Topologische Isomerie

Begriff und Auftreten

Topologische Isomerie ist ein Begriff der Stereochemie. Sie tritt bei Molekülen auf, deren Bestandteile chemisch eigenständig sind, aber durch eine mechanische Verknüpfung zusammengehalten werden. Dazu gehören besonders Catenane und Rotaxane; auch Knotane können topologische Isomerie zeigen.

Man spricht in diesem Zusammenhang auch von mechanisch verzahnten Molekülen und einer mechanischen Bindung. Die zugrunde liegenden Ideen stammen aus der mathematischen Topologie und werden in der Chemie unter anderem mithilfe der Graphentheorie verwendet.

Umwandlung und Trennung

Topologische Isomere können nicht ohne Veränderung von Bindungen ineinander überführt werden: Dafür muss mindestens eine Bindung gebrochen und anschließend neu geknüpft werden. Dies unterscheidet die topologische Isomerie von der Topomerisierung, bei der keine Bindungen gelöst werden.

Topologische Isomere lassen sich beispielsweise durch chirale Hochleistungsflüssigkeitschromatographie trennen.

Synthese und Vorkommen

Die Synthese topologischer Isomere gelang 1964 durch die Herstellung verketteter Makromoleküle. In der Natur wurden außerdem catenanartig verschlungene Desoxyribonukleinsäuren nachgewiesen.