Cukry, czyli sacharydy są związkami wielofunkcyjnymi, tzn. posiadającymi więcej niż jedną grupę funkcyjną. Oprócz wielu grup hydroksylowych mają grupę aldehydową (w przypadku aldozaldozaaldoz) lub karbonylową (takie cukry określa się mianem ketozketozaketoz).

Cukry proste (monosacharydymonosacharydmonosacharydy) stanowią jednostki budulcowe cukrów złożonych, łącząc się wiązaniami $\mathit{\text{O}}$-glikozydowymiwiązanie $\mathit{\text{O}}$-glikozydowewiązaniami $\mathit{\text{O}}$-glikozydowymi. Tworzące się wiązanie może blokować możliwość odtwarzania grupy karbonylowej, przez co uzyskany cukier złożony nie będzie wykazywał właściwości redukujących.

Cukry proste, ze względu na obecność grupy aldehydowej, dają pozytywny wynik prób:

• TrommeraPróba TrommeraTrommera (reakcja z $\text{Cu}{\left(\text{OH}\right)}_2$ na gorąco);

• TollensaPróba TollensaTollensa (reakcja lustra srebrnego: ${\text{AgNO}}_3+{\text{NH}}_{3\left(\text{aq}\right)}$, na gorąco);

Ketozy wykazują właściwości redukujące, ponieważ w warunkach reakcji ulegają przekształceniu do związków posiadających grupę aldehydową. Obecność tej grupy warunkuje właściwości redukujące. W środowisku zasadowym grupa ketonowa sąsiadująca z atomami węgla, które posiadają grupy hydroksylowe, ulega izomeryzacji do grupy aldehydowej, co przedstawiono na poniższym schemacie:

RwgKlN6f8ZIGG

Ilustracja przedstawiająca tautomerię na przykładzie D‑fruktozy. Cząsteczka D‑fruktozy w projekcji Fischera o strukturze zbudowanej z grupy ${\text{CH}}_2\text{OH}$ połączonej z długą, poprowadzoną w dół linią, która symbolizuje łańcuch węglowy i która jest zakończona również grupą ${\text{CH}}_2\text{OH}$. Linię tę od dołu przecinają trzy prostopadłe krótkie linie, od których odchodzą podstawniki dla kolejnych atomów węgla w łańcuchu. Od dołu po prawej stronie grupa $\text{OH}$, grupa $\text{OH}$ oraz atom wodoru. Po lewej stornie atom wodoru, atom wodoru i grupa $\text{OH}$. Powyżej pomiędzy pierwszym atomem węgla grupy ${\text{CH}}_2\text{OH}$ a linią przecinającą łańcuch, od wspomnianej linii poprowadzone są dwie prostopadłe linie w prawo symbolizujące wiązanie podwójne z atomem tlenu $\text{O}$. Strzałka w prawo, strzałka w lewo, nad strzałkami anion hydroksylowy, za strzałkami cząsteczka D‑glukozy o następującym wzorze Fischera, grupa $\text{CHO}$ połączona z pionową linią skierowaną do dołu, która symbolizuje łańcuch węglowy i na końcu łączy się z grupą ${\text{CH}}_2\text{OH}$. Wspomnianą linię przecinają cztery krótkie poziome, prostopadłe linie. Po prawej stronie linii od góry kolejno podstawniki, $\text{OH}$, $\text{H}$, $\text{OH}$ oraz $\text{OH}$. Po lewej stronie od góry podstawniki $\text{H}$, $\text{OH}$, $\text{H}$ oraz $\text{H}$.

Monosacharydy – zarówno aldozy, jak i ketozy mają właściwości redukujące.

Monosacharydy występują w formach pierścieniowych, różniących się konfiguracją karbonylowego atomu węgla, pomiędzy którymi ustala się stan równowagi dynamicznej. Te formy noszą nazwę anomerówanomeryanomerów.

Przejście pomiędzy anomerami zachodzi poprzez formę łańcuchową.

Wszystkie naturalne cukry posiadają konfigurację względną $\text{D}$. We wzorze Fischera grupa $-\text{OH}$ przy „ostatnim“ (o najwyższym numerze) asymetrycznym atomie węgla jest położona po prawej.

