คาร์บอนผิดปกติ: ลักษณะและตัวอย่าง - เคมี - 2026

คาร์บอน anomericเป็นปัจจุบันสเตอริโอในโครงสร้างวงจรของคาร์โบไฮเดรต (ขาวดำหรือ polysaccharides) ในฐานะที่เป็น stereocenter เป็น epimer ที่แม่นยำยิ่งขึ้น diastereoisomers สองตัวมาจากมันกำหนดโดยตัวอักษรαและβ; สิ่งเหล่านี้คือความผิดปกติและเป็นส่วนหนึ่งของระบบการตั้งชื่อที่กว้างขวางในโลกของน้ำตาล

ความผิดปกติแต่ละตัวαหรือβแตกต่างกันในตำแหน่งของกลุ่ม OH ของคาร์บอนที่ผิดปกติเมื่อเทียบกับวงแหวน แต่ทั้งสองอย่างคาร์บอนผิดปกติจะเหมือนกันและตั้งอยู่ในที่เดียวกันในโมเลกุล ความผิดปกติเป็นวงจร hemiacetals ซึ่งเป็นผลมาจากปฏิกิริยาเข้ากล้ามในสายโซ่เปิดของน้ำตาล คืออัลโดส (อัลดีไฮด์) หรือคีโตส (คีโตน)

โครงสร้างเก้าอี้สำหรับβ-D-glucopyranose ที่มา: Commons Wikimedia

ภาพด้านบนแสดงโครงสร้างเก้าอี้สำหรับβ-D-glucopyranose ดังที่เห็นได้ประกอบด้วยวงแหวนหกอันรวมถึงอะตอมออกซิเจนระหว่างคาร์บอน 5 และ 1 อย่างหลังหรือในอดีตคือคาร์บอนที่ผิดปกติซึ่งสร้างพันธะเดี่ยวสองพันธะกับออกซิเจนสองอะตอม

หากคุณมองอย่างใกล้ชิดกลุ่ม OH ที่ติดกับคาร์บอน 1 จะวางอยู่เหนือวงแหวนหกเหลี่ยมเช่นเดียวกับกลุ่ม CH ₂ OH (คาร์บอน 6) นี่คือβความผิดปกติ ในทางกลับกันความผิดปกติของαจะแตกต่างกันเฉพาะในกลุ่ม OH นี้ซึ่งจะอยู่ในวงแหวนเช่นเดียวกับว่าเป็น trans diastereoisomer

Hemiacetals

จำเป็นต้องเจาะลึกแนวคิดของ hemiacetals เล็กน้อยเพื่อให้เข้าใจและแยกแยะคาร์บอนผิดปกติได้ดีขึ้น Hemiacetals เป็นผลมาจากปฏิกิริยาทางเคมีระหว่างแอลกอฮอล์กับอัลดีไฮด์ (อัลโดส) หรือคีโตน (คีโตส)

ปฏิกิริยานี้สามารถแสดงได้ด้วยสมการทางเคมีทั่วไปดังต่อไปนี้:

ROH + R'CHO => โรช (OH) R '

ดังที่เห็นได้ว่าแอลกอฮอล์ทำปฏิกิริยากับอัลดีไฮด์เพื่อสร้างเฮมิอะซีตัล จะเกิดอะไรขึ้นถ้าทั้ง R และ R 'อยู่ในห่วงโซ่เดียวกัน? ในกรณีนี้คุณจะมี hemiacetal แบบวัฏจักรและวิธีเดียวที่เป็นไปได้ที่จะเกิดขึ้นได้คือทั้งหมู่ฟังก์ชัน -OH และ -CHO มีอยู่ในโครงสร้างโมเลกุล

นอกจากนี้โครงสร้างต้องประกอบด้วยโซ่ที่ยืดหยุ่นและด้วยพันธะที่สามารถอำนวยความสะดวกในการโจมตีนิวคลีโอฟิลิกของ OH ต่อคาร์บอนคาร์บอนิลของกลุ่ม CHO เมื่อสิ่งนี้เกิดขึ้นโครงสร้างจะปิดเป็นวงแหวนห้าหรือหกแผ่น

