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Kohlenhydrate und Stereoisomerie

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Das Licht, was von der Sonne kommt, ist unpolarisiert. Das heißt, es schwingt in
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- Polarisiertes Licht, Optische Aktivität, Chiralität - Spiegelbildisomerie, Fischer- u. Haworth Projektion - Mono-,Di-, Polysaccharide Mutarotation - Maltose, Saccharose, Cellobiose, Stärke, Cellulose - Keto-Enol-Tautomerie - Glykosidische Bindung

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| Kohlenhydrate and storovisovuric || Das Licht, was von der Sonne kommt, ist unpolarisiert. Das heißt, es schwingt in beliebige Richtungen, senkrecht zur Ausbreitungsrichtung. Stellt man einen Polarisationsfilter in den Lichtstrahl, so gelangen nur die Lichtwellen hindurch, die in einer bestimmten Ebene schwingen. Diese Schwingungsebene wird durch den Polarisationsfilter vorgegeben. Das übrige Licht wird durch den Filter zurückgehalten. Polarisiertes Licht: Optische Aktivität: Chiralität: @tiny.genes Schwingungsebene des Polarisierten Lichtes Polarisator Analysator Blickfeld Hell Bestimmte Moleküle treten mit polarisiertem Licht in Wechselwirkung. Beim Durchgang durch eine Lösung dieses Moleküls wird die Schwingungsrichtung des polarisierten Lichtes nach rechts oder links gedreht. Solche Stoffe, die die Schwingungsebene von polarisiertem Licht drehen nennt man optisch aktiv. Die optische Aktivität eines Stoffes lässt sich mit Hilfe der Polarimetrie ermitteln. Dabei wird der Drehwinkel bestimmt, um den ein Stoff die Schwingungsebene des polarisierten Lichtes dreht. Die Stoffe verhalten sich rechts- oder linksdrehend. Der Drehsinn wird im Namen der Verbindung mit einem Vorzeichen angegeben: Die (+)- Milchsäure ist rechts-, die (-)-Milchsäure linksdrehend. Die Ursache für die optische Aktivität eines Stoffes liegt auf Teilchenebene in der Chiralität der Moleküle. Besitzt in einem Molekül ein C-Atom vier verschiedene Substituenten, so ist dieses C-Atom asymmetrisch und wird mit einem Stern (C*) gekennzeichnet. Das Molekül ist chiral. Moleküle mit mehreren asymmetrischen C*-Atomen sind nicht chiral, wenn sie eine zusätzliche Symmetrie haben. Chorale Teilchen verhalten sich wie Bild und Spiegelbild. Spiegelbild-Isomerie: Fischer-Projektion: @tiny.genes Von...

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Milchsäure gibt es zwei Isomere. Sie unterscheiden sich durch die räumliche Anordnung der Substituenten (Konfiguration), nicht aber in der Konstitution (Reihenfolge der Verknüpfung). Solche Isomere nennt man Stereoisomere. In diesem Sonderfall der Stereoisomerie spricht man auch von Spiegelbildisomerie oder Enantiomerie (gr. Enantios, entgegengesetzt), da sich Bild und Spiegelbild nicht zur Deckung bringen lassen. Alle Stereoisomere, die nicht enantiomer sind, nennt man Diastereomere. Besitzt ein Molekül mehrere asymmetrische C-Atome, aber gleichzeitig eine Spiegelebene innerhalb des Moleküls, so lässt sich mindestens ein Isomer unter Beibehaltung der Konfiguration in sein Spiegelbild überführen. Solche Verbindungen ergänzt man mit dem Namenszusatz „meso". Um die Struktur der Spiegelbild-Isomere darzustellen verwendet man meist Projektionsformeln nach Emil Fischer. Hierfür wird/werden... • Die längste Kohlenstoffkette von oben nach unten geschrieben • Das am höchsten oxidierte C - Atom gestellt Bindungen, die nach hinten zeigen, ausgehend vom asymmetrischen C-Atom durch eine senkrechte Linie dargestellt, nach vorne zeigende Bindungen, durch waagerechte Linien Steht die funktionelle Gruppe am asymmetrischen C-Atom links, wird ein L (lat. laevus = links) vorgestellt, befindet sie sich rechts wird ein D (lat. dexter = rechts) vorgestellt. Bei mehreren asymmetrischen C-Atomen betrachtet man