RVmEuIpnHt3Uw

Ilustracja przedstawiająca trzy cząsteczki cukrów przedstawione w formie łańcuchowej za pomocą wzorów Fischera. Są to cukry proste o względnej konfiguracji $\text{D}$, to jest narysowane w projekcji Fischera wszystkie posiadają po prawej stronie przy przedostatnim węglu grupę $\text{OH}$. Cząsteczka D‑glukozy o następującym wzorze Fischera, grupa $\text{CHO}$ połączona z pionową linią skierowaną do dołu, która symbolizuje łańcuch węglowy i na końcu łączy się z grupą ${\text{CH}}_2\text{OH}$. Wspomnianą linię przecinają cztery krótkie poziome, prostopadłe linie. Po prawej stronie linii od góry kolejno podstawniki: $\text{OH}$, $\text{H}$, $\text{OH}$ oraz $\text{OH}$. Po lewej stronie od góry podstawniki $\text{H}$, $\text{OH}$, $\text{H}$ oraz $\text{H}$. Cząsteczka D‑galaktozy o następującym wzorze Fischera: grupa $\text{CHO}$ połączona z pionową linią skierowaną do dołu, która symbolizuje łańcuch węglowy i na końcu łączy się z grupą ${\text{CH}}_2\text{OH}$. Wspomnianą linię przecinają cztery krótkie poziome, prostopadłe linie. Po prawej stronie linii od góry kolejno podstawniki, $\text{OH}$, $\text{H}$, $\text{H}$ oraz $\text{OH}$. Po lewej stronie od góry podstawniki $\text{H}$, $\text{OH}$, $\text{OH}$ oraz $\text{H}$. Cząsteczka D‑fruktozy w projekcji Fischera o strukturze zbudowanej z grupy ${\text{CH}}_2\text{OH}$ połączonej z długą, poprowadzoną w dół linią, która symbolizuje łańcuch węglowy i która jest zakończona również grupą ${\text{CH}}_2\text{OH}$. Linię tę od dołu przecinają trzy prostopadłe krótkie linie, od których odchodzą podstawniki dla kolejnych atomów węgla w łańcuchu. Od dołu po prawej stronie grupa $\text{OH}$, grupa $\text{OH}$ oraz atom wodoru. Po lewej stornie atom wodoru, atom wodoru i grupa $\text{OH}$. Powyżej pomiędzy pierwszym atomem węgla grupy ${\text{CH}}_2\text{OH}$ a linią przecinającą łańcuch, od wspomnianej linii poprowadzone są dwie prostopadłe linie w prawo symbolizujące wiązanie podwójne z atomem tlenu O.

Cukry proste występują w postaci pierścieniowej. Pierścień tworzy się wskutek addycji grupy $-\text{OH}$ do karbonylowego atomu węgla (anomerycznego atomu węglaanomeryczny atom węglaanomerycznego atomu węgla). Jest to reakcja addycji nukleofilowej.

R1VcB1eVJCsfN

Ilustracja przedstawiająca mechanizm zamykania pierścienia na przykładzie cząsteczki glukozy. Po lewej stronie znajduje się forma łańcuchowa narysowana za pomocą wzoru Fischera, zaś po prawej cząsteczka w formie łańcuchowej, jednakże zrotowana w ten sposób, by móc zamknąć sześcioczłonowy pierścień, zgodnie z projekcją Hawortha. Po lewej, cząsteczka D‑glukozy o następującym wzorze Fischera, grupa $\text{CHO}$ połączona z pionową linią skierowaną do dołu, która symbolizuje łańcuch węglowy i na końcu łączy się z grupą ${\text{CH}}_2\text{OH}$. Wspomnianą linię przecinają cztery krótkie poziome, prostopadłe linie. Po prawej stronie linii od góry kolejno podstawniki: $\text{OH}$, $\text{H}$, $\text{OH}$ oraz $\text{OH}$. Po lewej stronie od góry podstawniki $\text{H}$, $\text{OH}$, $\text{H}$ oraz $\text{H}$.

Podstawniki, które leżą po lewej stronie w formie łańcuchowej, będą u góry w formie pierścieniowej.

W wyniku addycji grupy $-\text{OH}$ na karbonylowy atom węgla są możliwe dwa produkty różniące się konfiguracją przy tym atomie. Są to anomery.