วงจร hemiacetal

การสร้างวงจร hemiacetal ที่มา: Alejandro Porto

ตัวอย่างของการก่อตัวของ hemiacetal แบบวงจรสำหรับกลูโคสโมโนแซ็กคาไรด์แสดงไว้ในภาพด้านบน จะเห็นได้ว่าประกอบด้วยอัลโดสโดยมีหมู่อัลดีไฮด์ CHO (คาร์บอน 1) สิ่งนี้ถูกโจมตีโดยกลุ่ม OH ของคาร์บอน 5 ตามที่ระบุด้วยลูกศรสีแดง

โครงสร้างเปลี่ยนจากการเป็นโซ่เปิด (กลูโคส) ไปเป็นวงแหวนไพรานัส (กลูโคปีราโนส) ในตอนแรกอาจไม่มีความสัมพันธ์ระหว่างปฏิกิริยานี้กับปฏิกิริยาที่เพิ่งอธิบายสำหรับ hemiacetal แต่ถ้าสังเกตแหวนอย่างละเอียดโดยเฉพาะในส่วน C ⁵ -OC ¹ (OH) -C ²จะได้รับการชื่นชมว่ามันสอดคล้องกับโครงกระดูกที่คาดไว้สำหรับ hemiacetal

Carbons 5 และ 2 มาแทน R และ R 'ของสมการทั่วไปตามลำดับ เนื่องจากสิ่งเหล่านี้เป็นส่วนหนึ่งของโครงสร้างเดียวกันจึงเป็นวงจร hemiacetal (และวงแหวนก็เพียงพอที่จะเห็นได้ชัด)

ลักษณะของคาร์บอนที่ผิดปกติและวิธีการรับรู้

คาร์บอนผิดปกติอยู่ที่ไหน? ในกลูโคสนี่คือกลุ่ม CHO ซึ่งสามารถรับการโจมตีของนิวคลีโอฟิลิกจาก OH ได้ทั้งที่ต่ำกว่าหรือสูงกว่า ขึ้นอยู่กับทิศทางของการโจมตีความผิดปกติสองแบบจะเกิดขึ้น: αและβตามที่กล่าวไปแล้ว

ดังนั้นลักษณะแรกที่คาร์บอนนี้มีอยู่ก็คือในห่วงโซ่น้ำตาลเปิดเป็นสิ่งที่ทนต่อการโจมตีของนิวคลีโอฟิลิก นั่นคือเป็นกลุ่ม CHO สำหรับอัลโดสหรือกลุ่ม R ₂ C = O สำหรับคีโตส อย่างไรก็ตามเมื่อมีการสร้าง hemiacetal แบบวัฏจักรหรือวงแหวนขึ้นคาร์บอนนี้อาจดูเหมือนจะหายไป

ที่นี่เป็นที่ที่พบลักษณะเฉพาะอื่น ๆ เพื่อค้นหาในวงแหวนไพรานัสหรือฟูราโนสของคาร์โบไฮเดรตทั้งหมด:

- คาร์บอนที่ผิดปกติจะอยู่ทางขวาหรือซ้ายของอะตอมออกซิเจนที่ประกอบเป็นวงแหวนเสมอ

- สิ่งที่สำคัญยิ่งกว่านั้นไม่เพียง แต่เชื่อมโยงกับอะตอมออกซิเจนนี้เท่านั้น แต่ยังเชื่อมโยงกับกลุ่ม OH ด้วยจาก CHO หรือ R ₂ C = O ด้วย

- มันไม่สมมาตรนั่นคือมันมีสารทดแทนสี่แบบที่แตกต่างกัน

ด้วยคุณสมบัติทั้งสี่นี้จึงง่ายต่อการรับรู้คาร์บอนผิดปกติโดยดูจาก "โครงสร้างหวาน" ใด ๆ

ตัวอย่าง

ตัวอย่าง 1

β-D-fructofuranose ที่มา: NEUROtiker (talk • contribs)

ด้านบนคือβ-D-fructofuranose ซึ่งเป็น hemiacetal แบบวงกลมที่มีวงแหวนห้าแผ่น

ในการระบุคาร์บอนผิดปกติอันดับแรกเราต้องดูคาร์บอนทางด้านซ้ายและด้านขวาของอะตอมออกซิเจนที่ประกอบเป็นวงแหวน จากนั้นสิ่งที่เชื่อมโยงกับกลุ่ม OH คือคาร์บอนที่ผิดปกติ ซึ่งในกรณีนี้จะวนเป็นสีแดงอยู่แล้ว

