ANOMER KULSTOF: KARAKTERISTIKA OG EKSEMPLER - KEMI - 2025

Det anomere carbon er et stereocenter, der er til stede i de cykliske strukturer af kulhydrater (mono- eller polysaccharider). At være et stereocenter, mere præcist en epimer, er to diastereoisomerer afledt derfra, betegnet med bogstaverne a og β; dette er anomererne og er en del af den omfattende nomenklatur i sukkerverdenen.

Hver anomer, a eller β, adskiller sig i positionen for OH-gruppen i det anomere carbon i forhold til ringen; men i begge dele er det anomere carbon det samme, og det er placeret samme sted i molekylet. Anomerer er cykliske hemiacetaler, produktet af en intramolekylær reaktion i den åbne kæde af sukkerarter; er aldoser (aldehyder) eller ketoser (ketoner).

Stolkonformation for β-D-glucopyranose. Kilde: Commons Wikimedia.

Det øverste billede viser stolkonformationen for β-D-glucopyranose. Som det kan ses, består det af en seks-leddet ring, herunder et iltatom mellem kulstof 5 og 1; sidstnævnte, eller rettere, det førstnævnte, er det anomere kulstof, der danner to enkeltbindinger med to oxygenatomer.

Hvis man ser nøje, er OH-gruppen bundet til carbon 1 orienteret over den sekskantede ring, som gør CH ₂ OH-gruppen (carbon 6). Dette er ß-anomeren. A-anomeren på den anden side ville kun adskille sig i denne OH-gruppe, der ville være placeret nede i ringen, ligesom det var en transdiastereoisomer.

hemiacetaler

Det er nødvendigt at dybe lidt dybere ned i begrebet hæmiacetaler for bedre at forstå og skelne anomer kulstof. Hemiacetals er produktet af en kemisk reaktion mellem en alkohol og en aldehyd (aldoser) eller en keton (ketoser).

Denne reaktion kan repræsenteres ved følgende generelle kemiske ligning:

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

Som det kan ses, reagerer en alkohol med et aldehyd for at danne hemiacetal. Hvad ville der ske, hvis både R og R 'hører til den samme kæde? I dette tilfælde ville du have en cyklisk hemiacetal, og den eneste mulige måde, hvorpå det kan dannes, er, at begge funktionelle grupper, -OH og -CHO, er til stede i molekylstrukturen.

Derudover skal strukturen bestå af en fleksibel kæde og med bindinger, der er i stand til at lette det nukleofile angreb fra OH mod carbonylcarbonet i CHO-gruppen. Når dette sker, lukkes strukturen i en fem- eller seksleddet ring.

Cyklisk hemiacetal

Cyklisk hemiacetal dannelse. Kilde: Alejandro Porto

Et eksempel på dannelsen af ​​et cyklisk hemiacetal til glucosemonosaccharid er vist på billedet ovenfor. Det kan ses, at det består af en aldose med en aldehydgruppe CHO (carbon 1). Dette angribes af OH-gruppen af ​​kulstof 5, som indikeret af den røde pil.

Strukturen går fra at være en åben kæde (glukose) til en pyranøs ring (glucopyranose). Til at begynde med er der muligvis ikke noget forhold mellem denne reaktion og den, der netop er forklaret for hæmiacetal; men hvis ringen observeres nøje, specielt i C ⁵ -OC ¹ (OH) -C ^{2 afsnit}, vil det forstås, at den svarer til den forventede skelet for en hemiacetal.

Carboner 5 og 2 kommer til at repræsentere henholdsvis R og R 'for den generelle ligning. Da disse er en del af den samme struktur, er det så en cyklisk hemiacetal (og ringen er nok til at være tydelig).

Karakteristika ved anomer kulstof, og hvordan man genkender det

Hvor er det anomere kulstof? I glukose er dette CHO-gruppen, der kan gennemgå nukleofil angreb fra OH enten under eller over. Afhængig af angrebets orientering dannes to forskellige anomerer: α og β, som allerede nævnt.