RVr8mPwLuOF8i

Ilustracja przedstawiająca anomery glukozy - alfa oraz beta. We wzorze glukozy alfa i beta zaznaczono grupy hydroksylowe wraz z anomerycznymi atomami węgla. W glukozie w formie alfa grupa $\text{OH}$ odchodzi do dołu od pierwszego atomu węgla, w formie beta do góry. Struktura alfa‑D-glukopiranozy zbudowana jest z sześcioczłonowego pierścienia składającego się z pięciu atomów węgla oraz z jednego atomu tlenu. Numeracja atomów węgla jest zgodna z ruchem wskazówek zegara. Przy atomach węgla C 1, C 2 oraz C 4 znajdują się grupy hydroksylowe $\text{OH}$ wychodzące za płaszczyznę, zaś atomy wodoru przed. Przy węglu C 3 grupa hydroksylowa wychodzi przed płaszczyznę, zaś atom wodoru za. Węgiel C 5 podstawiony jest grupą ${\text{CH}}_2\text{OH}$ wychodzącą przed płaszczyznę oraz atomem wodoru znajdującym się za płaszczyzną. W przypadku anomeru beta glukozy grupa hydroksylowa $\text{OH}$ znajduje się przed płaszczyzną, pozostałe podstawniki zlokalizowane są analogicznie jak w przypadku opisanego już anomeru alfa.

Nazewnictwo formy pierścieniowej uwzględnia:

• wielkość pierścienia: pięcioczłonowy (furanoza), sześcioczłonowy (piranoza);

• anomer – grupa $-\text{OH}$ przy anomerycznym atomie węgla w górę ($\alpha$), w dół ($\beta$).

RMEI204DM0KuE

Ilustracja przedstawiająca formę łańcuchową oraz pierścieniową D‑galaktozy. Forma łańcuchowa cząsteczki D‑galaktozy w projekcji Fischera zbudowana jest z grupy $\text{CHO}$ połączonej z pionową linią skierowaną do dołu, która symbolizuje łańcuch węglowy i na końcu łączy się z grupą ${\text{CH}}_2\text{OH}$. Wspomnianą linię przecinają cztery krótkie poziome, prostopadłe linie. Po prawej stronie linii od góry kolejno podstawniki, $\text{OH}$, $\text{H}$, $\text{H}$ oraz $\text{OH}$. Po lewej stronie od góry podstawniki $\text{H}$, $\text{OH}$, $\text{OH}$ oraz $\text{H}$. W przypadku formy cyklicznej strukturę beta‑D-galaktopiranozy stanowi sześcioczłonowy pierścień, w którym pierwszy lokant stanowi atom węgla C 1 związany z atomem tlenu wbudowanym w tenże pierścień. Węgiel C 5 zamyka pierścień i łączy się ze wspomnianym atomem tlenu oraz węglem C 6, niewbudowanym w pierścień. Numeracja atomów węgla jest zgodna z ruchem wskazówek zegara. Od węgla C 1, C 3 oraz C 4 grupy hydroksylowe odchodzą do góry, a do dołu atomy wodoru. Od węgla C 2 odchodzi grupa hydroksylowa odchodzi do dołu, a atom wodoru do góry. Od węgla C 5 odchodzi do góry wiązanie łączące go z węglem C 6, który należy do grupy ${\text{CH}}_2\text{OH}$.

