ANOMERICKÝ UHLÍK: VLASTNOSTI A PŘÍKLADY - CHEMIE - 2025

Anomerní uhlík je stereocentrum přítomen v cyklických strukturách cukrů (mono- nebo polysacharidy). Jako stereocentrum, přesněji epimer, jsou z něj odvozeny dva diastereoizomery, označené písmeny a a p; jedná se o anomery a jsou součástí rozsáhlé nomenklatury ve světě cukrů.

Každý anomer, a nebo p, se liší v poloze OH skupiny anomerního uhlíku vzhledem k kruhu; ale v obou je anomerický uhlík stejný a je umístěn na stejném místě v molekule. Anomery jsou cyklické hemiacetaly, produkt intramolekulární reakce v otevřeném řetězci cukrů; jsou aldózy (aldehydy) nebo ketózy (ketony).

Konformace židle pro β-D-glukopyranózu. Zdroj: Commons Wikimedia.

Horní obrázek ukazuje konformaci židle pro β-D-glukopyranózu. Jak je vidět, sestává z šestičlenného kruhu, obsahujícího atom kyslíku mezi uhlíky 5 a 1; posledně jmenovaný je anomerický uhlík, který tvoří dvě jednoduché vazby se dvěma atomy kyslíku.

Pokud se blíže, skupina OH připojena k uhlíku 1 je orientována nad hexagonální prstence, stejně jako CH ₂ OH skupinu (oxid 6). Toto je β anomer. Naproti tomu a-anomer se bude lišit pouze v této OH skupině, která by byla umístěna po kruhu, jako by to byl trans diastereoisomer.

Hemiacetaly

Pro lepší pochopení a rozlišení anomerního uhlíku je nutné ponořit se poněkud hlouběji do konceptu hemiacetálů. Hemiacetaly jsou produktem chemické reakce mezi alkoholem a aldehydem (aldózami) nebo ketonem (ketózami).

Tuto reakci lze reprezentovat následující obecnou chemickou rovnicí:

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

Jak je vidět, alkohol reaguje s aldehydem za vzniku hemiacetalu. Co by se stalo, kdyby R i R 'patřily do stejného řetězce? V takovém případě byste měli cyklický hemiacetal a jediným možným způsobem, jak se to dá vytvořit, je to, že obě funkční skupiny, -OH a -CHO, jsou přítomny v molekulární struktuře.

Kromě toho musí struktura sestávat z flexibilního řetězce a s vazbami schopnými usnadnit nukleofilní útok OH na karbonylový uhlík skupiny CHO. Když k tomu dojde, struktura se uzavře do pětičlenného nebo šestičlenného kruhu.

Cyklický hemiacetal

Cyklická hemiacetální tvorba. Zdroj: Alejandro Porto

Příklad tvorby cyklického hemiacetalu pro glukózový monosacharid je uveden na obrázku výše. Je vidět, že sestává z aldózy s aldehydovou skupinou CHO (uhlík 1). To je napadeno OH skupinou uhlíku 5, jak ukazuje červená šipka.

Struktura přechází z otevřeného řetězce (glukóza) na pyranózní kruh (glukopyranóza). Nejprve nemusí existovat žádný vztah mezi touto reakcí a reakcí právě vysvětlenou pro hemiacetal; ale v případě, že kruh je pečlivě sledovat, zejména v C ⁵ -OC ¹ (OH) -C ^{2 sekce}, je třeba si uvědomit, že to odpovídá očekávané kostru pro hemiacetalu.

Uhlíky 5 a 2 představují R a R 'obecné rovnice. Protože jsou součástí stejné struktury, jedná se tedy o cyklický hemiacetal (a kruh je dostatečně jasný).

Charakteristika anomerního uhlíku a jeho rozpoznání

Kde je anomerický uhlík? V glukóze je to skupina CHO, která může podléhat nukleofilnímu útoku z OH buď pod nebo nad. V závislosti na orientaci útoku se vytvoří dva různé anomery: a a p, jak již bylo uvedeno.