das, welches am weitesten vom höchst oxidierten C-Atom entfernt liegt. Spiegelebene COOH H-C*-OH I CH3 D-(-)-Milchsäure COOH HO-C*-H CH3 L-(+)-Milchsäure Überblick Kohlenhydrate: I. Monosaccharide: Haworth-Projektion: Kohlenhydrate oder Polyhydroxycarbonylverbindungen sind unverzweigte Polyalkohole mit Aldehyd- oder Keto-Gruppen. Sie werden in Mono-, Di- und Polysaccharide unterteilt, wobei sich die Monosaccharide untereinander durch die Stellung der Hydroxygruppen und die Anzahl der Kohlenstoffatome unterscheiden. Bei der Benennung der Kohlenhydrate verwendet man häufig die Endung -ose. Monosaccharide oder Einfachzucker, wie zum Beispiel Glucose (Traubenzucker) und Fructose (Fruchtzucker) sind Bausteine für den Aufbau größerer Kohlenhydrat- Moleküle. Sie können durch Oxidation mehrwertiger Alkohole entstehen. Man unterscheidet Aldosen (Polyhydroxyaldehyde) und Ketosen (Polyhydroxyketone). Aldose Aldehydgruppe 0 H C H-C-OH HO-C-H H-C-OH I H-C-OH I CH₂OH D-Glucose Ketose C6H₁2O6 @tiny.genes CH₂OH C=0 Ketogruppe HO-C-H I H-C-OH I H-C-OH I CH₂OH D-Fructose Die Struktur eines Monosaccharides (hier: Glucose) lässt sich als Kette oder als Ring darstellen. Die Haworth-Projektion ist die Ringformel. • die Aldehydgruppe am C-1-Atom reagiert mit der Hydroxygruppe (-OH) am C-5-Atom • das negativ polarisierte O-Atom der Hydroxygruppe greift am positiv polarisierten C-Atom der Aldehydgruppe an (intramolekulare nucleophile Addition) => es kommt zu einem Ringschluss => Halbacetal form • fünfgliedrige Ringe nennt man Furanosen und Sechsgliedrige Ringe Pyranosen • C1-Atom wird zum anomeren (asymmetrischen) C-Atom => es entstehen 2 Stereoisomere: • a-Form: OH-Gruppe zeigt nach unten • B-Form: die OH-Gruppe zeigt nach oben was in Fischer links steht, steht in Haworth oben H HA OH QA OH H CH₂OH OH H B-D-Fructopyranose Mutaroration: CH₂OH HH OH OH H ·0. H OH B-D-Glycopyranose OH OH CH₂OH H H B-D-Glucose H HH In wässriger Glucose-Lösung stellt sich ein chemisches Gleichgewicht zwischen den Isomeren a-Glucose und ß-Glucose und der linearen Kettenform ein, wobei sich der Drehwinkel kontinuierlich verändert. Diese Veränderung des Drehwinkels eines optisch aktiven Stoffes über Zeit bezeichnet man als Mutarotation. In der Lösung liegen weniger als 0,1 % der Moleküle als offene Kette vor => der Rest liegt in der Halbacetalform vor (a: 36%, ß: 64%). Da a-Glucose und ß-Glucose unterschiedlich spezifische Drehungen (Polarimeter) haben, ändert sich bei der Einstellung des chemischen Gleichgewichts zwischen den Isomeren der Drehwinkel kontinuierlich. CH₂OH H 9-6-6 OH H OH H OH offene (lineare) Form H OH ОН OH Y OH OH CH₂OH O H H ОН B-D-Fructopyranose (Sechsgliedriger Ring) B-D-Fructofuranose OH CH₂OH OH OH CH₂OH CH₂OH O- OH *-*- OH H CH₂OH OH B-D-Fructofuranose (Fünfgliedriger Ring) CH₂OH Auch bei der Fructose findet man Mutarotation: Beim Lösen kristalliner Fructose in Wasser stellt sich ein Gleichgewicht zwischen fünfgliedrigen und sechsgliedrigen Ringformen und der Kettenform ein. OH H H OH a-D-Glucose H OH CH₂OH I C=0 H I HO-C @tiny.genes 1 H-C-OH 1 H-C-OH I CH₂OH Kettenform Keto-Enol-Tautomerie: Als Tautomere bezeichnet man Isomere, die durch die Wanderung einzelner Atome oder Atomgruppen schnell ineinander übergehen. In alkalischer Lösung wandelt sich Fructose in Glucose um. H H H -0-H -0 D-Fructose 01 H-C-OH I R D-Glucose OH H₂O OH H OH C H₂0 か H₂O он- Endiol I H₂O OH H ≤X-X C-OH H H 0. OH .Qlo R OH @tiny.genes Die Fehlingprobe ist nicht dafür geeignet Glucose und Fructose zu unterscheiden, da sie sich in der alkalischen Fehlinglösung ineinander umwandeln. In der alkalischen Lösung steht die Kettenform der D-Glucose im Gleichgewicht mit der Kettenform der D-Fructose und einem instabilen Zwischenprodukt, dem Endiol. Die Ausbildung dieses Gleichgewichtes nennt man Keto-Enol-Tautomerie.

