Caratteristiche ed esempi del carbonio anomerico

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Jonah Lester

Il carbonio anomerico è uno stereocentro presente nelle strutture cicliche dei carboidrati (mono o polisaccaridi). Essendo uno stereocentro, più precisamente un epimero, da esso derivano due diastereoisomeri, designati con le lettere α e β; questi sono gli anomeri, e fanno parte della vasta nomenclatura nel mondo degli zuccheri.

Ciascun anomero, α o β, differisce nella posizione del gruppo OH del carbonio anomerico rispetto all'anello; ma in entrambi, il carbonio anomerico è lo stesso e si trova nello stesso posto nella molecola. Gli anomeri sono emiacetali ciclici, il prodotto di una reazione intramolecolare nella catena aperta degli zuccheri; se aldosi (aldeidi) o chetosi (chetoni).

Conformazione a poltrona per β-D-glucopiranosio. Fonte: Commons Wikimedia.

L'immagine in alto mostra la conformazione a sedia per il β-D-glucopiranosio. Come si può vedere, è costituito da un anello a sei membri, compreso un atomo di ossigeno tra i carboni 5 e 1; il secondo, o meglio il primo, è il carbonio anomerico, che forma due semplici legami con due atomi di ossigeno.

Se guardi da vicino, il gruppo OH attaccato al carbonio 1 è orientato sopra l'anello esagonale, così come il gruppo CHDueOH (carbonio 6). Questo è l'anomero β. L'anomero α, d'altra parte, differirebbe solo in questo gruppo OH, che sarebbe situato lungo l'anello, proprio come se fosse un trans diastereoisomero..

Indice articolo

  • 1 Emiacetali
    • 1.1 Emiacetale ciclico
  • 2 Caratteristiche del carbonio anomerico e come riconoscerlo
  • 3 esempi
    • 3.1 Esempio 1
    • 3.2 Esempio 2
    • 3.3 Esempio 3
  • 4 Riferimenti

Emiacetali

È necessario approfondire il concetto di emiacetali per comprendere e distinguere meglio il carbonio anomerico. Gli emiacetali sono il prodotto di una reazione chimica tra un alcol e un'aldeide (aldosi) o un chetone (chetosi).

Questa reazione può essere rappresentata dalla seguente equazione chimica generale:

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

Come si può vedere, un alcol reagisce con un'aldeide per formare l'emiacetale. Cosa succederebbe se sia R che R 'appartenessero alla stessa catena? In tal caso, avresti un emiacetale ciclico e l'unico modo possibile per formarlo è che entrambi i gruppi funzionali, -OH e -CHO, siano presenti nella struttura molecolare..

Inoltre, la struttura deve essere costituita da una catena flessibile, e con legami in grado di facilitare l'attacco nucleofilo dell'OH verso il carbonio carbonilico del gruppo CHO. Quando ciò accade, la struttura si chiude in un anello di cinque o sei membri..

Emiacetale ciclico

Formazione ciclica dell'emiacetale. Fonte: Alejandro Porto [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)]

Un esempio della formazione di un emiacetale ciclico per il glucosio monosaccaride è mostrato nell'immagine sopra. Si può vedere che è costituito da un aldosio, con un gruppo aldeidico CHO (carbonio 1). Questo viene attaccato dal gruppo OH del carbonio 5, come indicato dalla freccia rossa.

La struttura passa dall'essere una catena aperta (glucosio), ad un anello piranooso (glucopiranosio). All'inizio potrebbe non esserci alcuna relazione tra questa reazione e quella appena spiegata per l'emiacetale; ma se guardi attentamente l'anello, in particolare nella sezione C5-O-C1(OH) -CDue, si apprezzerà che questo corrisponde allo scheletro atteso per un emiacetale.

I carboni 5 e 2 vengono a rappresentare rispettivamente R e R 'dell'equazione generale. Poiché fanno parte della stessa struttura, è quindi un emiacetale ciclico (e l'anello è sufficiente per essere evidente).

Caratteristiche del carbonio anomerico e come riconoscerlo

Dov'è il carbonio anomerico? Nel glucosio, questo è il gruppo CHO, che può subire un attacco nucleofilo da parte dell'OH sia dal basso che dall'alto. A seconda dell'orientamento dell'attacco, si formano due diversi anomeri: α e β, come già accennato..

