ANOMEERINEN HIILI: OMINAISUUDET JA ESIMERKIT - KEMIA - 2026

Anomeerinen hiili on stereokeskus läsnä syklisiä rakenteita, hiilihydraattien (mono- tai polysakkarideja). Koska stereokeskus, tarkemmin sanottuna epimeeri, siitä johdetaan kaksi diastereoisomeeriä, jotka on merkitty kirjaimilla a ja β; nämä ovat anomeerejä ja ovat osa laajaa sokerimaailman nimikkeistöä.

Jokainen anomeeri, a tai p, eroaa anomeerisen hiilen OH-ryhmän asemasta renkaaseen nähden; mutta molemmissa anomeerinen hiili on sama, ja se sijaitsee samassa paikassa molekyylissä. Anomeerit ovat syklisiä puoliasetaalia, molekyylin sisäisen reaktion tuote sokerien avoimessa ketjussa; ovat aldooseja (aldehydejä) tai ketooseja (ketoneja).

Tuolin konformaatio β-D-glukopyranoosille. Lähde: Commons Wikimedia.

Yläkuva esittää tuolin konformaatiota beeta-D-glukopyranoosille. Kuten voidaan nähdä, se koostuu kuusijäsenisestä renkaasta, joka sisältää hiiliatomien 5 ja 1 välisen happiatomin; jälkimmäinen, tai pikemminkin edellinen, on anomeerinen hiili, joka muodostaa kaksi erillistä sidosta kahdella happiatomilla.

Jos tarkasti, OH, joka on kiinnittynyt hiili 1 on suunnattu edellä kuusikulmainen rengas, samoin kuin CH ₂ OH-ryhmä (hiili 6). Tämä on β-anomeeri. A-anomeeri toisaalta eroaa vain tässä OH-ryhmässä, joka sijaitsisi renkaan alla, aivan kuin se olisi trans-diastereoisomeeri.

puoliasetaalit

Anomeerisen hiilen ymmärtämiseksi ja erottamiseksi on tarpeen syventyä vähän puolisäteiden käsitteeseen. Hemiasetaalit ovat kemiallisen reaktion tuote alkoholin ja aldehydin (aldoosit) tai ketonin (ketoosit) välillä.

Tätä reaktiota voidaan edustaa seuraavalla yleisellä kemiallisella yhtälöllä:

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

Kuten voidaan nähdä, alkoholi reagoi aldehydin kanssa muodostaen puoliasetaalin. Mitä tapahtuisi, jos sekä R että R 'kuuluvat samaan ketjuun? Siinä tapauksessa sinulla olisi syklinen hemiasetaali, ja ainoa mahdollinen tapa, jolla se voidaan muodostaa, on, että molemmat funktionaaliset ryhmät, -OH ja -CHO, ovat läsnä molekyylirakenteessa.

Lisäksi rakenteen on koostuttava joustavasta ketjusta ja sidoksista, jotka kykenevät helpottamaan OH: n nukleofiilistä hyökkäystä kohti CHO-ryhmän karbonyylihiiltä. Kun tämä tapahtuu, rakenne sulkeutuu viisi- tai kuusijäseniseksi renkaksi.

Syklinen hemiasetaali

Syklinen hemiasetaalin muodostuminen. Lähde: Alejandro Porto

Esimerkki syklisen hemiasetaalin muodostumisesta glukoosimonosakkaridille esitetään yllä olevassa kuvassa. Sen voidaan nähdä koostuvan aldoosista, jossa on aldehydiryhmä CHO (hiili 1). Tätä hyökkää hiili-5-OH-ryhmä, kuten punainen nuoli osoittaa.

Rakenne siirtyy avoimesta ketjusta (glukoosi) pyraaniseen renkaaseen (glukopyranoosi). Aluksi tämän reaktion ja juuri selitetyn reaktion välillä ei voi olla suhdetta; mutta jos rengas on huolellisesti, erityisesti C- ⁵ -OC ¹ (OH) -C ^{2 osassa}, on selvää, että se vastaa odotettua luuranko hemiasetaalin.

Hiilivedyt 5 ja 2 edustavat vastaavasti yleisen yhtälön R ja R '. Koska nämä ovat osa samaa rakennetta, se on silloin syklinen puoliasetaali (ja rengas on tarpeeksi ilmeinen).

Anomeerisen hiilen ominaisuudet ja miten se tunnistetaan

Missä on anomeerinen hiili? Glukoosissa tämä on CHO-ryhmä, joka voi läpikäydä nukleofiilisen hyökkäyksen OH: sta joko alapuolelta tai yläpuolelta. Hyökkäyksen suuntauksesta riippuen muodostuu kaksi erilaista anomeeria: α ja β, kuten jo mainittiin.

