CARBONUL ANOMERIC: CARACTERISTICI ȘI EXEMPLE - CHIMIE - 2025

Carbon anomeric este un stereocentru prezent în structurile ciclice de carbohidrați (mono- sau polizaharide). Fiind un stereocentru, mai precis un epimer, din acesta sunt derivate două diastereoizomere, desemnate cu literele α și β; acestea sunt anomerii și fac parte din nomenclatura extinsă din lumea zaharurilor.

Fiecare anomer, α sau β, diferă în poziția grupului OH al carbonului anomeric în raport cu inelul; dar în ambele, carbonul anomeric este același și este localizat în același loc în moleculă. Anomerii sunt hemiacetali ciclici, produsul unei reacții intramoleculare în lanțul deschis al zaharurilor; sunt aldozele (aldehide) sau cetetozele (cetone).

Conformarea scaunului pentru β-D-glucopiran. Sursa: Commons Wikimedia.

Imaginea superioară prezintă conformația scaunului pentru β-D-glucopiranoză. După cum se poate observa, acesta constă dintr-un inel cu șase membri, care include un atom de oxigen între atomi de carbon 5 și 1; cel din urmă, sau mai degrabă primul, este carbonul anomeric, care formează două legături unice cu doi atomi de oxigen.

Dacă te uiți atent, gruparea OH atașată la atomul de carbon 1 este orientat deasupra inelului hexagonal, așa cum face CH ₂ gruparea OH (carbon 6). Acesta este anomerul β. Anomerul α, pe de altă parte, ar diferi doar în acest grup OH, care ar fi situat în jos inelul, la fel ca și cum ar fi un diastereoizomer trans.

sEMIACETALI

Este necesar să ne adâncim puțin mai adânc în conceptul de hemiacetale pentru a înțelege și distinge mai bine carbonul anomeric. Hemiacetalele sunt produsul unei reacții chimice între un alcool și o aldehidă (aldoze) sau o cetonă (cetetoză).

Această reacție poate fi reprezentată de următoarea ecuație chimică generală:

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

După cum se poate observa, un alcool reacționează cu o aldehidă pentru a forma hemiacetul. Ce s-ar întâmpla dacă ambele R și R aparțin aceluiași lanț? În acest caz, ai avea un hemiacetal ciclic și singurul mod posibil de formare a acestuia este acela că ambele grupuri funcționale, -OH și -CHO, sunt prezente în structura moleculară.

În plus, structura trebuie să fie formată dintr-un lanț flexibil și cu legături capabile să faciliteze atacul nucleofil al OH către carbonul carbonil al grupului CHO. Când se întâmplă acest lucru, structura se închide într-un inel cu cinci sau șase membri.

Hemiacetal ciclic

Formarea hemiacetală ciclică. Sursa: Alejandro Porto

Un exemplu de formare a unui hemiacetal ciclic pentru monosacharida de glucoză este prezentat în imaginea de mai sus. Se poate consta dintr-o aldoză, cu o grupare aldehidă CHO (carbon 1). Aceasta este atacată de grupa OH de carbon 5, așa cum este indicată de săgeata roșie.

Structura merge de la a fi un lanț deschis (glucoză), la un inel piranos (glucopirană). La început nu poate exista nicio relație între această reacție și cea explicată doar pentru hemiacetal; dar dacă inelul este observat cu atenție, în special în C ⁵ -OC ¹ (OH) -C ^{2 secțiune} , se va aprecia că acesta corespunde scheletului așteptat pentru un semiacetal.

Carbonii 5 și 2 ajung să reprezinte R și R 'din ecuația generală. Deoarece acestea fac parte din aceeași structură, este apoi un hemiacetal ciclic (iar inelul este suficient pentru a fi evident).

Caracteristicile carbonului anomeric și modul de recunoaștere a acestuia

Unde este carbonul anomeric? În glucoză, aceasta este grupa CHO, care poate suferi atac nucleofil din OH fie sub sau mai sus. În funcție de orientarea atacului, se formează doi anomeri diferiți: α și β, așa cum sa menționat deja.

