Аномерні вуглецеві характеристики та приклади



The аномерний вуглець являє собою стереоцентр, присутній в циклічних структурах вуглеводів (моно або полісахариди). Будучи стереоцентром, точніше епімером, випливає з нього два діастереоізомерів, позначених літерами α і β; це аномери і є частиною великої номенклатури в світі цукрів.

Кожен аномер, α або β, відрізняються положенням групи ОН аномерного вуглецю по відношенню до кільця; але в обох, аномерний вуглець є однаковим і розташований в одному і тому ж місці в молекулі. Аномери являють собою циклічні геміацетали, продукт внутрішньомолекулярної реакції у відкритому ланцюжку цукрів; є альдозами (альдегідами) або кетозами (кетонами).

Конформація стільця для β-D-глюкопіранози показана на верхньому зображенні. Як видно, воно складається з кільця з шести членів, включаючи атом кисню між вугіллями 5 і 1; останній, вірніше, перший, являє собою аномерний вуглець, який утворює дві прості зв'язку з двома атомами кисню.

Якщо докладно спостерігати, група ОН, приєднана до вуглецю 1, орієнтована вище гексагонального кільця, подібно до групи СН2OH (вуглець 6). Це β-аномер. З іншого боку, α-аномер буде відрізнятися тільки в цій OH-групі, яка розташовувалася б внизу кільця, як би транс-діастереомер.

Індекс

  • 1 Hemiacetales
    • 1.1 Циклічний полуацеталь
  • 2 Характеристики аномерного вуглецю і способи його розпізнавання
  • 3 Приклади
    • 3.1 Приклад 1
    • 3.2 Приклад 2
    • 3.3 Приклад 3
  • 4 Посилання

Геміацеталі

Необхідно глибше перейти до концепції геміацеталей, щоб краще зрозуміти і відрізнити аномерний вуглець. Геміацетали є продуктом хімічної реакції між спиртом і альдегідом (альдозами) або кетоном (кетозами).

Ця реакція може бути представлена ​​наступним загальним хімічним рівнянням:

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

Як видно, алкоголь вступає в реакцію з альдегідом для утворення полуацеталя. Що буде, якщо обидва R та R 'належать до одного ланцюга? У цьому випадку ми маємо циклічний геміацеталь, і єдиним можливим способом його формування є те, що обидві функціональні групи, -OH і -CHO, присутні в молекулярній структурі.

Крім того, структура повинна складатися з гнучкого ланцюга і з зв'язками, здатними полегшувати нуклеофільну атаку OH по відношенню до карбонильному вуглецю групи CHO. Коли це відбувається, структура закривається в кільце п'яти-шести членів.

Циклічний полуацеталь

Приклад утворення циклічного геміацеталу для моносахариду глюкози показаний на верхньому зображенні. Видно, що вона складається з альдози, з альдегідною групою CHO (вуглець 1). Це нападає на групу OH вуглецю 5, як зазначено червоною стрілкою.

Структура переходить від відкритої ланцюга (глюкози) до піранозного кільця (глюкопіранози). Спочатку може бути відсутність взаємозв'язку між цією реакцією і тією, яка тільки що пояснюється для геміацеталу; але якщо кільце ретельно спостерігається, особливо в розділі С5-O-C1(OH) -C2, буде зрозуміло, що це відповідає очікуваному скелету гемиацеталя.

Вуглеводи 5 і 2 позначають R і R 'загального рівняння, відповідно. Оскільки вони є частиною однієї і тієї ж структури, то вона є циклічним геміацеталем (і кільце достатньо, щоб бути очевидним).

Характеристики аномерного вуглецю і способи його розпізнавання

Де знаходиться аномерний вуглець? У глюкозі це група CHO, яка може піддаватися нуклеофільному нападу OH або нижче, або вище. В залежності від орієнтації атаки утворюються два різних аномера: α і β, як вже було сказано.