RqPecBeYz4N77

Ilustracja przedstawiająca formę łańcuchową oraz pierścieniową D‑fruktozy. Forma łańcuchowa cząsteczki D‑fruktozy w projekcji Fischera zbudowana jest z grupy ${\text{CH}}_2\text{OH}$ połączonej z długą, poprowadzoną w dół linią, która symbolizuje łańcuch węglowy i która jest zakończona również grupą ${\text{CH}}_2\text{OH}$. Linię tę od dołu przecinają trzy prostopadłe krótkie linie, od których odchodzą podstawniki dla kolejnych atomów węgla w łańcuchu. Od dołu po prawej stronie grupa $\text{OH}$, grupa $\text{OH}$ oraz atom wodoru. Po lewej stornie atom wodoru, atom wodoru i grupa $\text{OH}$. Powyżej pomiędzy pierwszym atomem węgla grupy ${\text{CH}}_2\text{OH}$ a linią przecinającą łańcuch, od wspomnianej linii poprowadzone są dwie prostopadłe linie w prawo symbolizujące wiązanie podwójne z atomem tlenu O, które łączy go z atomem węgla C dwa. Przy pierscieniowej formie numeracja atomów węgla zgodna z ruchem wskazówek zegara. Po prawej stronie wzór formy cyklicznej alfa‑D-fruktofuranozy zbudowanej z pięcioczłonowego pierścienia, który stanowi węgiel $\text{C}1$ należący do grupy ${\text{CH}}_2$ podstawiony jest on grupą hydroksylową $\text{OH}$ i łączy się z budującym pierścień atomem węgla $\text{C}2$, który związany jest grupą hydroksylową odchodzącą do dołu, za płaszczyznę. Od węgla $\text{C}3$ do góry przed płaszczyznę odchodzi grupa hydroksylowa $\text{OH}$, z kolei od węgla $\text{C}4$ za płaszczyznę odchodzi grupa hydroksylowa $\text{OH}$. Węgiel $\text{C}5$ łączy się z atomem tlenu, który to łączy się z atomem węgla $\text{C}2$, co zamyka pięcioczłonowy pierścień. Ponadto od węgla $\text{C}5$ odchodzi do góry grupa ${\text{CH}}_2\text{OH}$.

Monosacharydy występują głównie w postaci pierścieniowej, która nie posiada grupy aldehydowej. Ze względu na równowagę pomiędzy obydwoma anomerami, w układzie znajduje się niewielka ilość formy łańcuchowej, reagująca w próbie Tollensa i Trommera.

W produkcie kondensacji dwóch monosacharydów zawsze występuje wiązanie
$O$-glikozydowe. W poniższym przykładzie kondensacji dwóch cząsteczek
$\text{D}$-glukopiranozy powstaje wiązanie $\alpha$-$1$,$4$-$O$-glukozydowe.

Powstały w reakcji cukier (maltoza) może ulegać mutarotacjimutarotacjamutarotacji.

Przy kondensacji dwóch jednostek glukopiranozowych może się także utworzyć wiązanie $\beta$-$1$,$4$-$O$-glikozydowe. Zarówno maltoza, jak i celobioza ($4$-$O$-$\beta$-$\text{D}$-glukopiranozylo)-$\text{D}$-glukopiranoza) są zbudowane z takich samych jednostek monosacharydowych: $\text{D}$-glukozy.

Maltoza, celobioza i laktoza ($4$-$O$-($\beta$-$\text{D}$-galaktopiranozylo)-$\text{D}$-glukopiranoza) posiadają jeden anomeryczny atom węgla, który nie uczestniczy w wiązaniu $O$-glikozydowym. W związku z tym istnieje równowaga pomiędzy dwoma formami anomerycznymi, zachodząca przez formę z grupą aldehydową. Te disacharydydisacharyddisacharydy mogą ulegać mutarotacji oraz wykazywać właściwości redukujące.

RhcOrlixrZXdI

Ilustracja przedstawiająca równowagę anomer alfa laktozy w postaci dwóch pierścieni oraz po otwarciu jednego z nich. Alfa‑laktoza, czyli alfa‑4-O-(beta‑D-galaktopiranozylo)-alfa‑D-glukopiranoza jest dwucukrem zbudowanym z dwóch cząsteczek - D‑galaktozy oraz D‑glukozy, które łączy wiązanie beta-$1$,$4$-O-glikozydowe. Strukturę stanowi sześcioczłonowy pierścień galaktozy, w którym pierwszy lokant stanowi atom węgla C 1 związany z atomem tlenu wbudowanym w tenże pierścień. Węgiel C 5 zamyka pierścień i łączy się ze wspomnianym atomem tlenu oraz węglem C 6, niewbudowanym w pierścień. Numeracja atomów węgla jest zgodna z ruchem wskazówek zegara. Od węgla C 1 odchodzi w górę wiązanie łączące go z atomem tlenu, który to łączy się z węglem C 4 drugiego pierścienia D‑glukozy. Od węgli C 2 odchodzi w dół grupa hydroksylowa, zaś od węgli C 3 oraz C 4 grupy hydroksylowe odchodzą do góry. Od węgla C 5 odchodzi do góry wiązanie łączące go z węglem C 6, który to jest związany z grupą hydroksylową. Drugi pierścień stanowi cząsteczka D‑glukozy, którą buduje sześcioczłonowy pierścień utworzony przez atomy węgla C 1, C 2, C 3, C 4 oraz C 5, a także atom tlenu połączony z węglami o lokancie pierwszym i piątym. Od węgli C 1 oraz C 2 odchodzą w dół grupy hydroksylowe, od węgla C 3 grupa hydroksylowa odchodzi w górę. Węgiel C 4 łączy się w dół z atomem tlenu łączącym go z węglem C 1 pierwszego pierścienia. Od węgla C 5 do góry odchodzi grupa ${\text{CH}}_2\text{OH}$. Poniżej znajduje się cząsteczka, w której nastąpiło otworzenie drugiego pierścienia, czyli D‑glukozy, pierwszy pierścień nie uległ żadnemu przekształceniu i ma taką samą postać, jak zostało to uprzednio opisane. Po otwarciu glukoza ma postać łańcuchową i łączy się z pierwszym pierścieniem. Formę łańcuchową stanowi atom węgla C 1 w grupie aldehydowej $\text{CHO}$ połączonej z atomem C 2, od którego do dołu odchodzi grupa hydroksylowa. Atom C 2 łączy się z atomem C 3, od którego do góry odchodzi grupa $\text{OH}$. Od atomu C 4 w dół odchodzi atom tlenu łączący go z pierwszym pierścieniem, a od węgla C 5 do góry odchodzi grupa ${\text{CH}}_2\text{OH}$ oraz grupa hydroksylowa $\text{CHO}$.

