Heksoza - Hexose
W chemii , A heksozowej jest monosacharyd (cukier prosty) o sześciu atomach węgla. Wzór chemiczny dla heksozy oznacza C 6 H 12 O 6 , a ich masa cząsteczkowa wynosi 180,156 g / mol.
Heksozy występują w dwóch formach, otwartej lub cyklicznej, które łatwo przekształcają się w siebie w roztworach wodnych. Forma heksozy o otwartym łańcuchu, która zwykle jest preferowana w roztworach, ma ogólną strukturę H–(CHOH) n- 1 –C(=O)–(CHOH) 4− n –H, gdzie n wynosi 1, 2 , lub 3. Mianowicie, pięć węgli ma po jednej hydroksylowej grupie funkcyjnej (–OH) każdy, połączony pojedynczym wiązaniem , a jeden ma grupę okso (=O), tworząc grupę karbonylową (C=O). Pozostałe wiązania atomów węgla są spełnione przez siedem atomów wodoru . Węgle są zwykle ponumerowane od 1 do 6, zaczynając od końca najbliższego karbonylowi.
Heksozy są niezwykle ważne w biochemii , zarówno jako wyizolowane cząsteczki (takie jak glukoza i fruktoza ), jak i jako budulec innych związków, takich jak skrobia , celuloza i glikozydy . Heksozy mogą tworzyć diheksozy (takie jak sacharoza ) w wyniku reakcji kondensacji, która tworzy wiązanie 1,6- glikozydowe .
Gdy karbonyl znajduje się w pozycji 1, tworząc grupę formylową (-CH=O), cukier nazywany jest aldoheksozą , szczególnym przypadkiem aldozy . W przeciwnym razie, jeśli pozycja karbonylowa wynosi 2 lub 3, cukier jest pochodną ketonu i jest nazywany ketoheksozą , co jest szczególnym przypadkiem ketozy ; konkretnie n- ketoheksoza . Jednak 3-ketoheksozy nie zostały zaobserwowane w naturze i są trudne do zsyntetyzowania; więc termin „ketoheksoza” zwykle oznacza 2-ketoheksozę.
W postaci liniowej występuje 16 aldoheksoz i osiem 2-ketoheksoz, stereoizomerów różniących się przestrzennym położeniem grup hydroksylowych. Gatunki te występują w parach izomerów optycznych . Każda para ma konwencjonalną nazwę (jak „glukoza” lub „fruktoza”), a dwa elementy są oznaczone „ D- ” lub „ L- ”, w zależności od tego, czy hydroksyl w pozycji 5, w projekcji Fischera cząsteczki, znajduje się odpowiednio po prawej lub lewej stronie osi. Te znaczniki są niezależne od aktywności optycznej izomerów. Na ogół tylko jeden z dwóch enancjomerów występuje naturalnie (na przykład D- glukoza) i może być metabolizowany przez zwierzęta lub fermentowany przez drożdże .
Określenie „heksozowej” czasem zakłada się to deoxyhexoses , takie jak fukoza i ramnoza : związki o wzorze ogólnym C
6h
12O
6- latków które można opisać jako pochodzące od heksoz przez zastąpienie jednej lub większej liczby grup hydroksylowych atomami wodoru.
Klasyfikacja
Aldoheksozy
Aldoheksozy są podklasą heksoz, które w postaci liniowej mają karbonyl przy węglu 1, tworząc pochodną aldehydową o strukturze H–C(=O)–(CHOH) 5- H. Najważniejszym przykładem jest glukoza .
W postaci liniowej aldoheksoza ma cztery centra chiralne , które dają 16 możliwych stereoizomerów aldoheksozy ( 24 ), zawierających 8 par enancjomerów . Liniowe formy ośmiu D -aldoheksoz w rzucie Fischera to
Spośród tych izomerów D , wszystkie z wyjątkiem D- altrozy występują w organizmach żywych, ale tylko trzy są powszechne: D- glukoza, D- galaktoza i D- mannoza. W L izomerów są zasadniczo nieobecne w organizmach żywych; jednakże L- altrozę wyizolowano ze szczepów bakterii Butyrivibrio fibrisolvens .