En første egenskab, som dette kulstof har, er derfor, at det i den åbne sukkerkæde er det, der lider af det nukleofile angreb; det vil sige, det er CHO-gruppe, for aldoser, eller R ₂ C = O-gruppe, for ketoser. Når først den cykliske hemiacetal eller ring er dannet, kan dette carbon synes at være forsvundet.

Det er her, hvor andre mere specifikke egenskaber findes for at lokalisere den i enhver pyranøs eller furanosering af alle kulhydrater:

-Det anomere kulstof er altid til højre eller venstre for det iltatom, der udgør ringen.

-Selv vigtigere, er det knyttet til ikke blot dette oxygenatom, men også til OH-gruppen, fra CHO eller R ₂ C = O.

-Det er asymmetrisk, det vil sige, det har fire forskellige substituenter.

Med disse fire egenskaber er det let at genkende anomer kulstof ved at se på enhver "sød struktur."

eksempler

Eksempel 1

β-D-fructofuranose. Kilde: NEUROtiker (tale • bidrag)

Over er β-D-fructofuranose, en cyklisk hemiacetal med en fem-leddet ring.

For at identificere det anomere carbon, skal vi først se på kulhydraterne på venstre og højre side af iltatomet, der udgør ringen. Derefter er den, der er knyttet til OH-gruppen, det anomere carbon; som i dette tilfælde allerede er cirklet i rødt.

Dette er β-anomeren, fordi OH af det anomere carbon er over ringen, som det er CH ₂ OH-gruppe.

Eksempel 2

Saccharose. Kilde: NEUROtiker via Wikipedia.

Nu forsøger vi at forklare, hvad der er de anomere kulhydrater i strukturen af ​​saccharose. Som det kan ses, består det af to monosaccharider, der er kovalent bundet med en glykosidbinding, -O-.

Ringen til højre er nøjagtigt den samme, som netop er nævnt: β-D-fructofuranose, kun den "vippes" til venstre. Det anomere kulstof forbliver det samme i det foregående tilfælde og opfylder alle de egenskaber, der kunne forventes af det.

På den anden side er ringen til venstre α-D-glucopyranose.

Ved at gentage den samme anomere carbon genkendelsesprocedure ved at se på de to kulhydrater på venstre og højre side af iltatomet, konstateres det, at det rigtige kulstof er det, der er knyttet til OH-gruppen; som deltager i den glukosidiske binding.

Derfor er begge anomere kulhydrater forbundet med -O-bindingen, og derfor er de indkapslet i røde cirkler.

Eksempel 3

Cellulose. Kilde: NEUROtiker

Endelig foreslås det at identificere de anomere carbonatomer i to glucoseenheder i cellulose. Igen observeres kulstofene omkring ilt inde i ringen, og det konstateres, at i glukoseringen til venstre deltager det anomere carbon i den glykosidiske binding (indkapslet i den røde cirkel).

I glukoseringen til højre er det anomere carbon imidlertid til højre for ilt og identificeres let, fordi det er bundet til ilt i den glykosidiske binding. Begge anomere kulhydrater identificeres således fuldt ud.

Referencer

1. Morrison, RT og Boyd, R, N. (1987). Organisk kemi. 5 ^ta udgave. Redaktionel Addison-Wesley Interamericana.
2. Carey F. (2008). Organisk kemi. (Sjette udgave). Mc Graw Hill.
3. Graham Solomons TW, Craig B. Fryhle. (2011). Organisk kemi. Aminer. (10 ^th edition.). Wiley Plus.
4. Rendina G. (1974). Anvendte biokemiteknikker. Interamericana, Mexico.
5. Chang S. (nd). En guide til det anomere kulstof: Hvad er et anomert kulstof?. Gendannes fra: chem.ucla.edu
6. Gunawardena G. (13. marts 2018). Anomer kul. Kemi LibreTexts. Gendannes fra: chem.libretexts.org
7. Foist L. (2019). Anomerisk kulstof: Definition og oversigt. Undersøgelse. Gendannes fra: study.com