzicht
Een diastereomeer (ook diastereoisomeer) is een type stereoisomeer: moleculen met dezelfde brutoformule en bindingsvolgorde maar een verschillende driedimensionale rangschikking. In tegenstelling tot enantiomeren — spiegelbeeldisomeren die niet samen overvulbaar zijn — zijn diastereomeren géén spiegelbeelden van elkaar. Ze verschillen in minstens één, maar niet in alle, chirale centra of stereogene elementen in het molecuul. Dit verschil leidt vaak tot merkbare variatie in fysische en chemische eigenschappen, zoals smeltpunt, oplosbaarheid en reactiviteit.

Kenmerken en hoe je ze telt

Chirale centra (meestal enantiomere koolstofatomen met vier verschillende substituenten) bepalen grotendeels het aantal mogelijke stereoisomeren. Voor een molecuul met n onafhankelijke chirale centra geldt in veel gevallen een maximaal aantal stereoisomeren van 2n, maar daar bestaan uitzonderingen zoals meso-verbindungen die het totaal verminderen. Wanneer twee stereoisomeren niet elkaars spiegelbeeld zijn, noemt men ze diastereomeren. Voor een beknopte uitleg over dit onderscheid, zie uitleg over stereoisomerie.

Voorbeelden en speciale gevallen

  • Epimeren: dit zijn diastereomeren die alleen in één chirale centrum verschillen. Een klassiek voorbeeld uit de suikersfeer is het verschil tussen D-erythrose en D-threose; ze verschillen op één chiraal centrum en zijn daarom epimeren. Zie ook voorbeelden van suikers.
  • Meso-verbindingen: sommige moleculen hebben meerdere chirale centra maar door een interne spiegelvlak zijn ze achiraal en vormen geen paar enantiomeren; zulke gevallen verlagen het verwachte aantal stereoisomeren.
  • Geometrische isomerie: cis/trans- of E/Z-isomeren van alkenen zijn ook vormen van diastereomeren wanneer ze niet elkaars spiegelbeeld zijn.

Eigenschappen, scheiding en analyse

Diastereomeren hebben doorgaans verschillende fysische eigenschappen: verschillend smelt- en kookpunt, oplosbaarheid en chromatografisch gedrag. Daardoor zijn ze vaak gemakkelijker scheidbaar dan enantiomeren: een mengsel van diastereomeren kan gescheiden worden met gewone kolomchromatografie, kristallisatie of andere standaardfysische methoden. Enantiomeren vereisen daarentegen chiraal-selectieve methoden zoals chirale chromatografie of omzetting naar diastereomeren via chiraalreagentia. Instrumenteel worden diastereomeren onderscheiden met NMR, IR en massaspectrometrie en door optische activiteit en chiraalchromatografie; een beknopte toelichting op stereochemische termen staat in stereochemie bronnen.

Historie en relevantie

Het onderscheid tussen stereoisomeren ontstond in de 19e eeuw met werk van onder anderen Louis Pasteur en anderen die de invloed van ruimtelijke structuur op chemische en biologische eigenschappen aantoonden. In moderne chemie, farmacologie en biochemie is het begrip cruciaal: diastereomeren kunnen sterk verschillende biologische effecten en toxiciteit vertonen. Daarom is het in de ontwikkeling van geneesmiddelen en voedingsstoffen essentieel om zowel identiteit als zuiverheid van specifieke stereoisomeren te bepalen. Voor hun rol in biologische contexten zie chirale interacties.

Belangrijke verschillen met enantiomeren en tips

  1. Enantiomeren zijn spiegelbeeldrelaties; diastereomeren niet. Het onderscheid bepaalt welke scheidings- en analysemethoden bruikbaar zijn.
  2. Het aantal theoretische stereoisomeren kan worden berekend met 2n, maar rekenregels zijn niet absoluut: zie meer over tellen van stereocentra voor uitzonderingen zoals meso-structuren.
  3. In synthese en analyse is het vaak handig om diastereomeren te vormen als tussentijdse stap, omdat ze makkelijker te scheiden zijn dan enantiomeren.

Samengevat vormen diastereomeren een brede en praktische categorie binnen de stereochemie: ze verduidelijken waarom moleculen met dezelfde atomaire samenstelling heel verschillende eigenschappen en toepassingen kunnen hebben, en waarom ruimtelijke structuur van zulk groot belang is in zowel de fundamentele als toegepaste chemie.