ANOMĒRISKAIS OGLEKLIS: RAKSTURLIELUMI UN PIEMĒRI - ĶĪMIJA - 2025

Anomeric ogleklis ir stēriskais klāt cikliskās struktūras ogļhidrātu (mono- vai polisaharīdi). Būdams stereocentrs, precīzāk sakot, epimērs, no tā tiek iegūti divi diastereoizomēri, kas apzīmēti ar burtiem α un β; šie ir anomēri un ir daļa no plašās cukuru nomenklatūras.

Katrs anomērs, α vai β, atšķiras anomēra oglekļa OH grupas pozīcijā attiecībā pret gredzenu; bet abos anomērā ogleklis ir vienāds, un tas atrodas tajā pašā vietā molekulā. Anomēri ir cikliski pusacetāli, intramolekulāras reakcijas produkts atklātā cukuru ķēdē; ir aldozes (aldehīdi) vai ketozes (ketoni).

Krēsla uzbūve β-D-glikopiranozei. Avots: Common Wikimedia.

Augšējā attēlā parādīta krēsla uzbūve β-D-glikopiranozei. Kā redzams, tas sastāv no sešu locekļu gredzena, ieskaitot skābekļa atomu starp 5. un 1. oglekļa atomu; pēdējais vai drīzāk pirmais ir oglekļa anomērs, kas veido divas atsevišķas saites ar diviem skābekļa atomiem.

Ja paskatās ciešāk, OH grupa pievienota oglekļa 1 ir orientēta virs sešstūra gredzenu, tāpat kā CH ₂ OH grupu (oglekļa 6). Tas ir β anomērs. No otras puses, α anomērs atšķirtos tikai šajā OH grupā, kas atrastos zem gredzena, tāpat kā trans-diastereoizomērs.

Hemiocetāli

Lai labāk izprastu un atšķirtu anomēru oglekli, ir nepieciešams mazliet padziļināties pusacetālu jēdzienā. Hemiacetāli ir ķīmiskas reakcijas produkts starp spirtu un aldehīdu (aldozes) vai ketonu (ketozes).

Šo reakciju var attēlot ar šādu vispārīgu ķīmisko vienādojumu:

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

Kā redzams, spirts reaģē ar aldehīdu, veidojot pusacetālu. Kas notiktu, ja R un R 'pieder vienai un tai pašai ķēdei? Tādā gadījumā jums būtu ciklisks pusacetāls, un vienīgais iespējamais veids, kā to izveidot, ir tāds, ka molekulārajā struktūrā ir abas funkcionālās grupas, -OH un -CHO.

Turklāt struktūrai jāsastāv no elastīgas ķēdes un ar saitēm, kas spēj atvieglot OH nukleofīlo uzbrukumu pret CHO grupas karboniloglekli. Kad tas notiek, struktūra noslēdzas piecu vai sešu locekļu gredzenā.

Ciklisks pusacetāls

Cikliska pusacetāla veidošanās. Avots: Alejandro Porto

Glikozes monosaharīda cikliska pusacetāla veidošanās piemērs parādīts iepriekš redzamajā attēlā. Var redzēt, ka tas sastāv no aldozes ar aldehīdu grupu CHO (ogleklis 1). Tam uzbrūk OH 5. oglekļa grupa, kā norādīts ar sarkano bultiņu.

Struktūra pāriet no atvērtas ķēdes (glikozes) uz pirātisku gredzenu (glikopiranozi). Sākumā var nebūt sakarības starp šo reakciju un to, kas tikko izskaidrota attiecībā uz pusacetālu; bet, ja gredzens tiek uzmanīgi novērots, īpaši C ⁵ -OC ¹ (OH) -C ^{2 sadaļā} , tiks atzīts, ka tas atbilst paredzamajam hemiacetāla skeletam.

5. un 2. ogleklis apzīmē attiecīgi vispārējā vienādojuma R un R '. Tā kā tie ir daļa no vienas struktūras, tas ir ciklisks pusacetāls (un gredzens ir pietiekams, lai to pamanītu).

Anomēra oglekļa raksturojums un kā to atpazīt

Kur ir anomērā ogle? Glikozes gadījumā tā ir CHO grupa, kurai var būt nukleofīlijas lēkme no OH vai nu zem, vai virs. Atkarībā no uzbrukuma orientācijas veidojas divi dažādi anomēri: α un β, kā jau minēts.

