ANOMERICKÝ UHLÍK: CHARAKTERISTIKY A PRÍKLADY - CHÉMIA - 2025

Anomerní uhlík je stereocentrum prítomný v cyklických štruktúrach cukrov (mono- alebo polysacharidy). Keďže sú stereocentrom, presnejšie epimérom, sú z neho odvodené dva diastereoizoméry označené písmenami a a p; sú to anoméry a sú súčasťou rozsiahlej nomenklatúry vo svete cukrov.

Každý anomér, a alebo p, sa líši v polohe OH skupiny anomérneho uhlíka vo vzťahu k kruhu; ale v oboch je anomérny uhlík rovnaký a je umiestnený na rovnakom mieste v molekule. Anomery sú cyklické hemiacetály, produkt intramolekulárnej reakcie v otvorenom reťazci cukrov; sú aldózy (aldehydy) alebo ketózy (ketóny).

Konformácia stoličky pre β-D-glukopyranózu. Zdroj: Commons Wikimedia.

Horný obrázok ukazuje konformáciu stoličky pre p-D-glukopyranózu. Ako je zrejmé, pozostáva zo šesťčlenného kruhu vrátane atómu kyslíka medzi atómami uhlíka 5 a 1; posledne menovaný, alebo skôr prvý, je anomérny uhlík, ktorý tvorí dve jednoduché väzby s dvoma atómami kyslíka.

Ak sa bližšie, skupina OH pripojená k uhlíku 1 je orientovaná nad hexagonálne prstenca, rovnako ako CH ₂ OH skupinu (oxid 6). Toto je p-anomér. Na druhej strane a-anomér by sa líšil iba v tejto skupine OH, ktorá by bola umiestnená za kruhom, akoby to bol trans diastereoizomér.

poloacetály

Je potrebné ponoriť sa trochu hlbšie do koncepcie hemiacetálov, aby sme lepšie porozumeli a rozlíšili anomérny uhlík. Hemiacetály sú produktom chemickej reakcie medzi alkoholom a aldehydom (aldózy) alebo ketónom (ketózy).

Túto reakciu možno predstavovať nasledujúcou všeobecnou chemickou rovnicou:

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

Ako je možné vidieť, alkohol reaguje s aldehydom za vzniku hemiacetalu. Čo by sa stalo, keby R aj R 'patrili do rovnakej reťaze? V takom prípade by ste mali cyklický hemiacetál a jediným možným spôsobom, ako sa dá vytvoriť, je to, že v molekulovej štruktúre sú prítomné obe funkčné skupiny, -OH a -CHO.

Okrem toho musí štruktúra pozostávať z flexibilného reťazca a s väzbami schopnými uľahčiť nukleofilný útok OH na karbonylový uhlík skupiny CHO. Keď sa to stane, štruktúra sa uzavrie do päť- alebo šesťčlenného kruhu.

Cyklický hemiacetál

Cyklická hemiacetálna tvorba. Zdroj: Alejandro Porto

Príklad tvorby cyklického hemiacetálu pre glukózový monosacharid je uvedený na obrázku vyššie. Je vidieť, že pozostáva z aldózy s aldehydovou skupinou CHO (uhlík 1). Toto je napadnuté OH skupinou uhlíka 5, ako je naznačené červenou šípkou.

Štruktúra vedie od otvoreného reťazca (glukóza) k pyranóznemu kruhu (glukopyranóza). Spočiatku nemusí existovať žiadny vzťah medzi touto reakciou a reakciou, ktorá bola práve vysvetlená pre hemiacetál; ale v prípade, že kruh je starostlivo sledovať, najmä v C ⁵ -OC ¹ (OH) -C ^{2 sekcia} , je potrebné si uvedomiť, že to zodpovedá očakávanej kostru pre hemiacetálu.

Uhlíky 5 a 2 predstavujú R a R 'všeobecnej rovnice. Pretože sú súčasťou rovnakej štruktúry, jedná sa teda o cyklický hemiacetál (a kruh je dosť zrejmý).

Charakteristika anomérneho uhlíka a ako ho rozoznať

Kde je anomérny uhlík? V glukóze je to skupina CHO, ktorá môže podstúpiť nukleofilný atak od OH buď pod alebo nad. V závislosti od orientácie útoku sa tvoria dva rôzne anoméry: a a p, ako už bolo uvedené.

