Cos'è il carbonio anomico?

il carbonio anomico è il carbonio derivato dal carbonio carbonile (gruppo funzionale chetone o aldeide) della forma a catena aperta della molecola di carboidrati. L'anomerizzazione è il processo di conversione di un anomero in un altro.

A volte, i carboidrati (composti di carbonio e idrogeno) esistono in forma lineare o aciclica, ma data la stabilità, è comune per loro di ciclare gli anelli di formazione.

Meno dell'uno per cento di ciascuno dei monosaccaridi (Champe, Harvey, e Ferrier, 2005) con cinque o più atomi di carbonio, esiste come catena, vale a dire, sono lineare o aciclico. Pertanto, la maggior parte è in forma ciclica, o anche chiamata anello, dove il gruppo funzionale o aldeide o chetone, ha reagito con un alcol dello stesso zucchero.

Accade solitamente negli zuccheri, che non sono altro che semplici composti idrati di carbonio, dove i più comuni sono: glucosio, fruttosio, lattosio e galattosio.

Durante la ciclizzazione, il residuo carbonilico che faceva parte di quella struttura lineare diventa un nuovo stereocentro. Per "stereocentro" si intende il carbonio che ha quattro diversi sostituenti, chiamato anche "carbonio chirale".

Nel formare uno stereocentro nella ciclizzazione, anche si svolge due nuovi "diastereoisomeri", che sono una classe di stereoisomeri che sono immagini speculari l'uno dell'altro, ma non sovrapponibili, cioè, non sono "enantiomeri".

I diastereoisomeri formati differiscono nella posizione di un gruppo, nel nuovo stereocentro formato. Il nuovo stereocentro viene quindi chiamato "carbonio anomerico".

Posizione del carbonio anomerico all'interno dell'anello

Una volta che il ciclo è stato formato, per individuare il carbonio anomale (Chang, n.d.), individuare prima l'ossigeno all'interno dell'anello, quindi osservare il carbonio su entrambi i lati. Uno sarà collegato al gruppo CH₂OH, e l'altro carbonio che non è collegato a quel gruppo sarà il carbonio anomalo.

Pertanto, in un carboidrato ciclico, il carbonio anomico sarà (UCLA, 2015) che era carbonile (CH₂O) nella forma aciclica o lineare.

Nella forma ciclica, il carbonio anomico può essere trovato vicino all'atomo di ossigeno negli anelli piranosio e furanosico, ma nel sito opposto del carbonio che porta il gruppo CH lineare₂O.

Essendo uno stereocentro, il carbonio anomico, una caratteristica importante, è la direzione che il gruppo alcolico (-OH) attribuisce a quel carbonio, poiché a seconda della sua direzione è chiamato a o b.

Questo sarà chiamato quando è giù nella forma equatoriale o assiale; eb, quando è in alto nelle posizioni sia assiale che equatoriale.

I due zuccheri visti in Fig. 2 sono entrambi glucosi, ma anomali l'uno rispetto all'altro. L'importanza di questo è che ci sono enzimi che sono in grado di distinguere tra entrambe le strutture e hanno la preferenza per uno di essi. Ad esempio, il glicogeno si trova alfa-D-glucanopiranosio, mentre la cellulosa è sintetizzata dalla beta-D-glucopiranosio.

È normale che entrambe le forme cicliche (alfa e beta) siano in equilibrio nella soluzione acquosa e che diventino spontaneamente l'una nell'altra in un processo chiamato "mutarotazione".

Gruppi funzionali acetale ed emiacetale

Quando due monosaccaridi vengono uniti, lo fanno da un gruppo acetale (C-O-C-O). Quando ciò accade, il carbonio anomico viene fissato in posizione alfa o beta.

Tuttavia, quando l'idrogeno è ancora collegato e l'ossigeno non è legata alla forma COC è chiamato gruppo emiacetale, perché il gruppo OH può chiudere e aprire qualsiasi forma in una miscela di queste molecole, in modo che ci sono alcuni alfa e altra beta.

La formazione di anelli di zuccheri lineari che sono meno stabili, avviene attraverso il legame di un aldeide (-C = OH) e un gruppo alcolico (-OH), dando origine al legame emiacetale.

Proprietà dei carboni anomici

I carboni anomici possiedono la proprietà nota come "effetto anomale", che è la preferenza dell'elemento elettronegativo per essere in una posizione assiale in opposizione a quella equatoriale.

Il carbonio anomerico possiede una proprietà conosciuta come l'effetto anomerico, che è la preferenza per un elettronegativo in un orientamento assiale rispetto all'orientamento equatoriale.

Questo accade anche nei carboidrati, nei sistemi aciclici e negli eterocicli saturi. È noto, quindi, che l'elemento elettronegativo che si trova nella posizione anomala sarà situato nella posizione assiale.

I migliori esempi di carbonio anomerico si trovano nei monosaccaridi come il glucosio, in cui avviene la rotazione.Nella maggior parte dei casi, i carboni anomici possono essere identificati come visto sopra, quando un carbonio attaccato a due atomi di ossigeno si trova con un singolo legame.

Il risultato anche di questa rotazione sono le due configurazioni precedentemente citate come alfa e beta. Molti carboidrati sono in grado di cambiare spontaneamente tra entrambe le configurazioni mediante una rotazione.

Se l'ossigeno dell'anomero carbonio - gruppo carbonile inizialmente - di uno zucchero non è legato a nessun'altra struttura, lo zucchero è uno zucchero riducente, cioè può donare elettroni a un'altra molecola.

Gli zuccheri riducenti possono reagire con i reagenti chimici, dando la cosiddetta Reaction Benedict, che è un test per verificare la presenza di monosaccaridi e zuccheri disaccaridi negli alimenti.

Può anche essere usato per controllare la presenza di glucosio nelle urine. Nel caso in cui si verifichi, l'urina sarà chiamata "glucosuria" e potrebbe essere indicativa del diabete mellito, sebbene non serva a diagnosticare la malattia. Ciò è dovuto ai falsi positivi che possono essere dati da altre sostanze riducenti, come l'acido ascorbico durante l'ingestione di complessi vitaminici, alcuni farmaci, ecc.

Per quanto riguarda gli zuccheri riducenti, possiamo anche parlare della reazione di Maillard, che è ciò che danno quando si cucina il cibo, in cui acquisiscono un aspetto, il gusto e l'aroma di una certa caramellizzazione, ma che può diventare cancerogeno .

Indipendentemente dagli usi degli zuccheri riducenti, una volta che la reazione è stata effettuata ed è in grado di ridurla ad altri reagenti, il carbonio anomalo diventa ossidante. Solo lo stato di ossidazione dell'ossigeno del carbonio anomale determina se lo zucchero è riducente o non riducente, l'altro gruppo idrossile (OH) della molecola non interviene nel processo.

riferimenti

1. Champe, P.C., Harvey, R.A., & Ferrier, D.R. (2005). Recensioni illustrate: Biochimica (3^a). Baltimora.
2. Chang, S. (n.d.). Una guida al carbonio anomerico. Estratto da web.chem.ucla.edu.
3. UCLA. (2015). Carbonio anomerico. Recuperato il 1 gennaio 2017 da chem.ucla.edu.
4. La reazione di Maillard. (N.d.). Estratto da chm.bris.ac.uk.