Anomeryczne właściwości węgla i przykłady

The węgiel anomeryczny jest stereocentrum obecnym w cyklicznych strukturach węglowodanów (mono lub polisacharydów). Bycie stereocentrum, a dokładniej epimerem, wyprowadza z niego dwa diastereoizomery oznaczone literami α i β; są to anomery i stanowią część obszernej nomenklatury na świecie cukrów.

Każdy anomer, α lub β, różni się pozycją grupy OH węgla anomerycznego względem pierścienia; ale w obu przypadkach węgiel anomeryczny jest taki sam i znajduje się w tym samym miejscu w cząsteczce. Anomery to cykliczne hemiacetale, produkt reakcji wewnątrzcząsteczkowej w otwartym łańcuchu cukrów; są aldozy (aldehydy) lub ketozy (ketony).

Konformacja krzesła dla β-D-glukopiranozy jest pokazana na górnym obrazie. Jak widać, składa się z pierścienia składającego się z sześciu członów, w tym atomu tlenu między atomami węgla 5 i 1; ten drugi, a raczej pierwszy, to węgiel anomeryczny, który tworzy dwa proste wiązania z dwoma atomami tlenu.

Jeśli zostanie to szczegółowo zaobserwowane, grupa OH przyłączona do węgla 1 jest zorientowana powyżej pierścienia sześciokątnego, podobnie jak grupa CH₂OH (węgiel 6). To jest anomer β. Z drugiej strony anomer α różniłby się tylko w tej grupie OH, która znajdowałaby się w pierścieniu, tak jakby był diastereomerem trans.

Indeks

• 1 Hemiacetales
  • 1.1 Cykliczny hemiacetal
• 2 Charakterystyka węgla anomerycznego i jak go rozpoznać
• 3 Przykłady
  • 3.1 Przykład 1
  • 3.2 Przykład 2
  • 3.3 Przykład 3
• 4 odniesienia

Hemiacetale

Konieczne jest głębsze przyjrzenie się koncepcji hemiacetali, aby lepiej zrozumieć i odróżnić węgiel anomeryczny. Hemiacetale są produktem reakcji chemicznej między alkoholem i aldehydem (aldozami) lub ketonem (ketozami).

Ta reakcja może być reprezentowana przez następujące ogólne równanie chemiczne:

ROH + R'CHO => ROCH (OH) R '

Jak widać, alkohol reaguje z aldehydem, tworząc hemiacetal. Co by się stało, gdyby oba R i R 'należały do ​​tego samego łańcucha? W takim przypadku mielibyśmy cykliczny hemiacetal, a jedynym możliwym sposobem jego utworzenia jest to, że obie grupy funkcyjne, -OH i -CHO, są obecne w strukturze molekularnej.

Ponadto struktura powinna składać się z elastycznego łańcucha i wiązań zdolnych do ułatwienia nukleofilowego ataku OH w kierunku karbonylowego węgla grupy CHO. Kiedy to się dzieje, struktura zamyka się w pierścień pięciu lub sześciu członków.

Cykliczny hemiacetal

Przykład tworzenia cyklicznego hemiacetalu dla monosacharydu glukozy pokazano na górnym obrazie. Widać, że składa się z aldozy z grupą aldehydową CHO (węgiel 1). Jest to atakowane przez grupę OH węgla 5, jak wskazuje czerwona strzałka.

Struktura przechodzi z otwartego łańcucha (glukozy) do pierścienia piranozowego (glukopiranozy). Na początku może nie być związku między tą reakcją a tą właśnie wyjaśnioną dla półacetalu; ale jeśli pierścień jest uważnie obserwowany, szczególnie w sekcji C⁵-O-C¹(OH) -C², należy zauważyć, że odpowiada to oczekiwanemu szkieletowi hemiacetalu.

Węgle 5 i 2 reprezentują odpowiednio R i R 'równania ogólnego. Ponieważ są one częścią tej samej struktury, jest to cykliczny hemiacetal (a pierścień jest wystarczający, aby być oczywistym).

Charakterystyka węgla anomerycznego i jak go rozpoznać

Gdzie jest węgiel anomeryczny? W glukozie jest to grupa CHO, która może przejść nukleofilowy atak OH poniżej lub powyżej. W zależności od orientacji ataku powstają dwa różne anomery: α i β, jak już wspomniano.