Таким чином, перша особливість, яка має цей вуглець, полягає в тому, що у відкритому ланцюжку цукру - це та, яка страждає від нуклеофільного нападу; тобто група CHO, для альдоз або група R2C = O, для кетоз. Однак, як тільки утворюється циклічний полуацеталь або кільце, цей вуглець може створити враження, що він зник.

Тут ви маєте інші більш специфічні характеристики, щоб знайти його в будь-якому кільці піранозо або фуранозою всіх вуглеводів:

-Аномерний вуглець завжди знаходиться праворуч або ліворуч від атома кисню, який утворює кільце.

-Ще більш важливо, що це пов'язано не тільки з цим атомом кисню, але і з ОН-групою, що надходить з CHO або R2C = O.

-Вона асиметрична, тобто має чотири різних заступника.

За допомогою цих чотирьох характеристик легко розпізнати аномерний вуглець, спостерігаючи за будь-якою "солодкою структурою".

Приклади

Приклад 1

Вище β-D-фруктофуранози, циклічний полуацеталь з п'ятичленним кільцем.

Щоб ідентифікувати аномерний вуглець, спочатку зверніть увагу на вуглеводи на лівій і правій сторонах атома кисню, що становить кільце. Тоді той, який пов'язаний з OH-групою, являє собою аномерний вуглець; яка в цьому випадку вже укладена в червоне коло.

Це β-аномер, оскільки ОН аномерного вуглецю знаходиться вище кільця, як і група СН2OH.

Приклад 2

Тепер ми спробуємо пояснити, які саме аномерні вуглеводи в структурі сахарози. Як зазначалося, він складається з двох моносахаридів, ковалентно зв'язаних глікозидним зв'язком -O-.

Кільце справа - те саме, що й згадане: β-D-фруктофураноза, тільки що він "повернув" вліво. Аномерний вуглець залишається таким самим для попереднього випадку і відповідає всім характеристикам, які можна було б очікувати від нього.

З іншого боку, кільце зліва являє собою α-D-глюкопиранозу.

Повторюючи ту ж саму процедуру розпізнавання аномерного вуглецю, дивлячись на два вуглецю на лівій і правій стороні атома кисню, виявлено, що правий вуглець є той, який пов'язаний з ОН-групою; який бере участь у глікозидному зв'язку.

Отже, обидва аномерних вуглецю з'єднані -O- зв'язком, і тому вони укладені в червоні кола.

Приклад 3

Нарешті, пропонується ідентифікувати аномерні вуглеці двох глюкозних одиниць у целюлозі. Знову, вуглеці спостерігаються навколо кисню всередині кільця, і встановлено, що в лівому глюкозному кільці аномерний вуглець бере участь у глікозидному зв'язку (утворений червоним колом).

У правому глюкозному кільці, однак, аномерний вуглець знаходиться праворуч від кисню і легко ідентифікується, оскільки він пов'язаний з киснем глікозидного зв'язку. Таким чином, обидва аномерних вуглецю повністю ідентифіковані.

Список літератури

  1. Morrison, R.T. and Boyd, R, N. (1987). Органічна хімія 5та Видання Редакція Addison-Wesley Interamericana.
  2. Кері Ф. (2008). Органічна хімія (Шосте видання). Mc Graw Hill.
  3. Грем Соломонс Т.В., Крейг Б. Фріле. (2011). Органічна хімія. Аміни (10й видання.). Wiley Plus.
  4. Рендіна Г. (1974). Методи прикладної біохімії. Interamericana, Мексика.
  5. Chang S. (s.f.). Керівництво до аномерного вуглецю: Що таке аномерний вуглець? [PDF] Отримано з: chem.ucla.edu
  6. Гунавардена Г. (13 березня 2018). Аномерний вугілля. Хімія LibreTexts. Отримано з: chem.libretexts.org
  7. Фост Л. (2019). Аномерний вуглець: визначення та огляд. Дослідження. Отримано з: study.com