นี่คือβ anomer เนื่องจาก OH ของคาร์บอนอโนเมอริกอยู่เหนือวงแหวนเช่นเดียวกับกลุ่ม CH ₂ OH

ตัวอย่าง 2

Saccharose ที่มา: NEUROtiker ผ่าน Wikipedia

ตอนนี้เราพยายามอธิบายว่าอะไรคือคาร์บอนที่ผิดปกติในโครงสร้างของซูโครส ดังที่เห็นได้ประกอบด้วยมอโนแซ็กคาไรด์สองโควาเลนต์ที่เชื่อมโยงกันด้วยพันธะไกลโคซิดิก -O-

วงแหวนทางด้านขวาเป็นวงแหวนเดียวกับที่กล่าวถึง: β-D-fructofuranose เพียง แต่ "พลิก" ไปทางซ้าย คาร์บอนผิดปกติยังคงเหมือนเดิมสำหรับกรณีก่อนหน้าและเป็นไปตามลักษณะทั้งหมดที่คาดหวัง

ในทางกลับกันวงแหวนทางด้านซ้ายคือα-D-glucopyranose

ทำซ้ำขั้นตอนการรับรู้คาร์บอนผิดปกติเดียวกันโดยดูที่คาร์บอนสองตัวทางด้านซ้ายและด้านขวาของอะตอมออกซิเจนพบว่าคาร์บอนที่ถูกต้องคือคาร์บอนที่เชื่อมโยงกับกลุ่ม OH ซึ่งมีส่วนร่วมในพันธะกลูโคซิดิก

ดังนั้นคาร์บอนผิดปกติทั้งสองจึงเชื่อมต่อกันด้วยพันธะ -O- ดังนั้นจึงถูกล้อมรอบด้วยวงกลมสีแดง

ตัวอย่างที่ 3

เซลลูโลส. ที่มา: NEUROtiker

ในที่สุดมีการเสนอให้ระบุคาร์บอนผิดปกติของหน่วยกลูโคสสองหน่วยในเซลลูโลส อีกครั้งมีการสังเกตคาร์บอนรอบ ๆ ออกซิเจนภายในวงแหวนและพบว่าในวงแหวนกลูโคสทางด้านซ้ายคาร์บอนอโนเมอร์มีส่วนร่วมในพันธะไกลโคซิดิก (ล้อมรอบด้วยวงกลมสีแดง)

อย่างไรก็ตามในวงแหวนกลูโคสทางด้านขวาคาร์บอนที่ผิดปกติจะอยู่ทางด้านขวาของออกซิเจนและสามารถระบุได้ง่ายเนื่องจากถูกจับกับออกซิเจนของพันธะไกลโคซิดิก ดังนั้นจึงมีการระบุคาร์บอนผิดปกติทั้งสองอย่างครบถ้วน

อ้างอิง

1. Morrison, RT และ Boyd, R, N. (1987) เคมีอินทรีย์. รุ่น5 ^ตา บรรณาธิการ Addison-Wesley Interamericana
2. แครี่ F. (2008). เคมีอินทรีย์. (พิมพ์ครั้งที่หก). Mc Graw Hill
3. Graham Solomons TW, Craig B.Fryhle (2011) เคมีอินทรีย์. เอมีน (10 ^THฉบับ.) ไวลีย์พลัส
4. เรนดิน่ากรัม (1974). เทคนิคทางชีวเคมีประยุกต์. Interamericana เม็กซิโก
5. ช้างส. (น.). คำแนะนำเกี่ยวกับคาร์บอนผิดปกติ: คาร์บอนอโนเมอร์คืออะไร? . ดึงมาจาก: chem.ucla.edu
6. Gunawardena G. (13 มีนาคม 2018). ถ่านหินผิดปกติ เคมี LibreTexts สืบค้นจาก: chem.libretexts.org
7. Foist L. (2019). Anomeric Carbon: คำจำกัดความและภาพรวม ศึกษา. ดึงมาจาก: study.com