Dlatego pierwszą cechą, która ma ten węgiel, jest to, że w otwartym łańcuchu cukru jest ten, który cierpi na atak nukleofilowy; to znaczy jest to grupa CHO dla aldoz lub grupa R₂C = O, dla ketoz. Jednak po utworzeniu cyklicznego hemiacetalu lub pierścienia ten węgiel może sprawiać wrażenie zniknięcia.

Tutaj masz inne bardziej specyficzne cechy, aby zlokalizować go w dowolnym pierścieniu piranoso lub furanoso wszystkich węglowodanów:

-Anomeryczny węgiel jest zawsze na prawo lub na lewo od atomu tlenu, który tworzy pierścień.

-Co ważniejsze, jest to związane nie tylko z tym atomem tlenu, ale także z grupą OH, pochodzącą z CHO lub R₂C = O.

-Jest asymetryczny, to znaczy ma cztery różne podstawniki.

Dzięki tym czterem cechom łatwo rozpoznać węgiel anomeryczny, obserwując „słodką strukturę”.

Przykłady

Przykład 1

Powyżej znajduje się β-D-fruktofuranoza, cykliczny półacetal z pierścieniem pięcioczłonowym.

Aby zidentyfikować węgiel anomeryczny, najpierw spójrz na węgle po lewej i prawej stronie atomu tlenu, który tworzy pierścień. Następnie ten, który jest związany z grupą OH, jest anomerycznym węglem; który w tym przypadku jest już zamknięty w czerwonym kółku.

Jest to anomer β, ponieważ OH anomerycznego węgla znajduje się powyżej pierścienia, podobnie jak grupa CH₂OH.

Przykład 2

Teraz próbujemy wyjaśnić, które są anomeryczne węgle w strukturze sacharozy. Jak zauważono, składa się z dwóch monosacharydów połączonych kowalencyjnie wiązaniem glikozydowym, -O-.

Pierścień po prawej stronie jest dokładnie taki sam, jak wspomniany: β-D-fruktofuranosa, tylko że jest „odwrócony” w lewo. Węgiel anomeryczny pozostaje taki sam w poprzednim przypadku i spełnia wszystkie cechy, których można by od niego oczekiwać.

Z drugiej strony pierścień po lewej to α-D-glukopiranoza.

Powtarzając tę ​​samą procedurę rozpoznawania węgla anomerycznego, patrząc na dwa węgle po lewej i prawej stronie atomu tlenu, okazuje się, że właściwy węgiel jest tym, który jest związany z grupą OH; który uczestniczy w wiązaniu glikozydowym.

Dlatego oba anomeryczne węgle są połączone łącznikiem -O- i dlatego są zamknięte w czerwonych okręgach.

Przykład 3

Na koniec proponuje się zidentyfikowanie anomerycznych węgli dwóch jednostek glukozy w celulozie. Ponownie, węgle są obserwowane wokół tlenu w pierścieniu i stwierdzono, że w pierścieniu glukozy po lewej stronie węgiel anomeryczny uczestniczy w wiązaniu glikozydowym (zamkniętym w czerwonym kółku).

Jednak w prawym pierścieniu glukozy anomeryczny węgiel znajduje się na prawo od tlenu i łatwo go zidentyfikować, ponieważ jest związany z tlenem wiązania glikozydowego. Zatem oba anomeryczne węgle są w pełni zidentyfikowane.

Referencje

1. Morrison, R. T. i Boyd, R, N. (1987). Chemia organiczna 5^ta Edycja Artykuł wstępny Addison-Wesley Interamericana.
2. Carey F. (2008). Chemia organiczna (Szósta edycja). Mc Graw Hill.
3. Graham Solomons T.W., Craig B. Fryhle. (2011). Chemia organiczna. Aminy (10^th wydanie.). Wiley Plus.
4. Rendina G. (1974). Stosowane techniki biochemiczne. Interamericana, Meksyk.
5. Chang S. (s.f.). Przewodnik po węglu anomerycznym: Co to jest węgiel anomeryczny? [PDF] Źródło: chem.ucla.edu
6. Gunawardena G. (13 marca 2018 r.). Węgiel anomeryczny. Chemia LibreTexts. Źródło: chem.libretexts.org
7. Foist L. (2019). Węgiel anomeryczny: definicja i przegląd. Studiować Źródło: study.com