Carbonio anomerico: caratteristiche ed esempi

Il carbonio anomico è uno stereocentro presente nelle strutture cicliche dei carboidrati (mono o polisaccaridi). Essendo uno stereocentro, più esattamente un epimero, ne derivano due diastereoisomeri, indicati con le lettere α e β; Questi sono gli anomori e fanno parte dell'estesa nomenclatura nel mondo degli zuccheri.

Ogni anomero, a o p, differisce nella posizione del gruppo OH del carbonio anomico rispetto all'anello; ma in entrambi, il carbonio anomico è lo stesso e si trova nello stesso punto della molecola. Gli anomori sono emiacetali ciclici, prodotto di una reazione intramolecolare nella catena aperta degli zuccheri; essere aldosi (aldeidi) o chetosi (chetoni).

La conformazione della sedia per β-D-glucopiranosio è mostrata nell'immagine in alto. Come si può vedere, consiste in un anello di sei membri, incluso un atomo di ossigeno tra i carboni 5 e 1; il secondo, o meglio il primo, è il carbonio anomico, che forma due semplici legami con due atomi di ossigeno.

Se osservato in dettaglio, il gruppo OH collegato al carbonio 1 è orientato sopra l'anello esagonale, come il gruppo CH 2 OH (carbonio 6). Questo è l'β anomero. L'α-anomero, d'altra parte, differirebbe solo in questo gruppo OH, che sarebbe situato lungo l'anello, proprio come se fosse un trans diastereomer.

emiacetali

È necessario approfondire il concetto di emiacetali per comprendere e distinguere meglio il carbonio anomalo. Le 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 accadrebbe se sia R che R 'appartenessero alla stessa catena? In tal caso, avremmo un emiacetale ciclico, e l'unico modo possibile in cui può essere formato è che entrambi i gruppi funzionali, -OH e -CHO, siano presenti nella struttura molecolare.

Inoltre, la struttura dovrebbe consistere in una catena flessibile e con legami in grado di facilitare l'attacco nucleofilo di 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

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

La struttura passa dall'essere una catena aperta (glucosio) a un anello piranosico (glucopiranosio). All'inizio non ci può essere alcuna relazione tra questa reazione e quella appena spiegata per l'emiacetale; ma se l'anello viene osservato attentamente, in particolare nella sezione C5-O-C1 (OH) -C2, si apprezzerà che 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, allora è un emiacetale ciclico (e l'anello è sufficiente per essere evidente).

Caratteristiche del carbonio anomale e come riconoscerlo

Dov'è il carbonio anomico? Nel glucosio, questo è il gruppo CHO, che può subire un attacco OH nucleofilo sotto o sopra. A seconda dell'orientamento dell'attacco, si formano due differenti anomalie: α e β, come già menzionato.

Pertanto, una prima caratteristica che ha 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 2 C = O, per i chetosi. Tuttavia, una volta formato il ciclo emiacetale o l'anello, questo carbonio potrebbe sembrare scomparso.

Questo è dove hai altre caratteristiche più specifiche per localizzarlo in qualsiasi anello piranoso o furanoso di tutti i carboidrati:

-Il carbonio anomico è sempre a destra oa sinistra dell'atomo di ossigeno che compone l'anello.

- Ancora più importante, questo è legato non solo a questo atomo di ossigeno, ma anche al gruppo OH, proveniente da CHO o R 2 C = O.

-È asimmetrico, cioè ha quattro diversi sostituenti.

Con queste quattro caratteristiche, è facile riconoscere il carbonio anomalo osservando una "struttura dolce".

Esempi

Esempio 1

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

Per identificare il carbonio anomalo, guarda prima i carboni sui lati sinistro e destro dell'atomo di ossigeno che compone l'anello. Quindi, quello che è collegato al gruppo OH è il carbonio anomalo; che in questo caso è già racchiuso in un cerchio rosso.

Questo è l'anomero β perché l'OH del carbonio anomico è sopra l'anello, come il gruppo CH 2 OH.

Esempio 2

Ora, proviamo a spiegare quali sono i carboni anomici nella struttura del saccarosio. Come osservato, consiste di due monosaccaridi legati covalentemente da un legame glicosidico, -O-.

L'anello a destra è esattamente lo stesso appena menzionato: β-D-fructofuranosa, solo che è "girato" a sinistra. Il carbonio anomico rimane lo stesso per il caso precedente e soddisfa tutte le caratteristiche che ci si aspetterebbero da esso.

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

Ripetendo la stessa procedura di riconoscimento del carbonio anomico, osservando i due atomi di carbonio sul lato sinistro e destro dell'atomo di ossigeno, si trova che il carbonio giusto è quello che è collegato al gruppo OH; che partecipa al legame glicosidico.

Pertanto, entrambi i carboni anomici sono collegati dal -O- link, ed è per questo che sono racchiusi in cerchi rossi.

Esempio 3

Infine, si propone di identificare i carboni anomerici di due unità di glucosio in cellulosa. Ancora una volta, i carboni sono osservati intorno all'ossigeno all'interno dell'anello, e si trova che nell'anello glicemico sinistro il carbonio anomalo partecipa al legame glicosidico (racchiuso nel cerchio rosso).

Nell'anello glicemico giusto, tuttavia, il carbonio anomalo si trova a destra dell'ossigeno ed è facilmente identificabile perché legato all'ossigeno del legame glicosidico. Pertanto, entrambi i carboni anomici sono completamente identificati.