Determinación de la estructura deCarbohidratos

Determinación de la estructura deCarbohidratos

EspectroscopíaCristalografía por rayos-XTests químicos

las reacciones de carbohidratos puedeninvolucrar formas de cadena abierta, furanosa ópiranosa

Reducción de Carbohidratos

Reducción de Carbohidratos

El grupo carbonilo de la forma abierta se reducea un alcohol.El producto es llamado alditol.El alditol no tiene un grupo carbonilo por lo queno puede ciclar a hemiacetal.

Reducción de D-Galactosa

α-D-galactofuranosa

β-D-galactofuranosa

α-D-galactopiranosa

β-D-galactopiranosa

CH2OH

H OH

HHO

HHO

H OH

CH O

CH2OH

H OH

HHO

HHO

H OH

CH2OH

D-Galactitol (90%)

Agente reductor: NaBH4, H2O( puede usarse también hidrogenación catalítica)

Oxidación de Carbohidratos

Reactivo de Benedict

El reactivo de Benedict es una solución de un complejode citrato del CuSO4 en agua. Se utiliza como test paraazúcares reductores. Cu2+ es un agente oxidante débil.Un azúcar reductor es aquel que tiene una funciónaldehído ó que está en equilibrio con un azúcar que loposee.Test positivo: formación de un precipitado rojo de Cu2O.

+ 2Cu2+RCH

O

5HO–+ + Cu2ORCO–

O

3H2O+

Ejemplos de azúcares reductores

Aldosas: porque tienen un aldehido en suforma de cadena abierta.Cetoses: porque por enolización se estableceun equilibrio con una aldosa.

CH2OH

C O

R

CHOH

C OH

R

CH

CHOH

R

O

oxidado por Cu2+

Ejemplos de azúcares reductores

Disacáridos que tienen una función hemiacetallibre.

O

HOCH2 HOCH2

OH

OHHOOHHO

HOO O

Maltosa

Los glicósidos no son azúcares reductores

O

OCH3

OHHO

HOHOCH2

La Metil α-D-glucopiranosa no tiene la función hemiacetal libre, por lo que no puede estar en equilibrio

con una especie que tenga una función aldehido

Oxidación de Azúcares reductores

Los compuestos formados por oxidación deazúcares reductores se llaman ácidos aldónicosLos ácidos Aldonicos existen como lactonascuando pueden formarse anillos de 5- ó 6-miembros.Un método standard para la preparación deácidos aldónicos utiliza Br2 como agenteoxidante.

Oxidación de D-Xilosa

HOH OH

H OHH

CH O

CH2OH

Br2

H2OHO

H OH

H OHH

CH2OH

CO2H

D-Xilosa Acido D-Xilónico (90%)

Oxidación de D-Xilosa

HOH OH

H OHH

CH2OH

CO2H

Ácido D-Xilónico (90%)

OO

OH

OHHOCH2

O

O

OHHO

HO

+δ-xilonolactona

O

O

OHHO

HO Na-Hg

OH-

δ-xilonolactona

Na/ HgH+

D-xilosaHO

H OH

H OHH

CH O

CH2OH

CH2OHOHHHHOOHH

CH2OH

D-xilocitol

Degradación de Ruff

CHOOHHHHOOHHOOHH

CH2OH

Br2H2O

COOHOHHHHOOHHOOHH

CH2OH

H2O2/Fe2(SO4)3

CHOHHOOHHOOHH

CH2OH

D- arabinosa

D- glucosa ácido-D- glucónico

CO2 +

* El H2O2 oxida elgrupo carboxilo aCO2* Se utiliza para determinación de estructuras de azúcaresó para la síntesis denuevos azúcares

Oxidación con ácido Nítrico

El ácido Nítrico oxida tanto al aldehído como alCH2OH terminal de una aldosa a CO2H.Los productos de tales oxidaciones sonllamados ácidos aldáricos.

Oxidación con ácido Nítrico

CH O

CH2OH

H OHH OH

HH OH

HO HNO3

60°C

CO2H

H OHH OH

HH OH

HO

CO2H

Acido D-Glucárico (41%)D-Glucosa

Ácidos Urónicos

CH O

CO2H

H OHH OH

HH OH

HO

Acido D-Glucurónico

HOHO

OHOH

HO2CO

Los ácidos Urónicos contienen una funciónaldehído y una función CO2H terminal.

Formación de Osazonas y reacción con hidroxilamina

Reacción con Fenilhidrazina*No diferencia por ejemplo glucosa de fructosa

Degradación de Wohl con Hidroxilamina

CHOOH

RH NH2OH

COH

RH

N-OHHAc2O

H2O

COH

RH

N

Ag

CHOR HCN

Es la inversa de la síntesis deazúcares de Fischer-Kiliani

oxima

Formación de Cianhidrina yExtensión de la cadena de

Carbohidratos

Extensión de la cadena de carbohidrato

La cadena de carbohidrato puede extendersepor la formación de cianhidrina como etapaclave en la formación de un nuevo enlace C—CLa version clásica de este método es la sintesisde Kiliani-Fischer.

α-L-arabinofuranosa

β-L-arabinofuranosa

α-L-arabinopiranosa

β-L-arabinopiranosa

CH2OH

HHO

HHO

H OH

CH O

Extensión de la cadena decarbohidrato

CH2OH

HO H

HHO

OHH

CN

CHOH

CH2OH

HO H

HHO

OHH

H OH

CN

CH2OH

HO H

HHO

OHH

HO H

CN

+

L-Manononitrilo L-Gluconononitrilo

Extensión de la cadena decarbohidrato

CH2OH

HO H

HHO

OHH

H OH

CN

L-Manononitrilo

H2, H2O

Pd, BaSO4

L-Manosa(56% desde L-arabinosa)

CH2OH

HO H

HHO

OHH

H OH

CH O

De la misma forma...

