Estructura de los monosacáridos. Conformaciones y estabilidad. Efecto anomérico.

1. Introducción

2. Nomenclatura y clasificación. Configuraciones.

3. Estructura de la glucosa

4. Estructura cíclica. Proyecciones de Haworth

5. Conformaciones generales de los azúcares.

6. Efecto anomérico

5. Efecto anomérico

1.Introducción

• Los carbohidratos son compuestos polifuncionales que responden a la fórmula empírica Cn(H2O)n para n≥3, son polihidroxialdehídos o polihidroxicetonas.

• Los monosacáridos son carbohidratos que no se pueden hidrolizar a azúcares más simples.

2. Nomenclatura y clasificación. Configuraciones.

• Los carbohidratos pueden clasificarse atendiendo a:1.-Complejidad:

• Carbohidratos simples→ monosacáridos• Carbohidratos complejos→ disacáridos,

trisacáridos,terasacáridos,pentasacáridos,hexasacáridos,heptasacáridos, oligosacáridos (a partir de 8) y polisacáridos.

Ejemplo de disacárido

2.-Tamaño:

3.-Función:• Aldosas→ azúcares que tienen una función aldehído o un hemiacetal

equivalente, como la glucosa.• Cetosas→ azúcares que tienen una función cetona o un hemiacetal

equivalente, como la fructosa.

D-Eritrosa D-Xilosa D-Manosa TETROSA (4C) PENTOSA (5C) HEXOSA (6C) etc...

4.-Configuración estereoquímica del átomo de carbono estereogénico que esté más alejado del grupo carbonilo (serie D y L)

Formación de un hemiacetal:

Los hemiacetales cíclicos son estables si se forman anillos de cinco o seis miembros. Esta estructura cíclica suele representarse en proyección de Haworth

• Degradación de un azúcar: • Natural→ (+) gliceraldehido D Convención de

• Sintético→ (-) gliceraldehido L Fischer-Rosanoff

– La configuración D o L viene determinada por el carbono estereogénico inferior, el enantiómero de un azúcar D siempre es un azúcar L

– La configuración D o L no informa sobre la forma en que el azúcar hace rotar el plano de luz polarizada (+ ó -) esto se determina experimentalmente.

Configuraciones del gliceraldehído Proyección de Fisher

(+)-gliceraldehído serie D (-)-gliceraldehído serie L

Grupo hidroxilo del carbono estereogénico inferior a la derecha.

Grupo hidroxilo del carbono estereogénico inferior a la izquierda.

ALDOSAS

CETOSAS

3.Estructura de la glucosa. Pruebas experimentales

⊳El análisis por difracción de R-X aplicado a la modificación más común de la glucosa demuestra que el compuesto tiene una estructura cíclica plegada, el Carbono-1 es un carbono hemiacetálico. El OH del C-1 es axial y que todas los demás átomos de carbonos del anillo llevan sustituyentes ecuatoriales (OH y CH2OH).⊳ El espectro de IR confirma esta estructura, pues no muestra absorción del grupo carbonilo, banda que debería presentarse en la forma abierta (pico intenso a 1700 cm-1). ⊳ El espectro de RMN demuestra que esta estructura se mantiene en disolución, si bien, se transforma parcialmente en un isómero con el -OH del C-1 en ecuatorial. ⊳ Esta isomerización puede seguirse polarimétricamente. ⊳ Sus soluciones acuosas no absorben en UV en la región del aldehído, ni se comportan en polarografía como los aldehídos.

4.Estructura cíclica. Proyecciones de Haworth

• ♠Si el grupo aldehído y el grupo hidroxilo forman parte de la misma molécula, se obtiene un hemiacetal cíclico.

Los hemiacetales cíclicos son estables si se forman anillos de cinco o seis miembros.

• En la mayoria de las aldohexosas está favorecida la formación de anillos de 6 miembros con una unión hemiacetálica entre el carbono del grupo carbonilo y el hidroxilo del carbono 5.

• La estructura cíclica puede representarse tanto en la proyección de Haworth como en la conformación de silla.

⊳Átomo de carbono hemiacetálico Carbono anomérico⊳Anómero con el hidroxilo anomérico hacia abajo (axial)Anómero α⊳Anómero con el hidroxilo anomérico hacia arriba (ecuatorial)Anómero β

Proyecciones Haworth• Partiendo de la proyección de Fischer, el carbono

anomérico se coloca a la derecha, los C2 y C3 hacia delante, el C4 a la izquierda y C5 y el O del anillo hacia detrás.