Prin urmare, o primă caracteristică pe care o posedă acest carbon este aceea că în lanțul deschis de zahăr este cel care suferă atacul nucleofil; adică, este gruparea CHO, pentru aldozelor, sau R ₂ grupa C = O, pentru cetozele. Cu toate acestea, odată format hemiacetul sau inelul ciclic, acest carbon poate părea că a dispărut.

Este aici unde se găsesc alte caracteristici mai specifice pentru a-l localiza în orice inel piranos sau furanozic al tuturor carbohidraților:

-Carbonul anomeric este întotdeauna la dreapta sau la stânga atomului de oxigen care alcătuiește inelul.

-Chiar mai important, acest lucru este legat nu numai la acest atom de oxigen, dar , de asemenea , gruparea OH, de la CHO sau R ₂ C = O.

-Este asimetric, adică are patru substituenți diferiți.

Cu aceste patru caracteristici, este ușor să recunoști carbonul anomeric analizând orice „structură dulce”.

Exemple

Exemplul 1

β-D-fructofuranose. Sursa: NEUROtiker (discuție • contribuții)

Deasupra se află β-D-fructofuranoza, un hemiacetal ciclic cu un inel cu cinci membri.

Pentru a identifica carbonul anomeric, trebuie să privim mai întâi carbunii din partea stângă și dreapta a atomului de oxigen care formează inelul. Apoi, cel care este legat de grupa OH este carbonul anomeric; care, în acest caz, este deja înconjurat în roșu.

Aceasta este β anomerul deoarece hidroxilul carbonului anomerică este deasupra inelului, așa cum este CH ₂ gruparea OH.

Exemplul 2

Zaharoză. Sursa: NEUROtiker prin Wikipedia.

Acum, încercăm să explicăm care sunt carbonii anomeri din structura zaharozei. După cum se poate observa, acesta este format din două monosacharide legate covalent printr-o legătură glicozidică, -O-.

Inelul din dreapta este exact același pe care l-am menționat: β-D-fructofuranoza, numai că este „răsturnat” la stânga. Carbonul anomeric rămâne același pentru cazul precedent și îndeplinește toate caracteristicile care ar fi de așteptat de la acesta.

Pe de altă parte, inelul din stânga este α-D-glucopiranoza.

Prin repetarea aceleiași proceduri de recunoaștere a carbonului anomerice, analizând cei doi carboni din partea stângă și dreapta a atomului de oxigen, se constată că carbonul drept este cel care este legat de grupa OH; care participă la legătura glucozidică.

Prin urmare, ambele carbune anomerice sunt conectate prin legătura -O- și, prin urmare, sunt închise în cercuri roșii.

Exemplul 3

Celuloză. Sursa: NEUROtiker

În cele din urmă, se propune identificarea carbonilor anomerici ai două unități de glucoză din celuloză. Din nou, se observă carbonii din jurul oxigenului din inel și se constată că în inelul de glucoză din stânga carbonul anomeric participă la legătura glicozidică (închisă în cercul roșu).

Cu toate acestea, în inelul de glucoză din dreapta, carbonul anomeric este la dreapta oxigenului și este ușor de identificat, deoarece este legat de oxigenul legăturii glicozidice. Astfel, ambele carbune anomerice sunt complet identificate.

Referințe

1. Morrison, RT și Boyd, R, N. (1987). Chimie organica. Ediția 5 ^ta . Editorial Addison-Wesley Interamericana.
2. Carey F. (2008). Chimie organica. (Ediția a șasea). Mc Graw Hill.
3. Graham Solomons TW, Craig B. Fryhle. (2011). Chimie organica. Aminele. ( Ediția ^a 10- ^a .) Wiley Plus.
4. Rendina G. (1974). Tehnici de biochimie aplicată. Interamericana, Mexic.
5. Chang S. (nd). Un ghid pentru carbonul anomeric: Ce este un carbon anomeric? . Recuperat din: chem.ucla.edu
6. Gunawardena G. (13 martie 2018). Cărbune anomeric. Chimie LibreTexturi. Recuperat din: chem.libretexts.org
7. Foist L. (2019). Carbon anomeric: definiție și prezentare generală. Studiu. Recuperat din: studiu.com