Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

5.9: Вуглеводи та діастереомери

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    27954

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    Поки що ми здебільшого розглядали сполуки, які містять один хіральний центр - тобто один чотиригранний атом вуглецю з чотирма різними групами, прикріпленими до нього. Чи може бути більше одного хірального центру? Звичайно. Наприклад, якщо вуглеводи мають групу OH на кожному вуглеці в ланцюжку, ми можемо отримати ряд хіральних центрів в одній молекулі. Мислення в проекціях Фішера, це означає, що кожна з груп OH на хіральних центрах може бути намальована або праворуч, або ліворуч.

    Звичайно, дві сполуки з декількома хіральними центрами все ще можуть бути енантіомерами. Можливо, у нас є два вуглеводи, один з усіма групами OH праворуч у проекції Фішера, інший з усіма ними ліворуч. Ці дві сполуки все одно будуть повною протилежністю один одному. Вони все одно були б енантіомерами.

    Припустимо замість цього, що лише деякі хіральні центри були протилежними, а інші - однаковими. З'єднання більше не буде точним дзеркальним відображенням один одного. Дзеркало було б недосконале. Ці ізомери називалися б діастереомерами.

    Ми знаємо, що енантіомери мають однакові фізичні властивості. Діастереомери не роблять. Наприклад, вони мають різні температури плавлення, оскільки два ізомери не можуть упакувати разом точно так само, а міжмолекулярні атракціони різні в кожному випадку.

    • Діастереомери зустрічаються лише в сполуках, що містять більше одного хірального центру.
    • У парі діастереомерів деякі хіральні центри однакові в двох молекулах, але інші різні.
    • Діастереомери - це стереоізомери, які не є дзеркальним відображенням один одного.

    Треоза є прикладом біологічної молекули (вуглеводи), яка містить два хіральних центри.

    Клиноподібний малюнок і проекція фішера D-треза. На проекції Фішера нижня гідроксильна група знаходиться з правого боку. На клиновидному і тире креслення обидві внутрішні гідроксигрупи пунктирними і водневі клиновані.
    Малюнок\(\PageIndex{1}\): Зображення D-трерози.
    Модель з кулькою і палицею D-Threose. Внутрішні гідроксигрупи знаходяться з правого боку молекули.
    Малюнок\(\PageIndex{2}\): Кульково-палична модель D-трерози.

    Проекції Фішера іноді використовуються для показу вуглеводів та інших ланцюгових сполук з багатьма хіральними центрами. Проекції Фішера - це малюнки Пікассо-еска, в яких точка зору чергується від одного вуглецю до іншого. Хіральні центри легко порівняти в проекціях Фішера, тому що вам просто потрібно вирішити, чи знаходяться групи на одній стороні або протилежних сторонам вертикальної лінії.

    Позначені діаграми D-треози у формі клиновидної тире та проекції Фішера. На клині і тире мітки вказують на те, що карбоніл може перебувати де завгодно в клиновидному тире, а пунктирними лініями вказані лінії погляду на першому і другому внутрішньому вуглеці. На проекції Фішера карбоніл повинен знаходитися вгорі. Мітки виділяють, що OH знаходиться зліва на C2 і праворуч на C3. Під проекціями Фішера читається «D означає OH праворуч на останньому хіральному C.
    Малюнок\(\PageIndex{3}\): Трохи більше розуміння D-треози.

    D-треоза є хіральною, і вона має енантіомер. Його енантіомер називається L-треозою. L-треоза має точно такі ж фізичні властивості, як і D-треоза, за винятком однієї. Розчин D-треози обертає пучок плоско-поляризованого світла вправо, тоді як розчин L-треози обертає площину вліво.

    Кульково-паликова модель L-трерози, що показує обидві внутрішні гідроксигрупи з лівого боку.
    Малюнок\(\PageIndex{4}\): Кульково-палична модель L-трерози.

    Однак D-треоза також має інші стереоізомери, які НЕ є його дзеркальним відображенням. Ці ізомери називаються діастереомерами. Ці сполуки мають різні фізичні властивості від трози, тому мають зовсім іншу загальну назву. Це тому, що загальні назви сполук часто придумувалися раніше, ніж хто-небудь знав про структуру сполуки.