Mówi się, że chemik Emil Fischer opracował następujące urządzenie mnemoniczne do zapamiętywania kolejności podanej powyżej, która odpowiada konfiguracjom centrów chiralnych, gdy są uporządkowane jako 3-bitowe ciągi binarne:
- Wszystkie alt ruists gl Adly mA ke gu m I n gal lon TA NKS.
odnosząc się do wszystkich OSE altr OSE, gl ucose, MA nnose, gu stracenia, i dawki, gal actose, ta stracić.
Narysowane w tej kolejności rzuty Fischera D- aldoheksoz można zidentyfikować za pomocą 3-cyfrowych liczb binarnych od 0 do 7, a mianowicie 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, 111. Trzy bity , od lewej do prawej, wskaż pozycję grup hydroksylowych odpowiednio na węglach 4, 3 i 2: po prawej, jeśli wartość bitowa wynosi 0, a po lewej, jeśli wartość wynosi 1.
Diagramy Fischera ośmiu L- aldoheksoz są lustrzanymi odbiciami odpowiednich izomerów D ; ze wszystkimi hydroksylami odwróconymi, w tym z węglem 5.
Ketoheksozy
Ketoheksozą jest keton Niezawierające heksozową biologicznie najważniejszym przykładem jest fruktoza .
W postaci liniowej 2-ketoheksozy mają trzy centra chiralne, a zatem osiem możliwych stereoizomerów ( 23 ), zawierających cztery pary enancjomerów. Cztery izomery D to:
Odpowiednie formy L mają hydroksyle na węglach 3, 4 i 5 odwrócone. Poniżej przedstawiamy osiem izomerów w alternatywnym stylu:
3-ketoheksozy
Teoretycznie ketoheksozy obejmują również 3-ketoheksozy, które mają karbonyl w pozycji 3; mianowicie H–(CHOH) 2 –C(=O)–(CHOH) 3 –H. Jednak nie wiadomo, czy te związki występują w naturze i są trudne do zsyntetyzowania.
W 1897 unfermentable Produkt otrzymany przez obróbkę fruktozy z zasadami , w szczególności z ołowiu (II), wodorotlenek , nadano nazwę glutose , jak walizka z glukozy i fruktozy , i miał być 3-ketoheksozą. Jednak późniejsze badania wykazały, że substancja była mieszaniną różnych innych związków.
Jednoznaczna synteza i izolacja 3-ketoheksozy, ksylo -3-heksulozy , poprzez dość złożoną drogę, po raz pierwszy opisali w 1961 r. G. Yuen i J. Sugihara .
Formy cykliczne
Podobnie jak większość monosacharydów z pięcioma lub więcej atomami węgla, każda aldoheksoza lub 2-ketoheksoza występuje również w jednej lub więcej form cyklicznych (o łańcuchu zamkniętym), pochodzących z formy o otwartym łańcuchu przez wewnętrzne przegrupowanie między grupą karbonylową a jedną z grup hydroksylowych .
Reakcja przekształca grupę =O w grupę hydroksylową, a grupę hydroksylową w mostek eterowy (–O–) między dwoma atomami węgla, tworząc w ten sposób pierścień z jednym atomem tlenu i czterema lub pięcioma atomami węgla.
Jeśli cykl ma pięć atomów węgla (łącznie sześć atomów), zamknięta forma nazywana jest piranozą , po cyklicznym tetrahydropiranie eteru , który ma ten sam pierścień. Jeśli cykl ma cztery atomy węgla (w sumie pięć), forma nazywana jest furanozą po związku tetrahydrofuran . Konwencjonalna numeracja węgli w formie zamkniętej jest taka sama jak w formie o otwartym łańcuchu.