Tādēļ šī oglekļa pirmā īpašība ir tā, ka atklātā cukura ķēdē tas ir tas, kas cieš no nukleofīlijas uzbrukuma; proti, tas ir CHO grupa, par aldoses, vai R ₂ C = O grupa, par ketoses. Tomēr, veidojoties cikliskajam pusacetālam vai gredzenam, šis ogleklis varētu šķist pazudis.

Tieši šeit tiek atrasti citi specifiskāki raksturlielumi, kas to atrod jebkurā ogļhidrātu pirātiskajā vai furanozes gredzenā:

-Anomēriskais ogleklis vienmēr atrodas pa labi vai pa kreisi no skābekļa atoma, kas veido gredzenu.

-Pat vairāk svarīgi, tas ir saistīts ne tikai ar šo skābekļa atomu, bet arī ar OH grupu, no CHO vai R ₂ C = O

-Tas ir asimetrisks, tas ir, tam ir četri dažādi aizvietotāji.

Izmantojot šīs četras īpašības, anomēru oglekli ir viegli atpazīt, aplūkojot jebkuru "saldo struktūru".

Piemēri

1. piemērs

β-D-fruktofuranoze. Avots: NEUROtiker (saruna • līdzautors)

Augšpusē ir β-D-fruktofuranoze, ciklisks pusacetāls ar piecu locekļu gredzenu.

Lai identificētu oglekļa anomēru, vispirms jāaplūko ogleklis, kas atrodas skābekļa atoma kreisajā un labajā pusē, kas veido gredzenu. Tad tas, kas ir saistīts ar OH grupu, ir oglekļa anomērs; kas šajā gadījumā jau ir riņķots sarkanā krāsā.

Tas ir β anomērs jo OH no anomeric oglekļa ir virs gredzenu, kā ir CH ₂ OH grupa.

2. piemērs

Saharoze. Avots: NEUROtiker caur Wikipedia.

Tagad mēs cenšamies izskaidrot, kādi ir anomērie oglekļi saharozes struktūrā. Kā redzams, tas sastāv no diviem monosaharīdiem, kurus kovalenti savieno ar glikozīdisko saiti -O-.

Gredzens labajā pusē ir tieši tāds pats kā tikko pieminētais: β-D-frukofuranoze, tikai tas ir “pagriezts” pa kreisi. Anomēriskais ogleklis paliek tāds pats kā iepriekšējā gadījumā un atbilst visām īpašībām, kuras no tā varētu sagaidīt.

No otras puses, gredzens kreisajā pusē ir α-D-glikopiranoze.

Atkārtojot to pašu anomēru oglekļa atpazīšanas procedūru, aplūkojot divus oglekļa atomus, kas atrodas skābekļa atoma kreisajā un labajā pusē, tiek konstatēts, ka pareizais ogleklis ir tas, kas ir saistīts ar OH grupu; kas piedalās glikozīdiskajā saitē.

Tāpēc abi anomērie oglekļi ir savienoti ar -O- saiti, un tāpēc tie ir slēgti sarkanos apļos.

3. piemērs

Celuloze. Avots: NEUROtiker

Visbeidzot, tiek ierosināts identificēt celulozes divu glikozes vienību anomērus. Atkal tiek novēroti oglekļa loki ap skābekli, kas atrodas gredzenā, un tiek atklāts, ka glikozes gredzenā kreisajā pusē anomērā ogle piedalās glikozīdiskajā saitē (ieslēgta sarkanajā aplī).

Glikozes gredzenā labajā pusē anomēriskais ogleklis ir pa labi no skābekļa un ir viegli identificējams, jo tas ir saistīts ar glikozīdiskās saites skābekli. Tādējādi abi anomērie oglekļi ir pilnībā identificēti.

Atsauces

1. Morisons, RT un Boids, R., N. (1987). Organiskā ķīmija. 5 ^ta izdevums. Redakcijas Addison-Wesley Interamericana.
2. Carey F. (2008). Organiskā ķīmija. (Sestais izdevums). Mc Graw Hill.
3. Grehems Solomons TW, Kreigs B. Frīls. (2011). Organiskā ķīmija. Amīni. (10 ^th izdevums.). Wiley Plus.
4. Rendina G. (1974). Pielietotās bioķīmijas tehnikas. Interamericana, Meksika.
5. Čangs S. (nd). Norādījums par oglekļa anomēru: Kas ir oglekļa anomērs? . Atgūts no: chem.ucla.edu
6. Gunawardena G. (2018. gada 13. marts). Anomēriskās ogles. Ķīmija LibreTexts. Atgūts no: chem.libretexts.org
7. Foist L. (2019). Anomēriskais ogleklis: definīcija un pārskats. Pētījums. Atgūts no: study.com