Wiązanie jest tworzone pomiędzy atomem węgla z pierwszej cząsteczki monosacharydu przez atom tlenu do atomu węgla z drugiej cząsteczki monosacharydu. Określamy te wiązania, podając lokanty atomów węgla, które są nim połączone.

Sacharoza ($1$-$O$-($\beta$-$\text{D}$-fruktofuranozylo)-$\alpha$-$\text{D}$-glukopiranozyd) nie posiada właściwości redukujących, ponieważ obydwa anomeryczne atomy węgla uczestniczą w wiązaniu $O$-glikozydowym. Nie jest więc możliwe odtworzenie grupy aldehydowej na żadnym z tych atomów.

Wiązanie $1$,$2$-$O$-glikozydowe, występujące w cząsteczkach sacharozy, blokuje atomy anomeryczne obydwu podjednostek.

Słownik

anomery

anomery

para diastereoizomerów, które różnią się konfiguracją na anomerycznym atomie węgla

R1MjhbPuoArmk

Ilustracja przedstawiająca anomery glukozy - alfa oraz beta, w projekcji Hawortha. We wzorze glukozy alfa i beta zaznaczono grupy hydroksylowe wraz z anomerycznymi atomami węgla. W glukozie w formie alfa grupa $\text{OH}$ odchodzi do dołu od pierwszego atomu węgla, w formie beta do góry. Struktura alfa‑D-glukopiranozy zbudowana jest z sześcioczłonowego pierścienia składającego się z pięciu atomów węgla oraz z jednego atomu tlenu. Numeracja atomów węgla jest zgodna z ruchem wskazówek zegara. Przy atomach węgla C 1, C 2 oraz C 4 znajdują się grupy hydroksylowe $\text{OH}$ wychodzące za płaszczyznę, zaś atomy wodoru przed. Przy węglu C 3 grupa hydroksylowa wychodzi przed płaszczyznę, zaś atom wodoru za. Węgiel C 5 podstawiony jest grupą ${\text{CH}}_2\text{OH}$ wychodzącą przed płaszczyznę oraz atomem wodoru znajdującym się za płaszczyzną. W przypadku anomeru beta glukozy grupa hydroksylowa $\text{OH}$ znajduje się przed płaszczyzną, pozostałe podstawniki zlokalizowane są analogicznie jak w przypadku opisanego już anomeru alfa.

mutarotacja

mutarotacja

ustalanie stanu równowagi dynamicznej w roztworze cukru pomiędzy dwoma anomerami, zachodząca poprzez formę łańcuchową