Siksi tämän hiilen ensimmäinen ominaisuus on, että sokerin avoimessa ketjussa se kärsii nukleofiilisestä hyökkäyksestä; että on, se on CHO-ryhmä, aldoosit, tai R ₂ C = O-ryhmää, ja ketonit. Kuitenkin, kun syklinen hemiasetaali tai rengas on muodostettu, tämä hiili voi näyttää kadonnut.

Se on täällä, missä muiden erityisominaisuuksien havaitaan löytävän sen kaikkien hiilihydraattien mihin tahansa pyraaniseen tai furanoosirenkaaseen:

-Anomeerinen hiili on aina renkaan muodostavan happiatomin oikealla tai vasemmalla puolella.

-Jopa tärkeämpää, se ei liity ainoastaan tähän happiatomiin, mutta myös OH-ryhmä, CHO tai R ₂ C = O

-Se on epäsymmetrinen, eli siinä on neljä erilaista substituenttia.

Näillä neljällä ominaisuudella on helppo tunnistaa anomeerinen hiili tarkastelemalla mitä tahansa "makeaa rakennetta".

esimerkit

Esimerkki 1

β-D-fruktofuranosipolymeereista. Lähde: NEUROtiker (keskustelu • kirjoittajat)

Yllä on β-D-fruktofuraranoosi, syklinen puoliasetaali, jossa on viisijäseninen rengas.

Anomeerisen hiilen tunnistamiseksi meidän on ensin tarkasteltava renkaita muodostavan happiatomin vasemmalla ja oikealla puolella olevia hiilejä. Sitten se, joka on kytketty OH-ryhmään, on anomeerinen hiili; joka tässä tapauksessa on ympyröity punaisella.

Tämä on β-anomeeri, koska OH-anomeerinen hiili on renkaan yläpuolella, kun on CH ₂ OH-ryhmän.

Esimerkki 2

Sakkaroosi. Lähde: NEUROtiker Wikipedian kautta.

Nyt yritämme selittää, mitkä ovat anomeeriset hiilivedyt sakkaroosin rakenteessa. Kuten voidaan nähdä, se koostuu kahdesta monosakkaridista, jotka on kovalenttisesti kytketty glykosidisilla sidoksilla -O-.

Oikealla oleva rengas on täsmälleen sama, jota juuri mainittiin: β-D-fruktofuranoosi, vain se “käännetään” vasemmalle. Anomeerinen hiili pysyy samana edellisessä tapauksessa ja täyttää kaikki sen odotettavissa olevat ominaisuudet.

Toisaalta, vasemmalla oleva rengas on a-D-glukopyranoosi.

Toistamalla sama anomeerinen hiilen tunnistusmenetelmä, tarkastelemalla kahta hiiliatomia happiatomin vasemmalla ja oikealla puolella, havaitaan, että oikea hiili on se, joka on kytketty OH-ryhmään; joka osallistuu glukosidiseen sitoutumiseen.

Siksi molemmat anomeeriset hiilit on kytketty -O-sidoksella, ja siksi ne ovat suljettuina punaisiksi ympyröiksi.

Esimerkki 3

Selluloosa. Lähde: NEUROtiker

Lopuksi ehdotetaan tunnistamaan kahden selluloosan glukoosiyksikön anomeeriset hiilet. Jälleen havaitaan renkaan sisällä olevan hapen ympärillä olevat hiilivedyt ja havaitaan, että vasemmalla olevassa glukoosirenkaassa anomeerinen hiili osallistuu glykosidisidoksessa (suljettuna punaiseen ympyrään).

Oikealla olevassa glukoosirenkaassa anomeerinen hiili on kuitenkin happea oikealla puolella ja on helposti tunnistettavissa, koska se on sitoutunut glykosidisidoksen happea. Siten molemmat anomeeriset hiilit tunnistetaan täysin.

Viitteet

1. Morrison, RT ja Boyd, R, N. (1987). Orgaaninen kemia. 5 ^ta Edition. Toimituksellinen Addison-Wesley Interamericana.
2. Carey F. (2008). Orgaaninen kemia. (Kuudes painos). Mc Graw Hill.
3. Graham Solomons TW, Craig B. Fryhle. (2011). Orgaaninen kemia. Amiineja. (10 ^th painos.). Wiley Plus.
4. Rendina G. (1974). Sovelletut biokemiatekniikat. Interamericana, Meksiko.
5. Chang S. (toinen). Opas anomeeriselle hiilelle: Mikä on anomeerinen hiili?. Palautettu: chem.ucla.edu
6. Gunawardena G. (13. maaliskuuta 2018). Anomeerinen hiili. Kemia LibreTexts. Palautettu osoitteesta: chem.libretexts.org
7. Foist L. (2019). Anomeerinen hiili: Määritelmä ja yleiskatsaus. Tutkimus. Palautettu osoitteesta study.com