Preto prvou charakteristikou tohto uhlíka je, že v otvorenom reťazci cukru je nukleofilným atakom; to znamená, že je skupina CHO, pre aldóz, alebo R ₂ C = O skupina, Ketos. Keď sa však vytvorí cyklický hemiacetál alebo kruh, môže sa zdať, že tento uhlík zmizol.

Nachádzajú sa tu ďalšie špecifickejšie vlastnosti, ktoré ju nachádzajú v pyranóznom alebo furanózovom kruhu všetkých uhľohydrátov:

- Anomérny uhlík je vždy vpravo alebo vľavo od atómu kyslíka, ktorý tvorí kruh.

-I dôležitejšie, že je spojené nielen s týmto atómom kyslíka, ale tiež k skupine OH, CHO alebo R _2, C = O.

-Je to asymetrické, to znamená, že má štyri rôzne substituenty.

S týmito štyrmi charakteristikami je ľahké rozoznať anomérny uhlík sledovaním akejkoľvek „sladkej štruktúry“.

Príklady

Príklad 1

β-D-fructofuranose. Zdroj: NEUROtiker (Diskusia • príspevky)

Hore je β-D-fruktofuranóza, cyklický hemiacetál s päťčlenným kruhom.

Aby sme identifikovali anomérny uhlík, musíme sa najprv pozrieť na uhlíky na ľavej a pravej strane atómu kyslíka, ktorý tvorí kruh. Potom ten, ktorý je spojený so skupinou OH, je anomérny uhlík; ktorý je v tomto prípade už červený.

To je β anoméry, pretože OH anomerního uhlíka je nad kruhom, ako je CH ₂ OH skupina.

Príklad 2

Sacharóza. Zdroj: NEUROtiker cez Wikipedia.

Teraz sa snažíme vysvetliť, aké sú anomérne uhlíky v štruktúre sacharózy. Ako je zrejmé, pozostáva z dvoch monosacharidov kovalentne spojených glykozidovou väzbou, -O-.

Prstenec napravo je presne ten istý, ktorý ste práve spomenuli: β-D-fruktofuranóza, iba je „vyklopený“ doľava. Anomérny uhlík zostáva rovnaký ako v predchádzajúcom prípade a spĺňa všetky vlastnosti, ktoré by sa od neho očakávali.

Na druhej strane je krúžkom vľavo a-D-glukopyranóza.

Opakovaním rovnakého postupu rozpoznávania anomérneho uhlíka pri pohľade na dva atómy uhlíka na ľavej a pravej strane atómu kyslíka sa zistilo, že pravým uhlíkom je uhlík, ktorý je spojený so skupinou OH; ktorý sa zúčastňuje na glukozidickej väzbe.

Preto sú oba anomérne uhlíky spojené väzbou -O-, a preto sú uzavreté v červených kruhoch.

Príklad 3

Celulóza. Zdroj: NEUROtiker

Nakoniec sa navrhuje identifikovať anomérne uhlíky dvoch glukózových jednotiek v celulóze. Opäť sú pozorované uhlíky okolo kyslíka v kruhu a zistilo sa, že v glukózovom kruhu vľavo sa anomérny uhlík zúčastňuje glykozidickej väzby (uzavretej v červenom kruhu).

V glukózovom kruhu vpravo je však anomérny uhlík napravo od kyslíka a je ľahko identifikovateľný, pretože je viazaný na kyslík glykozidovej väzby. Takto sú obidva anomérne uhlíky úplne identifikované.

Referencie

1. Morrison, RT a Boyd, R., N. (1987). Organická chémia. Vydanie 5 ^ta . Editorial Addison-Wesley Interamericana.
2. Carey F. (2008). Organická chémia. (Šieste vydanie). Mc Graw Hill.
3. Graham Solomons TW, Craig B. Fryhle. (2011). Organická chémia. Amíny. (10 ^th edition.). Wiley Plus.
4. Rendina G. (1974). Aplikované biochemické techniky. Interamericana, Mexiko.
5. Chang S. (nd). Sprievodca anomérnym uhlíkom: Čo je anomérny uhlík? , Získané z: chem.ucla.edu
6. Gunawardena G. (13. marca 2018). Anomerické uhlie. Chémia LibreTexts. Obnovené z: chem.libretexts.org
7. Foist L. (2019). Anomerický uhlík: definícia a prehľad. Štúdia. Obnovené z: study.com