Proto první charakteristikou tohoto uhlíku je to, že v otevřeném řetězci cukru trpí nukleofilním útokem; to znamená, že je skupina CHO, pro aldóz, nebo R ₂ C = O skupina, ketos. Jakmile se však vytvoří cyklický hemiacetal nebo kruh, může se zdát, že tento uhlík zmizel.

Zde se nacházejí další specifičtější vlastnosti, které ji nacházejí v pyranózním nebo furanózovém kruhu všech uhlohydrátů:

- Anomerický uhlík je vždy vpravo nebo vlevo od atomu kyslíku, který tvoří kruh.

-I důležitější, že je spojeno nejen s tímto atomem kyslíku, ale také ke skupině OH, CHO nebo R _2, C = O.

-Je to asymetrické, to znamená, že má čtyři různé substituenty.

Díky těmto čtyřem vlastnostem je snadné rozpoznat anomerický uhlík při pohledu na jakoukoli „sladkou strukturu“.

Příklady

Příklad 1

p-D-fruktofuranóza. Zdroj: NEUROtiker (diskuse • příspěvky)

Nahoře je β-D-fruktofuranóza, cyklický hemiacetal s pětičlenným kruhem.

Abychom identifikovali anomerický uhlík, musíme se nejprve podívat na uhlíky na levé a pravé straně atomu kyslíku, který tvoří kruh. Pak je ten, který je spojen se skupinou OH, anomerický uhlík; který je v tomto případě již zakroužkovaný červeně.

To je β anomer, protože OH anomerního uhlíku je nad kruhem, jako je CH ₂ OH skupina.

Příklad 2

Sacharóza. Zdroj: NEUROtiker prostřednictvím Wikipedie.

Nyní se snažíme vysvětlit, jaké jsou anomerní uhlíky ve struktuře sacharózy. Jak je vidět, skládá se ze dvou monosacharidů kovalentně spojených glykosidickou vazbou, -O-.

Prsten napravo je přesně stejný, jaký byl právě zmíněn: β-D-fruktofuranóza, pouze je „převrácený“ doleva. Anomerický uhlík zůstává stejný jako v předchozím případě a splňuje všechny vlastnosti, které by se od něj očekávaly.

Na druhé straně je prsten nalevo a-D-glukopyranóza.

Opakováním stejného postupu rozpoznávání anomerního uhlíku, při pohledu na dva atomy uhlíku na levé a pravé straně atomu kyslíku, bylo zjištěno, že pravý uhlík je ten, který je spojen se skupinou OH; který se účastní glukosidické vazby.

Proto jsou oba anomerní uhlíky spojeny vazbou -O-, a proto jsou uzavřeny v červených kruzích.

Příklad 3

Celulóza. Zdroj: NEUROtiker

Nakonec se navrhuje identifikovat anomerní uhlíky dvou glukózových jednotek v celulóze. Opět jsou pozorovány uhlíky kolem kyslíku uvnitř kruhu a je zjištěno, že v glukózovém kruhu vlevo se anomerický uhlík účastní glykosidické vazby (uzavřené v červeném kruhu).

V glukózovém kruhu napravo je však anomerický uhlík napravo od kyslíku a je snadno identifikovatelný, protože je vázán na kyslík glykosidické vazby. Oba anomerní uhlíky jsou tedy plně identifikovány.

Reference

1. Morrison, RT a Boyd, R., N. (1987). Organická chemie. Vydání 5 ^ta. Editorial Addison-Wesley Interamericana.
2. Carey F. (2008). Organická chemie. (Šesté vydání). Mc Graw Hill.
3. Graham Solomons TW, Craig B. Fryhle. (2011). Organická chemie. Amines. (10 ^th edition.). Wiley Plus.
4. Rendina G. (1974). Aplikované biochemické techniky. Interamericana, Mexiko.
5. Chang S. (nd). Průvodce anomerním uhlíkem: Co je anomerický uhlík?. Obnoveno z: chem.ucla.edu
6. Gunawardena G. (13. března 2018). Anomerické uhlí. Chemistry LibreTexts. Obnoveno z: chem.libretexts.org
7. Foist L. (2019). Anomeric Carbon: Definice & Overview. Studie. Obnoveno z: study.com