R1RNN7VvvFLFt

Ilustracja przedstawiająca możliwe formy monosacharydów na przykładzie glukozy. Anomer alfa i beta przedstawiono za pomocą wzorów taflowych, a formę łańcuchową w projekcji Fischera. Pomiędzy poszczególnymi formami ustala się równowaga, co symbolizują strzałki równowagowe pomiędzy nimi. Na środku znajduje się forma łańcuchowa w projekcji Fischera składająca się z sześciu atomów węgla, z których pierwszy należy do grupy $\text{CHO}$ połączonej z pionową linią skierowaną do dołu, która symbolizuje łańcuch węglowy i na końcu łączy się z grupą ${\text{CH}}_2\text{OH}$. Wspomnianą linię przecinają cztery krótkie poziome, prostopadłe linie, a ich punkty przecięcia odpowiadają atomom węgla. Po prawej stronie linii od góry kolejno podstawniki, $\text{OH}$, $\text{H}$, $\text{OH}$ oraz $\text{OH}$. Po lewej stronie od góry podstawniki $\text{H}$, $\text{OH}$, $\text{H}$ oraz $\text{H}$. Po lewej stronie strzałki równowagowe. Za strzałkami anomer alfa glukozy, to jest forma cykliczna, w której zaznaczono anomeryczny atom węgla C jeden. Struktura alfa‑D-glukopiranozy zbudowana jest z sześcioczłonowego pierścienia składającego się z pięciu atomów węgla oraz z jednego atomu tlenu. Numeracja atomów węgla jest zgodna z ruchem wskazówek zegara. Przy atomach węgla C 1, C 2 oraz C 4 znajdują się grupy hydroksylowe $\text{OH}$ wychodzące za płaszczyznę, zaś atomy wodoru przed. Przy węglu C 3 grupa hydroksylowa wychodzi przed płaszczyznę, zaś atom wodoru za. Węgiel C 5 podstawiony jest grupą ${\text{CH}}_2\text{OH}$ wychodzącą przed płaszczyznę oraz atomem wodoru znajdującym się za płaszczyzną. Po prawej stronie formy łańcuchowej również znajdują się strzałki równowagowe. Za strzałkami anomer beta, w którym podobnie, jak w przypadku alfa brak jest grupy aldehydowej. Jest to forma cykliczna glukozy, w której zaznaczono ponownie anomeryczny atom węgla C jeden. W przypadku anomeru beta glukozy grupa hydroksylowa $\text{OH}$ przy anomerycznym atomie węgla znajduje się przed płaszczyzną, pozostałe podstawniki zlokalizowane są analogicznie jak w przypadku opisanego już anomeru alfa.

hemiacetal

hemiacetal

produkt addycji nukleofilowej grupy $-\text{OH}$ do atomu węgla grupy aldehydowej; w powstającym ugrupowaniu ${\text{R}}_1—\text{O}—\text{HC}\left(\text{OH}\right){\text{R}}_2$ karbonylowy atom węgla zmienia hybrydyzację z $s{p}^2$ na $s{p}^3$, posiadając atom wodoru i grupę hydroksylową. Tworzy tym samym dwa wiązania do dalszych fragmentów cząsteczki: jedno przez węgiel, drugie przez tlen; przykładem hemiacetali są pierścieniowe formy aldoz

Rk5cUsIoGSHMz

Ilustracja przedstawia wzory glukozy w formie pierścieniowej i łańcuchowej, przy czym forma łańcuchowa znajduje się w konformacji, umożliwiającej powstanie ugrupowania hemiacetalowego. Po lewej stronie forma łańcuchowa, opisana zgodnie z ruchem wskazówek zegara. Grupa aldehydowa, w której atom węgla łączy się z atomem wodoru wiązaniem pojedynczym oraz z atomem tlenu za pomocą wiązania podwójnego, jest zaznaczona na czerwono. Odchodzi od niej wiązanie w płaszczyźnie łączące ją z atomem węgla C 2, który wiąże się z atomem C 3, C 3 z C 4, który to związany jest z atomem węgla C pięć. Od atomów C 2 oraz C 4 grupy hydroksylowe odchodzą za płaszczyznę, zaś atomy wodoru przed. Z kolei od atomu C 3 grupa hydroksylowa znajduje się przed płaszczyzną, a atom wodoru za. Węgiel C 5 łączy się z odchodzącą przed płaszczyznę grupą ${\text{CH}}_2\text{OH}$, atomem wodoru znajdującym się za płaszczyzną oraz zaznaczoną na czerwono grupą hydroksylową w płaszczyźnie, która to skierowana jest do grupy aldehydowej wspomnianej na początku. Zatem obie grupy biorą udział w tworzeniu hemiacetalu. Po prawej stronie znajduje się cząsteczka w formie cyklicznej, tutaj jest to struktura alfa‑D-glukopiranozy zbudowana z sześcioczłonowego pierścienia składającego się z pięciu atomów węgla oraz z jednego atomu tlenu. Numeracja atomów węgla jest zgodna z ruchem wskazówek zegara. Przy atomach węgla C 1, C 2 oraz C 4 znajdują się grupy hydroksylowe $\text{OH}$ wychodzące za płaszczyznę, zaś atomy wodoru przed. Przy węglu C 3 grupa hydroksylowa wychodzi przed płaszczyznę, zaś atom wodoru za. Węgiel C 5 podstawiony jest grupą ${\text{CH}}_2\text{OH}$ wychodzącą przed płaszczyznę oraz atomem wodoru znajdującym się za płaszczyzną. Na czerwono zaznaczono atomy uczestniczące w ugrupowaniu hemiacetalowym, to znaczy atom tlenu budujący pierścień wraz z odchodzącymi od niego wiązaniami oraz atom C 1 wraz z podstawnikami, to jest grupą $\text{OH}$ i atomem wodoru, a także odchodzącymi od niego wiązaniami.