• Los –OH en los que en la formula lineal estaban a la derecha se sitúan por debajo del plano y los que estaban a la izquierda hacia arriba. En las formas D el CH2OH se sitúa por encima y en las L por debajo.

• El –OH hemiacetálico se pone hacia abajo en las formas α y hacia arriba en las β.

Ejemplo: galactosa

3

4

Proyección de Fisher Proyección de Haworth

Ciclación de la glucosa

Ciclación de la glucosa

Equilibrio en disolucion de las formas α y β

(α)

(β)

• La reacción de ciclación de la glucosa es una reacción diastereoselectiva, obteniendose una mezcla en equilibrio de los dos anómeros.

Anómero α Anómeroβ

El carbono carbonílico puede sufrir el ataque por arriba obteniéndose el anómero α o por abajo obteniéndose el anómero β

Distintas representaciones de la glucosa

Zig-ZagBolas Varillas

Aldopentosas o cetohexoxas pueden formar anillos de cinco miembros

Fructosa

α-D- glucosa

D-glucosa L-glucosa

α-L-glucosa

Ejemplos:

α –D-ribopiranosa

α –L ribopiranosa

α-D- glucosa

D-glucosa L-glucosa

α-L-glucosa

Ejemplos:

α –D-ribopiranosa

α –L ribopiranosa

Mutarrotación

• Cuando se disuelve en agua la D-glucosa cristalina su poder rotatorio varia gradualmente con el tiempo hasta alcanzar un valor estable (52.5º). Este fenómeno se llama mutarrotación y es debido a formación de un nuevo centro de asimetría en el carbono 1 al ciclar la molécula y formarse el nuevo enlace.

5. Conformaciones generales de los azúcares

OO

O

O

OO O. . . .

SILLA BOTE

TORCIDA-Skew SEMISILLA

123

4 5 1

234

5 1

1

1

11

2 2

2

22

3

3

3

33

4

4

4

4

5

5

5

55

4

4C11C4 1,4B B1,4

1S5 4H5 5H4

OOO

1

11

2

2

3

3

3

444

2

1E E02T3

Piranosas

Furanosas

• Las estructuras cíclicas de los monosacáridos se nombran de acuerdo con sus anillos de 5 o 6 miembros:– Hemiacetal cíclico 6 miembros Piranosa– Hemiacetal cíclico 5 miembros Furanosa

• El anillo se numera de la misma forma que en el azúcar sin comenzar por el heteroátomo

Conformaciones 4C1 y 1C4

• La conformación 4C1 es más estable por la posición axial de los grupos y la conformación 1C4 es menos estable por la posición ecuatorial de los grupos.

• Casi todas las D-piranosas tienen conformación 4C1 y casi todas las L-piranosas tienen conformación 1C4

4C1 1C4

6.Efecto anomérico. Estabilidad de los azúcares

• Por lo general en cualquier anillo de pirano los sustituyentes electronegativos tienen preferencia por la posición axial en el átomo de carbono anomérico Efecto anomérico

• Es debido a:– Momento dipolar μ MÍNIMO– Interacción entre orbitales MÁXIMO

ClCl

más estable

En cicloalcanos:

Efecto endo-anomérico

• Interacción entre orbitales por cesión de densidad electrónica al orbital σ*. Además cuando el cloro está en posición axial el momento dipolar de la molécula es mínimo.

En azúcares: α-glucósidos con grupos electrón atrayentes son más estables que los β-glucósidos, esto es debido al efecto endo-anomérico y no ocurre en hemiacetales.

OO

O O

-D -L

H

HPuente de hidrogeno

O

OH

O

OH1C4

1C4 4C1

4C1

HO

HO

HO

HO

Interacción del par de electrones solitarios del oxígeno endocíclico con el orbital no enlazante de un sustituyente en axial.

O

OR

OR

stabilization

OO

no-stabilization

R

OR

O

OR

4C1 1C4

O OR

1C4

-D -L-D -L

-anomers -anomers

HO

HO HOHO

HO

HO

Anómero ecuatorial: la solapación entre orbitales no es posible

Anómero axial: estable debido a la interacción entre orbitales paralelos entre si

Ejemplo:

OOAc

AcOAcO

BrAcO

OOAc

AcOAcO

Br

AcO

desconocido

OAcOAcO

Cl

AcO

O

AcO

OAcCl

AcOconocido 98%2%

4C11C4

Poco estable