Diastereomere sind eine spezielle Klasse von Stereoisomeren. Es handelt sich dabei um Verbindungen, die die gleiche Summenformel und Konstitution besitzen, sich jedoch in der räumlichen Anordnung ihrer Atome unterscheiden und dabei nicht wie Bild und Spiegelbild zueinander sind. Im Gegensatz zu Enantiomeren, bei denen sich alle Stereozentren in ihrer Konfiguration unterscheiden, weisen Diastereomere mindestens ein gleiches Stereozentrum auf, während sich mindestens ein anderes Stereozentrum unterscheidet. Sie sind somit weder identisch noch spiegelbildlich zueinander.

Der grundlegende Unterschied zu Enantiomeren liegt in ihren Eigenschaften. Während Enantiomere in einer achiralen Umgebung identische physikalische Eigenschaften (wie Schmelzpunkt, Siedepunkt, Dichte, Löslichkeit und Brechungsindex) sowie identische chemische Reaktivitäten aufweisen und sich lediglich in der Richtung der Drehung von polarisiertem Licht unterscheiden, ist dies bei Diastereomeren anders. Diastereomere besitzen aufgrund ihrer unterschiedlichen räumlichen Anordnung verschiedene physikalische Eigenschaften. Sie haben unterschiedliche Schmelzpunkte, Siedepunkte, Löslichkeiten, Dichten und auch unterschiedliche spezifische Drehwerte für polarisiertes Licht. Auch ihre chemische Reaktivität kann sich deutlich voneinander unterscheiden.

Ein klassisches Beispiel für Diastereomere sind Verbindungen mit mehreren Stereozentren, wie etwa 2,3-Dichlorbutan. Hier existieren vier Stereoisomere: (2R,3R)-, (2S,3S)-, (2R,3S)- und (2S,3R)-2,3-Dichlorbutan. Die (2R,3R)- und (2S,3S)-Formen sind Enantiomere zueinander. Ebenso sind die (2R,3S)- und (2S,3R)-Formen Enantiomere. Jedoch sind (2R,3R)-2,3-Dichlorbutan und (2R,3S)-2,3-Dichlorbutan Diastereomere, da sich nur das Stereozentrum an C3 unterscheidet, während das an C2 gleich ist. Ein weiteres prominentes Feld, in dem Diastereomere eine große Rolle spielen, ist die Kohlenhydratchemie. Glucose, Mannose und Galactose sind beispielsweise alle Diastereomere voneinander.

Auch cis/trans-Isomere (geometrische Isomere) von Alkenen oder cyclischen Verbindungen werden als eine spezielle Art von Diastereomeren betrachtet. Sie unterscheiden sich in der relativen Position von Substituenten an einer Doppelbindung oder in einem Ring und sind nicht spiegelbildlich zueinander. Beispielsweise sind cis-2-Buten und trans-2-Buten Diastereomere, da sie unterschiedliche physikalische Eigenschaften aufweisen und keine Spiegelbildbeziehung zueinander besitzen.

Aufgrund ihrer unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften lassen sich Diastereomere im Gegensatz zu Enantiomeren relativ einfach voneinander trennen. Übliche Trennmethoden der organischen Chemie wie Destillation, Kristallisation, Säulenchromatographie oder Gaschromatographie können hierfür effektiv eingesetzt werden. Dies ist ein entscheidender Vorteil, da die Trennung von Enantiomeren (Racematspaltung) oft wesentlich aufwendiger ist und spezielle chirale Trennmethoden erfordert.

Die Bedeutung von Diastereomeren erstreckt sich über viele Bereiche der Chemie und Biologie. In der organischen Synthese ist die diastereoselektive Synthese ein wichtiges Konzept, bei dem gezielt ein Diastereomer gegenüber einem anderen bevorzugt gebildet wird, um die gewünschte Stereochemie eines Produkts zu erreichen. In der Pharmazie ist es entscheidend, die verschiedenen Diastereomere eines Wirkstoffs zu untersuchen, da sie oft unterschiedliche biologische Aktivitäten, Toxizitäten oder metabolische Profile aufweisen können. Auch in der Biochemie spielen Diastereomere eine Rolle, da Enzyme und Rezeptoren in Lebewesen oft hochspezifisch sind und nur eines von mehreren Diastereomeren erkennen oder umsetzen.

Eine besondere Gruppe von Diastereomeren sind Meso-Verbindungen. Dies sind achirale Verbindungen, die Stereozentren enthalten, aber aufgrund einer internen Symmetrieebene oder eines Inversionszentrums optisch inaktiv sind. Eine Meso-Verbindung ist ein Diastereomer zu ihren chiralen Pendants (Enantiomeren), da sie zwar die gleiche Konstitution, aber eine andere räumliche Anordnung und keine Spiegelbildbeziehung zu den chiralen Formen aufweist.