WĘGIEL ANOMERYCZNY: CHARAKTERYSTYKA I PRZYKŁADY - CHEMIA - 2025

Węgiel anomeryczny jest obecny stereochemiczne w cyklicznych struktur węglowodanów (mono- lub polisacharydów). Będąc stereocentrum, a dokładniej epimerem, pochodzą od niego dwa diastereoizomery, oznaczone literami α i β; to są anomery i są częścią obszernej nomenklatury w świecie cukrów.

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

Fotel dla β-D-glukopiranozy. Źródło: Commons Wikimedia.

Górny obraz przedstawia konformację krzesła dla β-D-glukopiranozy. Jak widać, składa się z sześcioczłonowego pierścienia, zawierającego atom tlenu między atomami węgla 5 i 1; drugi, a raczej pierwszy, to anomeryczny węgiel, który tworzy dwa pojedyncze wiązania z dwoma atomami tlenu.

Jeśli przyjrzysz się uważnie, grupa OH przyłączona do węgla 1 jest zorientowana powyżej pierścienia heksagonalnego, podobnie jak grupa CH ₂ OH (węgiel 6). To jest anomer β. Z drugiej strony anomer α różniłby się tylko tą grupą OH, która byłaby umiejscowiona w dół pierścienia, tak jakby był diastereoizomerem trans.

Hemiacetale

Aby lepiej zrozumieć i rozróżnić węgiel anomeryczny, konieczne jest zagłębienie się w koncepcję półacetali. Hemiacetale są produktem reakcji chemicznej między alkoholem a aldehydem (aldozami) lub ketonem (ketozy).

Tę reakcję można przedstawić za pomocą następującego ogólnego równania chemicznego:

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

Jak widać, alkohol reaguje z aldehydem, tworząc półacetal. Co by się stało, gdyby oba R i R 'należały do ​​tego samego łańcucha? W takim przypadku miałbyś cykliczny półacetal, a jedynym możliwym sposobem jego utworzenia jest obecność obu grup funkcyjnych, -OH i -CHO, w strukturze molekularnej.

Ponadto struktura musi składać się z elastycznego łańcucha i wiązań zdolnych do ułatwienia nukleofilowego ataku OH w kierunku karbonylowego węgla z grupy CHO. Kiedy tak się dzieje, struktura zamyka się w pięcio- lub sześcioczłonowy pierścień.

Cykliczny półacetal

Cykliczne tworzenie półacetalu. Źródło: Alejandro Porto

Przykład tworzenia cyklicznego hemiacetalu dla monosacharydu glukozy pokazano na powyższym obrazku. Można zobaczyć, że składa się z aldozy z grupą aldehydową CHO (węgiel 1). Jest atakowany przez grupę OH węgla 5, jak wskazuje czerwona strzałka.

Struktura przechodzi od otwartego łańcucha (glukoza) do pierścienia piranowego (glukopiranoza). Na początku może nie być żadnego związku między tą reakcją a tą właśnie wyjaśnioną dla półacetalu; ale gdy pierścień jest dokładnie spełnione, zwłaszcza w C ⁵ -OC ¹ (OH) -C ^{2 przekrój} , to należy zauważyć, że odpowiada oczekiwanej szkielet dla hemiacetalu.

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

Charakterystyka węgla anomerycznego i jak go rozpoznać

Gdzie jest węgiel anomeryczny? W przypadku glukozy jest to grupa CHO, która może podlegać nukleofilowemu atakowi ze strony OH poniżej lub powyżej. W zależności od kierunku ataku powstają dwa różne anomery: α i β, jak już wspomniano.

Dlatego pierwszą cechą charakterystyczną, jaką posiada ten węgiel, jest to, że w otwartym łańcuchu cukru to on cierpi na atak nukleofilowy; to znaczy, że jest grupą CHO, z aldoz lub R ₂ C = O, z ketozy. Jednak po utworzeniu cyklicznego półacetalu lub pierścienia ten węgiel może się wydawać, że zniknął.

To tutaj można znaleźć inne, bardziej specyficzne cechy, które pozwalają zlokalizować go w każdym pierścieniu piranowym lub furanozy wszystkich węglowodanów:

-Anomeryczny węgiel znajduje się zawsze po prawej lub lewej stronie atomu tlenu tworzącego pierścień.

- Co ważniejsze, jest powiązany nie tylko z tym atomem tlenu, ale także z grupą OH, od CHO lub R ₂ C = O.

-Jest asymetryczny, to znaczy ma cztery różne podstawniki.

Dzięki tym czterem cechom łatwo jest rozpoznać węgiel anomeryczny, patrząc na jakąkolwiek „słodką strukturę”.

Przykłady

Przykład 1

β-D-fruktofuranoza. Źródło: NEUROtiker (dyskusja • wkład)

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

Aby zidentyfikować węgiel anomeryczny, musimy najpierw przyjrzeć się atomom węgla po lewej i prawej stronie atomu tlenu tworzącego pierścień. Wtedy ten, który jest połączony z grupą OH, jest atomem węgla; który w tym przypadku jest już zakreślony na czerwono.

To anomeru β ponieważ OH anomerycznym węglu znajduje się powyżej pierścienia, jak CH ₂ grupy OH.

Przykład 2

Sacharoza. Źródło: NEUROtiker za pośrednictwem Wikipedii.

Teraz spróbujemy wyjaśnić, czym są węgle anomeryczne w strukturze sacharozy. Jak widać, składa się z dwóch monosacharydów kowalencyjnie połączonych wiązaniem glikozydowym, -O-.

Pierścień po prawej stronie jest dokładnie taki sam, jak wspomniany przed chwilą: β-D-fruktofuranooza, tyle że jest „odwrócony” w lewo. Węgiel anomeryczny pozostaje taki sam jak w poprzednim przypadku i spełnia wszystkie cechy, których można by się po nim spodziewać.

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

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

Dlatego oba anomeryczne węgle są połączone wiązaniem -O- i dlatego są otoczone czerwonymi okręgami.

Przykład 3

Celuloza. Źródło: NEUROtiker

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

Jednak w pierścieniu glukozy po prawej stronie anomeryczny węgiel znajduje się na prawo od tlenu i można go łatwo zidentyfikować, ponieważ jest związany z tlenem wiązania glikozydowego. Zatem oba anomeryczne atomy węgla są w pełni zidentyfikowane.

Bibliografia

1. Morrison, RT i Boyd, R, N. (1987). Chemia organiczna. 5 ^ta edycja. Od redakcji Addison-Wesley Interamericana.
2. Carey F. (2008). Chemia organiczna. (Wydanie szóste). Mc Graw Hill.
3. Graham Solomons TW, Craig B. Fryhle. (2011). Chemia organiczna. Aminy. (10 ^th Edition.). Wiley Plus.
4. Rendina G. (1974). Stosowane techniki biochemiczne. Interamericana, Meksyk.
5. Chang S. (nd). Przewodnik po węglu anomerycznym: Co to jest węgiel anomeryczny? . Odzyskany z: chem.ucla.edu
6. Gunawardena G. (13 marca 2018). Węgiel anomeryczny. Chemistry LibreTexts. Odzyskane z: chem.libretexts.org
7. Foist L. (2019). Węgiel anomeryczny: definicja i przegląd. Badanie. Odzyskany z: study.com