АНОМЕРНЫЙ УГЛЕРОД: ХАРАКТЕРИСТИКИ И ПРИМЕРЫ - ХИМИЯ - 2026

Аномерная углерода является стереоцентр присутствует в циклических структурах углеводов (моно- или полисахариды). Будучи стереоцентром, точнее эпимером, от него происходят два диастереоизомера, обозначаемые буквами α и β; это аномеры, и они являются частью обширной номенклатуры в мире сахаров.

Каждый аномер, α или β, отличается положением группы ОН аномерного углерода относительно кольца; но в обоих случаях аномерный углерод один и тот же, и он находится в одном и том же месте молекулы. Аномеры - это циклические полуацетали, продукт внутримолекулярной реакции в открытой цепи сахаров; представляют собой альдозы (альдегиды) или кетозы (кетоны).

Конформация стула для β-D-глюкопиранозы. Источник: Commons Wikimedia.

Верхнее изображение показывает конформацию стула для β-D-глюкопиранозы. Как видно, он состоит из шестичленного кольца, включающего атом кислорода между 5 и 1 атомами углерода; последний, а точнее первый, представляет собой аномерный углерод, который образует две одинарные связи с двумя атомами кислорода.

Если вы присмотритесь, то группа OH, присоединенная к углероду 1, ориентирована над гексагональным кольцом, как и группа CH ₂ OH (углерод 6). Это β-аномер. С другой стороны, α-аномер будет отличаться только этой ОН-группой, которая будет располагаться ниже по кольцу, как если бы он был транс-диастереоизомером.

полуацетали

Чтобы лучше понять и отличить аномерный углерод, необходимо немного углубиться в понятие полуацеталей. Гемиацетали являются продуктом химической реакции между спиртом и альдегидом (альдозы) или кетоном (кетозы).

Эта реакция может быть представлена ​​следующим общим химическим уравнением:

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

Как видно, спирт реагирует с альдегидом с образованием полуацеталя. Что произойдет, если и R, и R 'принадлежат одной цепи? В этом случае у вас будет циклический полуацеталь, и единственный возможный способ его образования состоит в том, чтобы в молекулярной структуре присутствовали обе функциональные группы, -ОН и -СНО.

Кроме того, структура должна состоять из гибкой цепи и со связями, способными облегчить нуклеофильную атаку ОН по отношению к карбонильному углероду группы СНО. Когда это происходит, структура замыкается на пяти- или шестичленное кольцо.

Циклический полуацеталь

Циклическое образование полуацеталя. Источник: Алехандро Порто

Пример образования циклического полуацеталя для моносахарида глюкозы показан на изображении выше. Видно, что он состоит из альдозы с альдегидной группой CHO (углерод 1). Он подвергается атаке со стороны группы ОН углерода 5, как показано красной стрелкой.

Структура переходит от открытой цепи (глюкоза) к пиранозному кольцу (глюкопираноза). Сначала может не быть связи между этой реакцией и реакцией, только что объясненной для гемиацеталя; но если внимательно наблюдать за кольцом, особенно в ^секции C ⁵ -OC ¹ (OH) -C ² , будет понятно, что оно соответствует ожидаемому скелету для полуацеталя.

Углероды 5 и 2 представляют R и R 'общего уравнения соответственно. Поскольку они являются частью той же структуры, тогда это циклический полуацеталь (и кольца достаточно, чтобы быть очевидным).

Характеристики аномерного углерода и как его распознать

Где аномерный углерод? В глюкозе это группа СНО, которая может подвергаться нуклеофильной атаке со стороны ОН ниже или выше. В зависимости от ориентации атаки образуются два разных аномера: α и β, как уже упоминалось.

Следовательно, первой характеристикой, которой обладает этот углерод, является то, что в открытой цепи сахара он подвергается нуклеофильной атаке; то есть это группа CHO для альдоз или группа R ₂ C = O для кетозов. Однако после образования циклического полуацеталя или кольца этот углерод может исчезнуть.

Именно здесь обнаруживаются другие более специфические характеристики, позволяющие найти его в любом пиранозном или фуранозном кольце всех углеводов:

-Аномерный углерод всегда находится справа или слева от атома кислорода, составляющего кольцо.

-Еще важнее то, что он связан не только с этим атомом кислорода, но и с группой ОН, из CHO или R ₂ C = O.

-Он асимметричен, то есть имеет четыре разных заместителя.

По этим четырем характеристикам легко распознать аномерный углерод, взглянув на любую «сладкую структуру».

Примеры

Пример 1

β-D-fructofuranose. Источник: NEUROtiker (обсуждение • вклад)

Выше представлена ​​β-D-фруктофураноза, циклический полуацеталь с пятичленным кольцом.

Чтобы идентифицировать аномерный углерод, мы должны сначала взглянуть на атомы углерода слева и справа от атома кислорода, составляющего кольцо. Тогда тот, который связан с группой ОН, представляет собой аномерный углерод; который в данном случае уже обведен красным.

Это бета-аномер, потому что ОН аномерного углерода находится над кольцом, как и группа СН ₂ ОН.

Пример 2

Сахароза. Источник: NEUROtiker через Википедию.

Теперь мы попытаемся объяснить, каковы аномерные атомы углерода в структуре сахарозы. Как видно, он состоит из двух моносахаридов, ковалентно связанных гликозидной связью, -O-.

Кольцо справа точно такое же, как только что упомянутое: β-D-фруктофураноза, только оно «перевернуто» влево. Аномерный углерод остается таким же для предыдущего случая и соответствует всем ожидаемым от него характеристикам.

С другой стороны, кольцо слева - это α-D-глюкопираноза.

Повторяя ту же процедуру распознавания аномерного углерода, глядя на два атома углерода слева и справа от атома кислорода, обнаруживается, что правый атом углерода связан с группой ОН; который участвует в глюкозидной связи.

Следовательно, оба аномерных атома углерода связаны связью -O-, и поэтому они заключены в красные кружки.

Пример 3

Целлюлоза. Источник: NEUROtiker

Наконец, предлагается идентифицировать аномерные атомы углерода двух единиц глюкозы в целлюлозе. Опять же, наблюдаются атомы углерода вокруг кислорода внутри кольца, и было обнаружено, что в кольце глюкозы слева аномерный углерод участвует в гликозидной связи (заключен в красный круг).

Однако в глюкозном кольце справа аномерный углерод находится справа от кислорода, и его легко идентифицировать, поскольку он связан с кислородом гликозидной связи. Таким образом, оба аномерных углерода полностью идентифицированы.

Ссылки

1. Моррисон, Р. Т. и Бойд, Р., Н. (1987). Органическая химия. Издание 5 ^ta . Редакция Addison-Wesley Interamericana.
2. Кэри Ф. (2008). Органическая химия. (Издание шестое). Мак Гроу Хилл.
3. Грэм Соломонс Т.В., Крейг Б. Фрайл. (2011). Органическая химия. Амины. (10- ^е изд.). Wiley Plus.
4. Рендина Г. (1974). Прикладные методы биохимии. Interamericana, Мексика.
5. Чанг С. (nd). Справочник по аномерному углероду: что такое аномерный углерод? , Получено с: chem.ucla.edu
6. Гунавардена Г. (13 марта 2018 г.). Аномерный уголь. Химия LibreTexts. Получено с: chem.libretexts.org
7. Фойст Л. (2019). Аномерный углерод: определение и обзор. Учиться. Получено с: study.com