ANOMERE KOOLSTOF: KENMERKEN EN VOORBEELDEN - CHEMIE - 2026

De anomere koolstof is een stereocentrum dat aanwezig is in de cyclische structuren van koolhydraten (mono- of polysacchariden). Omdat het een stereocentrum is, meer bepaald een epimeer, worden er twee diastereoisomeren van afgeleid, aangeduid met de letters α en β; dit zijn de anomeren, en maken deel uit van de uitgebreide nomenclatuur in de suikerswereld.

Elk anomeer, α of β, verschilt in de positie van de OH-groep van het anomere koolstofatoom ten opzichte van de ring; maar in beide is het anomere koolstofatoom hetzelfde en bevindt het zich op dezelfde plaats in het molecuul. Anomeren zijn cyclische hemiacetalen, het product van een intramoleculaire reactie in de open keten van suikers; zijn aldosen (aldehyden) of ketosen (ketonen).

Stoelconformatie voor β-D-glucopyranose. Bron: Commons Wikimedia.

De bovenste afbeelding toont de stoelconformatie voor β-D-glucopyranose. Zoals te zien is, bestaat deze uit een zesring, inclusief een zuurstofatoom tussen koolstofatomen 5 en 1; de laatste, of liever de eerste, is de anomere koolstof, die twee enkele bindingen vormt met twee zuurstofatomen.

Als je goed kijkt, is de OH-groep gehecht aan koolstof 1 georiënteerd boven de zeshoekige ring, net als de CH ₂ OH-groep (koolstof 6). Dit is het β-anomeer. Het a-anomeer zou daarentegen alleen verschillen in deze OH-groep, die zich in de ring zou bevinden, net alsof het een trans-diastereo-isomeer zou zijn.

Hemiacetalen

Het is nodig om wat dieper in het concept van hemiacetalen te duiken om anomere koolstof beter te begrijpen en te onderscheiden. Hemiacetalen zijn het product van een chemische reactie tussen een alcohol en een aldehyde (aldosen) of een keton (ketosen).

Deze reactie kan worden weergegeven door de volgende algemene chemische vergelijking:

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

Zoals te zien is, reageert een alcohol met een aldehyde om het hemiacetaal te vormen. Wat zou er gebeuren als zowel R als R 'tot dezelfde keten behoren? In dat geval zou je een cyclisch hemiacetaal hebben en de enige manier waarop het kan worden gevormd, is dat beide functionele groepen, -OH en -CHO, in de moleculaire structuur aanwezig zijn.

Bovendien moet de structuur bestaan ​​uit een flexibele ketting en met bindingen die de nucleofiele aanval van de OH naar de carbonylkoolstof van de CHO-groep kunnen vergemakkelijken. Wanneer dit gebeurt, sluit de structuur zich in een vijf- of zesledige ring.

Cyclisch hemiacetaal

Cyclische hemiacetale vorming. Bron: Alejandro Porto

Een voorbeeld van de vorming van een cyclisch hemiacetaal voor glucosemonosaccharide wordt getoond in de bovenstaande afbeelding. Het blijkt te bestaan ​​uit een aldose, met een aldehydegroep CHO (koolstof 1). Dit wordt aangevallen door de OH-groep van koolstof 5, zoals aangegeven door de rode pijl.

De structuur gaat van een open keten (glucose) naar een pyranaire ring (glucopyranose). In eerste instantie is er mogelijk geen verband tussen deze reactie en de reactie die zojuist is uitgelegd voor hemiacetaal; maar als de ring wordt zorgvuldig geobserveerd, met name in de C ⁵ -OC ¹ (OH) -C ^{2 sectie} , zal het duidelijk zijn dat deze overeenkomt met de verwachte skelet voor een hemiacetaal.

Koolwaterstoffen 5 en 2 vertegenwoordigen respectievelijk R en R 'van de algemene vergelijking. Omdat deze deel uitmaken van dezelfde structuur, is het dan een cyclisch hemiacetaal (en de ring is voldoende om duidelijk te zijn).

Kenmerken van anomere koolstof en hoe deze te herkennen

Waar is de anomere koolstof? In glucose is dit de CHO-groep, die een nucleofiele aanval van OH onder of boven kan ondergaan. Afhankelijk van de oriëntatie van de aanval, worden twee verschillende anomeren gevormd: α en β, zoals eerder vermeld.

