Привести цикло-цепные таутомеры D-глюкуроновой кислоты с формулами Фишера, Колли-Толленса и Хеуорса, а также их названия

Предмет: Химия

Раздел предмета: Органическая химия, сахариды (углеводы)

Задание разбито на несколько частей:

1. Привести цикло-цепные таутомеры D-глюкуроновой кислоты с формулами Фишера, Колли-Толленса и Хеуорса, а также их названия.
2. Объяснить, что такое мутаротация и чем она обусловлена.

Часть 1: Таутомеры D-глюкуроновой кислоты

D-глюкуроновая кислота представляет собой окисленную форму D-глюкозы, у которой гидроксиметильная группа (-CH2OH) на 6-м углероде вместо простого спирта превращена в карбоксильную кислоту (-COOH).

1.1 Формулы в проекциях Фишера:

Проекция Фишера – одна из широко используемых проекций для представления конформаций углеводных цепей. В её основе лежит формальное отображение плоской структуры с расстановкой гидроксильных (OH) групп и атомов водорода относительно главной цепи.

Показать:

• Цепную форму D-глюкуроновой кислоты:

HOCH2
|
C=O
|
HO—C—H
|
H—C—OH
|
HO—C—H
|
H—C—OH
|
COOH

Здесь цепная форма глюкуроновой кислоты представлена как карбоновая кислота с альдегидной группой на C1 в верхней части цепочки и карбоксильной группой на C6.

1.2 Формы Колли-Толленса:

Проекция Колли-Толленса – это трёхмерное представление сахаров с указанием положения групп OH и H относительно каждого асимметрического атома углерода. Циклизация D-глюкуроновой кислоты приводит к появлению внутримолекулярной связи между карбоксильной группой C1 и алкогольно-гидроксильной группой C5, что образует глюкофуранозную или глюкопиранозную формы (это кольцевые структуры).

• α-D-глюкопирануронат в проекции Колли-Толленса
• β-D-глюкопирануронат в проекции Колли-Толленса

(Важно заметить, что здесь используются стереохимические обозначения в кольцевых структурах.)

1.3 Формула Хеуорса:

Формула Хеуорса представляет углевод в виде плоского кольца (пяти- или шестичленного), более тесно описывая структуру циклов сахаров. Шестичленные кольца называются пиранозами, а пятичленные – фуранозами. Для D-глюкуроновой кислоты характерны следующие формы Хеуорса:

• α-D-глюкопирануроновая кислота (α-D-глюкуроновая кислота):

Данная форма содержит шестиугольное пиранозное кольцо, где OH на C1 углероде ориентирован вниз (в плане экваториальной проекции).

• β-D-глюкопирануроновая кислота (β-D-глюкуроновая кислота):

Здесь OH-группа на C1 углероде расположена вверх (в плане экваториальной проекции).

Итак, существование различий в конфигурациях α- и β-аномеров обусловлено положением гидроксильной группы на первом (аномерном) углероде, которое меняется при обратимой реакции кольцо ↔ цепь.

Часть 2: Что такое мутаротация?

Мутаротация – это процесс изменения угла вращения плоскополяризованного света, который проходит через раствор углеводов, таких как глюкоза или глюкуроновая кислота, вследствие постепенного установления равновесия между циклическими α- и β-аномерами.

Водные растворы многих углеводов содержат как цепную («открытую») форму, так и несколько циклических форм (например, α- и β-аномеры глюкозы). При растворении углевод может переходить из одного стереоизомера в другой по механизму расщепления кольца и его повторного замыкания, что меняет комбинацию различных молекул в растворе.

Механизм мутаротации:

1. Изначально в твёрдом состоянии вещество может существовать в виде одного аномерного изомера (например, чистый α- или β-аминосугар).
2. При растворении в воде связь в циклической структуре разрывается, и молекула может существовать в линейной форме.
3. Линейная форма может замкнуться обратно как в α- или β-позиции, вызывая изменение оптического вращения света, проходящего через раствор.

Таким образом, мутаротация – это следствие равновесия между цепными и различными циклическими формами (α и β).