CH2OH

HO H

HHO

OHH

HO H

CN

L-Gluconononitrilo

H2, H2O

Pd, BaSO4

L-Glucosa(26% desde L-arabinosa)

CH2OH

HO H

HHO

OHH

HO H

CH O

Epimerización e Isomerización deCarbohidratos

Formas enólicas de Carbohidratos

La enolización de una aldosa modifica laestereoquímica en C-2.Este proceso se denomina epimerización. Losdiastereómeros que difieren en laestereoquímica en uno solo de sus centrosestereogénicos se denominan epímeros.D-Glucosa y D-manosa, por ejemplo, sonepímeros.

Epimerización

CH O

CH2OH

H OHH OH

HH OH

HO

D-ManosaD-Glucosa Enodiol

CH O

CH2OH

H OHH OH

HHO HHO

CH2OH

H OHH OH

HOH

HO

CHOH

C

Este equilibrio puede ser catalizado por hidróxido.

Formas enólicas de Carbohidratos

El intermediario enodiol puede dar unasegunda reacción. Puede permitir la conversiónde D-glucosa ó D-manosa (aldosas) a D-fructosa(cetosa).

Isomerización

D-FructosaD-Glucosa óD-Manosa

Enodiol

CH2OH

CH2OH

H OHH OH

HHO

CH2OH

H OHH OH

HOH

HO

CHOH

C

CH O

CH2OH

H OHH OH

HHOCHOH C O

Acilación, Alquilación y reaccionesgenerales de Grupos Hidroxilos de

Carbohidratos

Reactividad de Grupos Hidroxilos enCarbohidratos

acilaciónalquilación

Dan reacciones típicas de alcoholes. Tener encuenta que hay tres tipos de OH:*OH en C1 generado por el hemiacetal (muyreactivo frente a nucleófilos)*alcoholes secundarios (de C-2 a C-4 por ejemploen las hexosas)*alcohol primario (C-6 por ejemplo en hexosas)

Ejemplo: Acilación de α-D-glucopiranosa

O

OHOH

HOHO

HOCH2

+ CH3COCCH3

O O

5

O

O

CH3COCH2

O

CH3CO

O

CH3CO

O CH3CO

OOCCH3

piridina

(88%)

O

OAcOAc

OAcOAc

OAc

a-D-pentaacetilglucosa

HBr/AcOH

selectivo en C1

O

BrOAc

OAcOAc

OAc

a-D-1-bromo-tetraacetilglucosa

OOAc

OAc

OAc

H

H

O

ORH

H

OAcOAc

OAc

OH

H

OHOH

OH

OH

ROH

H3O

2-desoxi -D-glucosa

2-deso

Ejemplo: Alquilación de metil α-D-glucopiranosa

O

OCH3

OH

HOHO

HOCH2

+ 4CH3I

Ag2O, CH3OH

O

OCH3

CH3OCH3O

CH3OCH3OCH2

(97%)

Método clásico para determinación deltamaño del anillo

El tamaño del anillo (furanosa ó piranosa)hasido determinada usando la reacción dealquilación.

O

OCH3

OH

HOHO

HOCH2O

OCH3

CH3OCH3O

CH3OCH3OCH2

O

OCH3

CH3OCH3O

CH3OCH3OCH2

H2O

H+

(mezcla de α + β)

O

OHCH3O

CH3OCH3O

CH3OCH2

CH2OCH3

H OH

OCH3H

HCH3O

H OCH3

CH O

Este C tiene OH y no OCH3,por lo que ese es el O del anillo

Reacciones con grupos voluminosos

Con Cloruro de tritilo: (C6H5)3CCl

O

OH

OHOH

OH

OCH3(C6H5)3CCl

Py

O

OH

OHOH

OC(C6H5)3

OCH3

protección selectivaen OH primario

HBr conc. ó HAcó HCl (g) en CHCl3

Condensación con compuestos carbonílicos

1,2-dioles dan 1,3 dioxolano

1,3-dioles dan 1,3 dioxanos

O

O

O

O

1) Condensación con benzaldehído

O

OCH3OHHOHO

OH

C6H5CHO, ZnCl2

H3O+

O

OCH3OHHO

O

O

C6H5

H

4,6-O-benciliden-metil-a-D-glucósido

O

OH

OHOH

OH

OH

2 O

, CuSO4

H3O+

O

O

OO

OH

O

diacetónidoαααα −−−−D-galactosa

O

OH

OHOH

OH

OH

O

OH

OHOH

CH2OH

OH

, CuSO4

O

2 O

O

OHO

O

O

αααα−−−−D-glucofuranósido

2)Condensación con acetona

Oxidación de Carbohidratos conÁcido Periódico

La ruptura de un diol vecinal consume 1 mol deHIO4.

CC

HO OH

HIO4 C O O C+

También se escinden con HIO4:

La ruptura de compuestos α-hidroxicarbonílicos consume 1 mol de HIO4. Uno delos productos es un ácido carboxílico.

CRC

OH

HIO4 C O O C+

Compuestos α-Hidroxi carbonílicos

O R

HO

También se escinden con HIO4:

Se consumen 2 moles de HIO4 . Se forma 1mol de ácido fórmico.

HIO4 R2C O

R'2C O

+

Compuestos que contienen 3 C contiguos con grupos OH

HCOH

O

OH

R2C CH CR'2

OHHO

+

OHOCH2

HO

OH

OCH3

Determinación de estructura usando HIO4

Distingue entre las formas furanosa y piranosa de metil arabinosa

HO

HO

OOH

OCH3

2 OH vecinos;consume 1 mol of HIO4

3 OH vecinos;consume 2 mol of HIO4