    Кульково-паликова модель D-еритрози, що показує гідроксильну групу С2 на лівій стороні та гідрокси-групу С3 на правій стороні.
    Малюнок\(\PageIndex{5}\): Кульково-палична модель D-еритрози.
    Кульково-паликова модель L-еритрози, що показує гідроксигрупу С2 на правій стороні та гідроксигрупу С3 на лівій стороні.
    Малюнок\(\PageIndex{6}\): Кульково-палична модель L-еритрози.

    Взаємозв'язки між D-треозою та її стереоізомерами можна побачити в клиновидно-тире проекцій. Сімейство альдобутанозів - тобто чотиривуглецевих дугар, що містять альдегідну групу, представлено разом нижче.

    Діаграма взаємозв'язків між D- і L-треозою і D- і L-еритрозою. D- і L-треоза - енантіомери. D- і L-еритроза також є енантіомерами. Еритроза і треоза, будь то D або L форма, обидва діастереомери один одного.
    Малюнок\(\PageIndex{7}\): Зв'язок між D-треозою та її енантіомером, L-треозою; також зв'язок між D-треозою та двома її діастереомерами, D- та L-еритрозою.

    Як варіант, ці відносини можна розглядати в прогнозах Фішера.

    Взаємозв'язки між D-треозою, L-треозою, D-еритрозою та L-еритрозою як проекції Фішера.
    Малюнок\(\PageIndex{8}\): Зв'язок між D-треозою та її енантіомером, L-треозою; також зв'язок між D-треозою та двома її діастереомерами, D- та L-еритрозою.

    Як варіант, ці відносини можна розглядати в прогнозах Фішера.

    Взаємозв'язки між D-треозою, L-треозою, D-еритрозою та L-еритрозою як проекції Фішера.
    Малюнок\(\PageIndex{9}\): Зв'язок між D-треозою та її енантіомером, L-треозою; також зв'язок між D-треозою та двома її діастереомерами, D- та L-еритрозою. Ще раз з Фішером.
    • У парі діастереомерів деякі хіральні центри однакові, а деякі протилежні. Молекула не є ні ідентичною, ні дзеркальним відображенням її діастереомера.
    • D-треоза - енантіомер L-треози. Два неоднакові, але вони є дзеркальним відображенням один одного.

    Може допомогти подивитися на тривимірні моделі цих цукрів.

    Перейдіть до анімації SC9.1. Тривимірна модель D-трерози.

    Перейдіть до анімації SC9.2. Тривимірна модель L-треозее.

    Перейдіть до анімації SC9.3. Тривимірна модель D-еритрози.

    Перейдіть до анімації SC9.4. Тривимірна модель L-еритрози.

    Вправа\(\PageIndex{1}\)

    Погляньте на тривимірну модель D-Threose за допомогою моделі палиці.

    1. Якщо ви повернете його так, що карбоніл знаходиться вгорі, а ОН і Н першого хірального вуглецю йдуть до вас, це перший ОН праворуч або ліворуч?
    2. Якщо ви повернете його так, що карбоніл знаходиться вгорі, а ОН і Н другого хірального вуглецю йдуть до вас, перший ОН праворуч чи ліворуч?
    Відповідь:

    ліворуч

    Відповідь б:

    правий

    Вправа\(\PageIndex{2}\)

    Погляньте на тривимірну модель L-треози за допомогою моделі палиці.

    1. Якщо ви повернете його так, що карбоніл знаходиться вгорі, а ОН і Н першого хірального вуглецю йдуть до вас, це перший ОН праворуч або ліворуч?
    2. Якщо ви повернете його так, що карбоніл знаходиться вгорі, а ОН і Н другого хірального вуглецю йдуть до вас, перший ОН праворуч чи ліворуч?
    Відповідь:

    правий

    Відповідь б:

    ліворуч

    Вправа\(\PageIndex{3}\)

    Погляньте на тривимірну модель D-еритрози за допомогою паликової моделі.

    1. Якщо ви повернете його так, що карбоніл знаходиться вгорі, а ОН і Н першого хірального вуглецю йдуть до вас, це перший ОН праворуч або ліворуч?
    2. Якщо ви повернете його так, що карбоніл знаходиться вгорі, а ОН і Н другого хірального вуглецю йдуть до вас, перший ОН праворуч чи ліворуч?
    Відповідь:

    правий

    Відповідь б:

    правий

    Вправа\(\PageIndex{4}\)

    Погляньте на тривимірну модель L-еритрози за допомогою паликової моделі.