Pertanto, una prima caratteristica che possiede questo carbonio è che nella catena aperta dello zucchero è quello che subisce l'attacco nucleofilo; cioè, è il gruppo CHO, per gli aldosi, o il gruppo R.DueC = O, per chetosi. Tuttavia, una volta formato l'emiacetale ciclico o l'anello, questo carbonio può sembrare scomparso..

È qui che ci sono altre caratteristiche più specifiche per localizzarlo in qualsiasi anello piranoso o furanoso di tutti i carboidrati:

-Il carbonio anomerico si trova sempre a destra oa sinistra dell'atomo di ossigeno che compone l'anello.

-Ancora più importante, è legato non solo a questo atomo di ossigeno, ma anche al gruppo OH, proveniente da CHO o RDueC = O.

-È asimmetrico, cioè ha quattro diversi sostituenti.

Con queste quattro caratteristiche, è facile riconoscere il carbonio anomerico osservando qualsiasi "struttura dolce".

Esempi

Esempio 1

β-D-fruttofuranosio. Fonte: NEUROtiker (talk • contribs) [dominio pubblico]

Sopra è β-D-fruttofuranosio, un emiacetale ciclico con un anello a cinque membri..

Per identificare il carbonio anomerico, devi prima guardare i carboni sul lato sinistro e destro dell'atomo di ossigeno che compone l'anello. Quindi, quello che è legato al gruppo OH è il carbonio anomerico; che in questo caso è già cerchiato in rosso.

Questo è l'anomero β perché l'OH del carbonio anomerico è sopra l'anello, così come il gruppo CHDueOh.

Esempio 2

Saccarosio. Fonte: NEUROtiker tramite Wikipedia.

Ora, proviamo a spiegare quali sono i carboni anomerici nella struttura del saccarosio. Come si può vedere, è costituito da due monosaccaridi legati covalentemente da un legame glicosidico, -O-.

L'anello a destra è esattamente lo stesso appena citato: β-D-fruttofuranosio, solo che è “capovolto” a sinistra. Il carbonio anomerico rimane lo stesso per il caso precedente e soddisfa tutte le caratteristiche che ci si aspetterebbe da esso.

D'altra parte, l'anello a sinistra è α-D-glucopiranosio.

Ripetendo la stessa procedura di riconoscimento del carbonio anomerico, guardando i due atomi di carbonio sul lato sinistro e destro dell'atomo di ossigeno, si scopre che il carbonio destro è quello legato al gruppo OH; che partecipa al legame glicosidico.

Pertanto, entrambi i carboni anomerici sono collegati dal legame -O-, e quindi sono racchiusi in cerchi rossi..

Esempio 3

Cellulosa. Fonte: NEUROtiker [dominio pubblico]

Infine, si propone di identificare i carboni anomerici di due unità di glucosio nella cellulosa. Di nuovo, si osservano i carboni attorno all'ossigeno all'interno dell'anello e si trova che nell'anello del glucosio a sinistra il carbonio anomerico partecipa al legame glicosidico (racchiuso nel cerchio rosso).

Nell'anello del glucosio a destra, invece, il carbonio anomerico è a destra dell'ossigeno, ed è facilmente individuabile perché legato all'ossigeno del legame glicosidico. Pertanto, entrambi i carboni anomerici sono completamente identificati.

Riferimenti

  1. Morrison, R. T. e Boyd, R, N. (1987). Chimica organica. 5ta Edizione. Editoriale Addison-Wesley Interamericana.
  2. Carey F. (2008). Chimica organica. (Sesta edizione). Mc Graw Hill.
  3. Graham Solomons T.W., Craig B. Fryhle. (2011). Chimica organica. Ammine. (10th edizione.). Wiley plus.
  4. Rendina G. (1974). Tecniche biochimiche applicate. Interamericana, Messico.
  5. Chang S. (s.f.). Una guida al carbonio anomerico: cos'è un carbonio anomerico? [PDF]. Estratto da: chem.ucla.edu
  6. Gunawardena G. (13 marzo 2018). Carbone anomerico. Chemistry LibreTexts. Recupero da: chem.libretexts.org
  7. Foist L. (2019). Carbonio anomerico: definizione e panoramica. Studia. Estratto da: study.com

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