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Hierfür wird/werden... • Die längste Kohlenstoffkette von oben nach unten geschrieben • Das am höchsten oxidierte C - Atom gestellt Bindungen, die nach hinten zeigen, ausgehend vom asymmetrischen C-Atom durch eine senkrechte Linie dargestellt, nach vorne zeigende Bindungen, durch waagerechte Linien Steht die funktionelle Gruppe am asymmetrischen C-Atom links, wird ein L (lat. laevus = links) vorgestellt, befindet sie sich rechts wird ein D (lat. dexter = rechts) vorgestellt. Bei mehreren asymmetrischen C-Atomen betrachtet man das, welches am weitesten vom höchst oxidierten C-Atom entfernt liegt. Spiegelebene COOH H-C*-OH I CH3 D-(-)-Milchsäure COOH HO-C*-H CH3 L-(+)-Milchsäure Überblick Kohlenhydrate: I. Monosaccharide: Haworth-Projektion: Kohlenhydrate oder Polyhydroxycarbonylverbindungen sind unverzweigte Polyalkohole mit Aldehyd- oder Keto-Gruppen. Sie werden in Mono-, Di- und Polysaccharide unterteilt, wobei sich die Monosaccharide untereinander durch die Stellung der Hydroxygruppen und die Anzahl der Kohlenstoffatome unterscheiden. Bei der Benennung der Kohlenhydrate verwendet man häufig die Endung -ose. Monosaccharide oder Einfachzucker, wie zum Beispiel Glucose (Traubenzucker) und Fructose (Fruchtzucker) sind Bausteine für den Aufbau größerer Kohlenhydrat- Moleküle. Sie können durch Oxidation mehrwertiger Alkohole entstehen. Man unterscheidet Aldosen (Polyhydroxyaldehyde) und Ketosen (Polyhydroxyketone). Aldose Aldehydgruppe 0 H C H-C-OH HO-C-H H-C-OH I H-C-OH I CH₂OH D-Glucose Ketose C6H₁2O6 @tiny.genes CH₂OH C=0 Ketogruppe HO-C-H I H-C-OH I H-C-OH I CH₂OH D-Fructose Die Struktur eines Monosaccharides (hier: Glucose) lässt sich als Kette oder als Ring darstellen. Die Haworth-Projektion ist die Ringformel. • die Aldehydgruppe am C-1-Atom reagiert mit der Hydroxygruppe (-OH) am C-5-Atom • das negativ polarisierte O-Atom der Hydroxygruppe greift am positiv polarisierten C-Atom der Aldehydgruppe an (intramolekulare nucleophile Addition) => es kommt zu einem Ringschluss => Halbacetal form • fünfgliedrige Ringe nennt man Furanosen und Sechsgliedrige Ringe Pyranosen • C1-Atom wird zum anomeren (asymmetrischen) C-Atom => es entstehen 2 Stereoisomere: • a-Form: OH-Gruppe zeigt nach unten • B-Form: die OH-Gruppe zeigt nach oben was in Fischer links steht, steht in Haworth oben H HA OH QA OH H CH₂OH OH H B-D-Fructopyranose Mutaroration: CH₂OH HH OH OH H ·0. H OH B-D-Glycopyranose OH OH CH₂OH H H B-D-Glucose H HH In wässriger Glucose-Lösung stellt sich ein chemisches Gleichgewicht zwischen den Isomeren a-Glucose und ß-Glucose und der linearen Kettenform ein, wobei sich der Drehwinkel kontinuierlich verändert. Diese Veränderung des Drehwinkels eines optisch aktiven Stoffes über Zeit bezeichnet man als Mutarotation. In der Lösung liegen weniger als 0,1 % der Moleküle als offene Kette vor => der Rest liegt in der Halbacetalform vor (a: 36%, ß: 64%). Da a-Glucose und ß-Glucose unterschiedlich spezifische Drehungen (Polarimeter) haben, ändert sich bei der Einstellung des chemischen Gleichgewichts zwischen den Isomeren der Drehwinkel kontinuierlich. CH₂OH H 9-6-6 OH H OH H OH offene (lineare) Form H OH ОН OH Y OH OH CH₂OH O H H ОН B-D-Fructopyranose (Sechsgliedriger Ring) B-D-Fructofuranose OH CH₂OH OH OH CH₂OH CH₂OH O- OH *-*- OH H CH₂OH OH B-D-Fructofuranose (Fünfgliedriger Ring) CH₂OH Auch bei der Fructose findet man Mutarotation: Beim Lösen kristalliner Fructose in Wasser stellt sich ein Gleichgewicht zwischen fünfgliedrigen und sechsgliedrigen Ringformen und der Kettenform ein. OH H H OH a-D-Glucose H OH CH₂OH I C=0 H I HO-C @tiny.genes 1 H-C-OH 1 H-C-OH I CH₂OH Kettenform Keto-Enol-Tautomerie: Als Tautomere bezeichnet man Isomere, die durch die Wanderung einzelner Atome oder Atomgruppen schnell ineinander übergehen. In alkalischer Lösung wandelt sich Fructose in Glucose um. H H H -0-H -0 D-Fructose 01 H-C-OH I R D-Glucose OH H₂O OH H OH C H₂0 か H₂O он- Endiol I H₂O OH H ≤X-X C-OH H H 0. OH .Qlo R OH @tiny.genes Die Fehlingprobe ist nicht dafür geeignet Glucose und Fructose zu unterscheiden, da sie sich in der alkalischen Fehlinglösung ineinander umwandeln. In der alkalischen Lösung steht die Kettenform der D-Glucose im Gleichgewicht mit der Kettenform der D-Fructose und einem instabilen Zwischenprodukt, dem Endiol. Die Ausbildung dieses Gleichgewichtes nennt man Keto-Enol-Tautomerie.