hemiketal

hemiketal

produkt addycji nukleofilowej grupy $-\text{OH}$ do atomu węgla grupy ketonowej; w powstającym ugrupowaniu ${\text{R}}_1—\text{O}—\text{C}\left(\text{OH}\right)\left({\text{R}}_2\right){\text{R}}_3$ karbonylowy atom węgla zmienia hybrydyzację z $s{p}^2$ na $s{p}^3$, posiadając grupę hydroksylową. Tworzy tym samym trzy wiązania do dalszych fragmentów cząsteczki: dwa przez węgiel i jedno przez tlen; przykładem hemiketali są pierścieniowe formy ketoz

R1EYhATPM8gnP

Ilustracja przedstawia wzory fruktozy w formie pierścieniowej i łańcuchowej, przy czym forma łańcuchowa znajduje się w konformacji, umożliwiającej powstanie ugrupowania hemiketalowego. Po lewej stronie forma łańcuchowa, opisana zgodnie z ruchem wskazówek zegara. Grupa hydroksylowa łączy się z grupą ${\text{CH}}_2$, która to związana jest z atomem węgla połączonym za pomocą wiązania podwójnego z atomem tlenu oraz za pomocą wiązania pojedynczego z atomem węgla C 3, ten związany jest z atomem C 4, C 4 z C 5, a C 5 z C 6. Od węgla C 3 grupa hydroksylowa odchodzi przed płaszczyznę, a atom wodoru za, z kolei od węgla C 4 atom wodoru znajduje się przed płaszczyzną, a grupa hydroksylowa za. Przy atomie węgla C 5 znajduje się odchodząca do góry grupa ${\text{CH}}_2\text{OH}$, atom wodoru do dołu, a także znajdująca się w płaszczyźnie i zaznaczona na czerwono grupa hydroksylowa. Jest ona skierowana do początku łańcucha, to jest do węgla C 1 grupy metylenowej ora C 2 grupy karbonylowej, które to zaznaczone są również na czerwono, ponieważ uczestniczą w tworzeniu hemiketalu. Po prawej stronie znajduje się wzór beta‑D-fruktofuranozy zbudowanej z pięcioczłonowego pierścienia, który stanowi węgiel $\text{C}1$ należący do grupy ${\text{CH}}_2$ podstawiony jest on grupą hydroksylową $\text{OH}$ i łączy się z budującym pierścień atomem węgla $\text{C}2$, który związany jest grupą hydroksylową odchodzącą do góry, przed płaszczyznę. Od węgla $\text{C}3$ do góry przed płaszczyznę odchodzi grupa hydroksylowa $\text{OH}$, z kolei od węgla $\text{C}4$ za płaszczyznę odchodzi grupa hydroksylowa $\text{OH}$. Węgiel $\text{C}5$ łączy się z atomem tlenu, który to łączy się z atomem węgla $\text{C}2$, co zamyka pięcioczłonowy pierścień. Ponadto od węgla $\text{C}5$ odchodzi do góry grupa ${\text{CH}}_2\text{OH}$. Ponownie na czerwono zaznaczono atom tlenu wbudowany w pierścień wraz z odchodzącymi od niego wiązaniami, a także grupą metylenową z węglem C 1 oraz atom węgla C 2 z podstawnikiem hydroksylowym i odchodzącymi od niego wiązaniami.