Daarom is een eerste kenmerk dat deze koolstof bezit, dat het in de open keten van suiker de nucleofiele aanval is; dat wil zeggen, het is de CHO-groep om aldosen, of R ₂ C = O groep, ketosen. Als het cyclische hemiacetaal of de ring eenmaal is gevormd, kan het lijken alsof deze koolstof verdwenen is.

Het is hier waar andere, meer specifieke kenmerken worden gevonden om het te lokaliseren in elke pyranous- of furanose-ring van alle koolhydraten:

-De anomere koolstof bevindt zich altijd rechts of links van het zuurstofatoom waaruit de ring bestaat.

Nog belangrijker is dat het niet alleen aan dit zuurstofatoom is gekoppeld, maar ook aan de OH-groep, uit CHO of R ₂ C = O.

-Het is asymmetrisch, dat wil zeggen, het heeft vier verschillende substituenten.

Met deze vier kenmerken is het gemakkelijk om anomere koolstof te herkennen door naar een "zoete structuur" te kijken.

Voorbeelden

voorbeeld 1

β-D-fructofuranose. Bron: NEUROtiker (overleg • bijdragen)

Hierboven is β-D-fructofuranose, een cyclisch hemiacetaal met een vijfledige ring.

Om de anomere koolstof te identificeren, moeten we eerst kijken naar de koolstofatomen aan de linker- en rechterkant van het zuurstofatoom waaruit de ring bestaat. Dan is degene die is gekoppeld aan de OH-groep het anomere koolstofatoom; die in dit geval al rood is omcirkeld.

Dit is het β-anomeer omdat de OH van de anomere koolstof zich boven de ring bevindt, net als de CH ₂ OH-groep.

Voorbeeld 2

Sacharose. Bron: NEUROtiker via Wikipedia.

Nu proberen we uit te leggen wat de anomere koolstofatomen zijn in de structuur van sucrose. Zoals te zien is, bestaat het uit twee monosacchariden die covalent verbonden zijn door een glycosidebinding, -O-.

De ring aan de rechterkant is precies dezelfde die zojuist werd genoemd: β-D-fructofuranose, alleen is hij naar links “omgedraaid”. De anomere koolstof blijft hetzelfde voor het vorige geval en voldoet aan alle kenmerken die ervan verwacht mogen worden.

Aan de andere kant is de ring aan de linkerkant α-D-glucopyranose.

Bij het herhalen van dezelfde anomere koolstofherkenningsprocedure, kijkend naar de twee koolstofatomen aan de linker- en rechterkant van het zuurstofatoom, blijkt dat het rechter koolstofatoom degene is die is gekoppeld aan de OH-groep; die deelneemt aan de glucosidebinding.

Daarom zijn beide anomere koolstofatomen verbonden door de -O- binding, en daarom zijn ze omsloten door rode cirkels.

Voorbeeld 3

Cellulose. Bron: NEUROtiker

Ten slotte wordt voorgesteld om de anomere koolstofatomen van twee glucose-eenheden in cellulose te identificeren. Opnieuw worden de koolstofatomen rond de zuurstof in de ring waargenomen, en het blijkt dat in de glucosering aan de linkerkant de anomere koolstof deelneemt aan de glycosidebinding (omsloten door de rode cirkel).

In de glucosering aan de rechterkant bevindt de anomere koolstof zich echter rechts van zuurstof en is gemakkelijk te herkennen omdat deze is gebonden aan de zuurstof van de glycosidebinding. Beide anomere koolstofatomen zijn dus volledig geïdentificeerd.

Referenties

1. Morrison, RT en Boyd, R, N. (1987). Organische chemie. 5 ^ta editie. Redactioneel Addison-Wesley Interamericana.
2. Carey F. (2008). Organische chemie. (Zesde editie). Mc Graw Hill.
3. Graham Solomons TW, Craig B. Fryhle. (2011). Organische chemie. Amines. (10 ^e editie.). Wiley Plus.
4. Rendina G. (1974). Toegepaste biochemische technieken. Interamericana, Mexico.
5. Chang S. (zd). Een gids voor de anomere koolstof: wat is een anomere koolstof? . Hersteld van: chem.ucla.edu
6. Gunawardena G. (13 maart 2018). Anomere steenkool. Chemie LibreTexts. Hersteld van: chem.libretexts.org
7. Foist L. (2019). Anomere koolstof: definitie en overzicht. Studie. Hersteld van: study.com