    1. Якщо ви повернете його так, що карбоніл знаходиться вгорі, а ОН і Н першого хірального вуглецю йдуть до вас, це перший ОН праворуч або ліворуч?
    2. Якщо ви повернете його так, що карбоніл знаходиться вгорі, а ОН і Н другого хірального вуглецю йдуть до вас, перший ОН праворуч чи ліворуч?
    Відповідь:

    ліворуч

    Відповідь б:

    ліворуч

    • Коли присутній один хіральний центр, результат двох стереоізомерів.
    • Коли є два хіральні центри, в результаті чотири стереоізомери.
    • Для кожного додаткового хірального центру кількість стереоізомерів подвоюється.

    Вуглеводи можна класифікувати за їх стереохімією, утворюючи своєрідне генеалогічне дерево вуглеводів. Вважається, що вони походять від найпростішого вуглеводу, гліцеральдегіду. Додавання нового вуглецю до блоку C = O гліцеральдегіду виробляє два можливих ізомери, тому що утворюється новий стерезоцентр. Звідти можуть накопичуватися додаткові вуглеводи, по одному вуглецю за раз. У генеалогічному древі вуглеводів гліцеральдегід - прабабуся.

    Дерево вуглеводів. В корені знаходиться D-гліцеральдегід. Від цього в вуглецевий ланцюг додається вуглець, утворюючи два діастереомера: D-еритрозу і D-треозу. На наступному рівні вгору приєднання вуглецю до D-еритрози утворює D-рибозу і D-арабінозу; D-треоза утворює D-ксилозу і D-ліксозу. На наступному рівні: D-рибоза утворює D-аллозу і D-альтрозу; D-арабіноза утворює D-глюкозу і D-маннозу; D-ксилоза утворює D-глікозу і D-ідозу; D-ліксоза утворює D-галактозу і D-талозу.
    Малюнок\(\PageIndex{10}\): Відносини між сімейством D-вуглеводів.

    Вправа\(\PageIndex{5}\)

    Які абсолютні конфігурації двох хіральних центрів у D-треозі? (Вам потрібно буде пронумерувати вуглеці, на яких знаходяться хіральні центри. Наприклад, якщо центр S знайдений на другому вуглеці вздовж ланцюга, а центр R знайдений на четвертому вуглеці уздовж ланцюга, конфігурація становить 2S, 4R. Зверніть увагу, що вам слід пронумерувати ланцюг з найвищого пріоритетного кінця, який має вуглець з найбільшою кількістю зв'язків з киснем.)

    Відповідь

    D-треоз

    2 С, 3 Р

    Вправа\(\PageIndex{6}\)

    Які абсолютні конфігурації у L-треози? Що ви помічаєте про взаємозв'язок між конфігураціями в D- і L- threose?

    Відповідь

    L-треоза

    2 Р, 3 С

    D- і L-треоза є енантіомерами один одного

    Вправа\(\PageIndex{7}\)

    Які абсолютні конфігурації у L-еритрози? Що ви помічаєте про взаємозв'язки між конфігураціями в L-еритрозі і L- треозі?

    Відповідь

    L-еритроза

    2 С, 3 С

    L-еритроза і L-треоза є діастереомерами один одного.

    Вправа\(\PageIndex{8}\)

    Припустимо, з'єднання містило три хіральних центру.

    1. Скільки можливих стереоізомерів було б?
    2. Скільки було б різних пар енантіомерів?
    3. Припустимо, ви вибрали пару діастереомерів з цієї групи. Скільки можливих пар ви могли б вибрати з?
    Відповідь:

    (2) 3 = 8 можливих стереоізомерів

    RR; SSS; RRS; SSR; RSR; SRS; RSR

    Відповідь б:

    4 пари

    Відповідь c:

    12 різних можливих пар діастереомерів

    Вправа\(\PageIndex{9}\)

    Намалюйте один енантіомер і один діастереомер для кожного з наступних з'єднань.

    Вправа 5.9.9, а (цис-2-метилциклопентанол) і b (транс-3-метилциклогексанол).
     
    Відповідь

    Відповіді на вправу 5.9.9, a і b, що показують всі діастереомери та енантіомери.

    Вправа\(\PageIndex{10}\)

    Намалюйте один енантіомер і один діастереомер для кожного з наступних з'єднань.

    Вправа 5.9.10, а (пентоза з конфігурацією RRS) і b (тетроза з конфігурацією RS).
     
    Відповідь

    Відповіді на вправу 5.9.10, а через б.