Jeśli cukier jest aldoheksozą, z karbonylem w pozycji 1, reakcja może obejmować hydroksyl na węglu 4 lub węglu 5, tworząc hemiacetal z odpowiednio pięcio- lub sześcioczłonowym pierścieniem. Jeśli cukier jest 2-ketoheksozą, może zawierać tylko grupę hydroksylową w węglu 5 i tworzy hemiketal z pięcioczłonowym pierścieniem.
Zamknięcie przekształca węgiel karboksylowy w centrum chiralne , które może mieć dowolną z dwóch konfiguracji, w zależności od pozycji nowego hydroksylu. Dlatego każda heksoza w postaci liniowej może dawać dwie różne formy zamknięte, identyfikowane przez przedrostki „α” i „β”.
Od 1926 roku wiadomo, że heksozy w krystalicznej postaci stałej przyjmują postać cykliczną. Formy „α” i „β”, które nie są enancjomerami, zazwyczaj krystalizują oddzielnie jako odrębne rodzaje. Na przykład D- glukoza tworzy kryształ α o skręcalności właściwej +112° i temperaturze topnienia 146°C, a także kryształ β o skręcalności właściwej +19° i temperaturze topnienia 150°C.
Forma liniowa nie krystalizuje i występuje tylko w niewielkich ilościach w roztworach wodnych, gdzie pozostaje w równowadze z formami zamkniętymi. Niemniej jednak odgrywa istotną rolę jako etap pośredni między tymi zamkniętymi formami.
W szczególności formy „α” i „β” mogą przekształcić się w siebie poprzez powrót do formy o otwartym łańcuchu, a następnie zamknięcie w konfiguracji przeciwnej. Ten proces nazywa się mutarotacją .
Właściwości chemiczne
Chociaż wszystkie heksozy mają podobną strukturę i mają pewne ogólne właściwości, każda para enancjomerów ma swoją własną chemię. Fruktoza jest rozpuszczalna w wodzie, alkoholu i eterze. Dwa enancjomery każdej pary mają na ogół bardzo różne właściwości biologiczne.
2-Ketohexoses są trwałe w szerokim zakresie pH, a także z podstawową p K a o 10.28 będzie deprotonować tylko przy wysokich wartościach pH, to jest nieznacznie mniej stabilna niż aldoheksoz w roztworze.
Naturalne występowanie i zastosowania
Najważniejszą w biochemii aldoheksozą jest D - glukoza , która jest głównym „paliwem” metabolizmu wielu organizmów żywych.
2-ketoheksozy psikoza , fruktoza i tagatoza występują naturalnie jako izomery D , podczas gdy sorboza występuje naturalnie jako izomer L.
D- Sorboza jest powszechnie stosowana w komercyjnej syntezie kwasu askorbinowego. D -tagatoza to rzadka naturalna ketoheksoza, która występuje w niewielkich ilościach w pożywieniu. D - Fruktoza odpowiada za słodki smak wielu owoców i jest budulcem sacharozy , powszechnie występującego cukru.
Deoksyheksozy
Termin „heksoza” może być czasami używany w odniesieniu do deoksyaldoheksoz, które mają jeden lub więcej hydroksyli (-OH) zastąpionych przez atomy wodoru (-H). Nazywa się go heksozą macierzystą, z przedrostkiem „ x- deoksy-”, x wskazuje na węgiel z dotkniętym hydroksylem. Niektóre przykłady zainteresowania biologicznego to
- L- fukoza(6-deoksy- L- galaktoza)
- L- ramnoza(6-deoksy- L- mannoza)
- D -Quinovose(6-dezoksy D -glukoza), znaleziono jako częśćsulfolipid sulfoquinovosyl diacyloglicerol(SQDG)
- L- Pneumoza(6-deoksy- L- taloza)
Zobacz też
Bibliografia
Zewnętrzne linki
-
Multimedia związane z Aldoheksozami w Wikimedia Commons -
Multimedia związane z Ketoheksozami w Wikimedia Commons
