24.4: D і L цукру

Last updated
Save as PDF

Page ID: 23356

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

Цілі

Після завершення цього розділу ви повинні мати можливість

визначити конкретний енантіонер моносахариду як D або L, враховуючи його проекцію Фішера.
виявити обмеження D, L системи номенклатури для вуглеводів.
призначити конфігурацію R або S кожному з хіральних атомів вуглецю, присутніх в моносахариді, враховуючи його проекцію Фішера.
намалюйте формулу проекції Фішера для моносахариду, з огляду на його систематичну назву, в комплекті з конфігурацією кожного хірального атома вуглецю.
побудувати молекулярну модель моносахариду, з огляду на його систематичну назву, в комплекті з конфігурацією кожного хірального атома вуглецю.

Ключові умови

Переконайтеся, що ви можете визначити та використовувати в контексті ключові терміни нижче.

D цукор
Л цукру

Навчальні примітки

Якщо ви виявили, що забули значення таких термінів, як декстроротаторний і поляриметр, поверніться до Розділу 5.3, в якому були введені основи оптичної активності.

Як би ви поставили перед собою завдання вирішити, чи має кожен хіральний вуглець конфігурацію R або S? Правда, ви могли б використовувати молекулярні моделі, але припустимо, що набір моделей не був доступний—що б ви зробили тоді?

Один з підходів полягає в тому, щоб зосередити увагу на атомі вуглецю, що представляє інтерес, і намалювати тривимірне зображення конфігурації навколо цього атома, пам'ятаючи конвенцію, яка використовується в проекціях Фішера: вертикальні лінії представляють зв'язки, що йдуть на сторінку, а горизонтальні лінії представляють зв'язки, що виходять зі сторінки. Таким чином, конфігурація навколо атома вуглецю 2 в структурі а може бути представлена наступним чином:

вуглець 2 вид 2,3,4-тригідроксибутанала з воднем і гідроксидом, що виходять з сторінки і вуглецем 1 і 2 переходять на сторінку

На вашу думку, ви повинні мати можливість уявити, як виглядала б ця молекула, якби її повернули так, щоб зв'язки, які відображаються як виходять зі сторінки, тепер знаходяться в площині сторінки. [Один з можливих способів зробити це - спробувати уявити, як виглядатиме молекула, якби її розглядали з точки внизу сторінки.] Те, що ви повинні бачити у своїй свідомості, - це уявлення, подібне до намальованого нижче.

вид вуглецю 2 2,3,4-тригідроксибутанала з воднем та гідроксидом у площині сторінки та вуглецем 1, що йде і вуглецем 3, що виходить

Щоб визначити, чи є конфігурація щодо центрального атома вуглецю R або S, ми повинні повернути молекулу так, щоб група з найнижчим пріоритетом (H) була спрямована від глядача. Цього ефекту можна домогтися, утримуючи гідроксильну групу в теперішньому положенні і переміщаючи кожну з трьох інших груп на одне положення за годинниковою стрілкою.

вуглець 2 вид 2,3,4-тригідроксибутанала з вуглецем 3 і гідроксидом в площині сторінки і воднем, що йде і вуглецем 1 виходить

Порядок пріоритету Chan-Ingold-Prelog для трьох інших груп - OH> CHO > CH (OH) CH ₂ OH; таким чином, ми бачимо, що ми можемо простежити шлях проти годинникової стрілки, що йде від групи найвищого пріоритету до другої та третьої найвищої, і ми робимо висновок, що центральний атом вуглецю має S конфігурація.

Конфігурація глюкози

Чотири хіральні центри в глюкозі вказують на те, що може бути цілих шістнадцять (2 ⁴) стереоізомерів, що мають цю конституцію. Вони існували б як вісім діастереомерних пар енантіомерів, і початковим завданням було визначити, яка з восьми відповідає глюкозі. Цей виклик був прийнятий і зустрінений в 1891 році німецьким хіміком Емілем Фішером. Його успішні переговори про стереохімічний лабіринт, представлений альдогексозами, були логічним tour de force, і цілком доречно, що він отримав Нобелівську премію 1902 року з хімії за це досягнення. Однією з перших завдань, з якими зіткнувся Фішер, було розробити метод однозначного представлення конфігурації кожного хірального центру. З цією метою він винайшов просту техніку малювання ланцюжків хіральних центрів, яку ми зараз називаємо формулою проекції Фішера. Натисніть на це посилання для огляду.

У той час, коли Фішер взявся за проект глюкози, встановити абсолютну конфігурацію енантіомера не вдалося. Отже, Фішер зробив довільний вибір для (+) -глюкози і встановив мережу пов'язаних альдозових конфігурацій, які він назвав D -сімейством. Дзеркальні зображення цих конфігурацій потім були позначені L -сімейством альдосів. Для ілюстрації, використовуючи сьогоднішні знання, формули проекції Фішера та назви сімейства D-альдоз (від трьох до шестивуглецевих атомів) наведені нижче, причому асиметричні атоми вуглецю (хіральні центри) пофарбовані в червоний колір. Останній хіральний центр в альдозовому ланцюзі (найдальший від альдегідної групи) був обраний Фішером як місце позначення D /L. Якщо гідроксильна група в формулі проекції вказувала вправо, то її визначали як член D-сімейства. Ліва спрямована гідроксильна група (дзеркальне відображення) тоді представляла L-сімейство. Початкове призначення Фішера D-конфігурації мав шанс 50:50 бути правильним, але всі його подальші висновки щодо відносних конфігурацій різних альдозів були надійно засновані. У 1951 році рентгенівські флуоресцентні дослідження (+) -винної кислоти, проведені в Нідерландах Йоганнесом Мартіном Бійвоет, довели, що вибір Фішера був правильним.

Важливо визнати, що ознака питомого обертання сполуки (експериментальне число) не корелює з його конфігурацією (D або L). Виміряти оптичне обертання за допомогою поляриметра просто. Визначення абсолютної конфігурації зазвичай вимагає хімічної взаємодії з відомими сполуками стереоспецифічними реакційними шляхами.