acetal

acetal

produkt reakcji hemiacetalu ${\text{R}}_1—\text{O}—\text{HC}\left(\text{OH}\right){\text{R}}_2$ z grupą hydroksylową związku ${\text{R}}_3—\text{OH}$, zachodzącej wg mechanizmu substytycji nukleofilowej; przykładem związku, posiadającego ugrupowanie acetalowe o wzorze ogólnym ${\text{R}}_1—\text{O}—\text{HC}\left({\text{OR}}_3\right){\text{R}}_2$, jest dowolny cukier złożony, który ma wiązanie $\mathit{\text{O}}$-glikozydowe utworzone z udziałem aldozy

RzJmy502T5Bsd

Ilustracja przedstawia wzory pierścieniowe dwóch monocukrów - cząsteczek beta‑D-glukozy oraz powstałego z nich dwucukru - celobiozy. Struktura beta‑D-glukopiranozy zbudowana jest z sześcioczłonowego pierścienia składającego się z pięciu atomów węgla oraz z jednego atomu tlenu. Numeracja atomów w pierścieniu zgodna z ruchem wskazówek zegara. Przy atomach węgla C 2 oraz C 4 znajdują się grupy hydroksylowe $\text{OH}$ wychodzą za płaszczyznę, zaś atomy wodoru przed. Przy węglach C 1 oraz C 3 grupy hydroksylowe wychodzą przed płaszczyznę, zaś atom wodoru za. Węgiel C 5 podstawiony jest grupą ${\text{CH}}_2\text{OH}$ wychodzącą przed płaszczyznę oraz atomem wodoru znajdującym się za płaszczyzną. W cząsteczce zaznaczono na czerwono grupę hydroksylową przy atomie węgla C cztery. Po lewej stronie po skosie poniżej znajduje się analogiczny wzór, drugiej cząsteczki glukozy o analogicznej strukturze, z zaznaczonymi na czerwono atomem węgla C 1 wraz ze związanymi z nim podstawnikami, wiązaniem C 1 C 2, oraz atomem tlenu wbudowanym w pierścień. Zaznaczone grupy uczestniczą w tworzeniu acetalu. Obok znajduje się wzór cząsteczki celobiozy, to jest 4‑O-(beta‑D-glukopiranozylo)-D‑glukopiranozy powstałej z dwóch cząsteczek beta‑D-glukopiranozy połączonych wiązaniem $\mathit{\text{O}}$‑glikozydowym. Celobioza jest dwucukrem zbudowanym z dwóch sześcioczłonowych pierścieni, to jest z dwóch reszt D‑glukozy połączonych wiązaniem wiązanie beta-$1$,$4$-O-glikozydowym. Strukturę stanowi sześcioczłonowy pierścień glukozy, w którym pierwszy lokant stanowi atom węgla C 1 związany z atomem tlenu wbudowanym w tenże pierścień. Węgiel C 5 zamyka pierścień i łączy się ze wspomnianym atomem tlenu oraz węglem C 6, niewbudowanym w pierścień. Od węgla C 1 odchodzi w górę wiązanie łączące go z atomem tlenu, który to łączy się z węglem C 4 drugiego pierścienia D‑glukozy. Od węgli C 2 oraz C 4 odchodzą do dołu grupy hydroksylowe O H, zaś do góry od grupy C 3, grupa hydroksylowa odchodzi również od węgla C sześć. Drugi pierścień stanowi również cząsteczka D‑glukozy, którą tworzy sześcioczłonowy pierścień składający się z atomów węgla C 1, C 2, C 3, C 4 oraz C 5, a także atomu tlenu połączonego z węglami o lokancie pierwszym i piątym. Od węgli C 1 oraz C 3 grupy hydroksylowe odchodzą do góry, od węgla C 2 grupa hydroksylowa odchodzi do dołu. Węgiel C 5 łączy się w górę z grupą ${\text{CH}}_2\text{OH}$. Na czerwono zaznaczono atomy uczestniczące w ugrupowaniu acetalowym. Zaznaczono atom tlenu oraz wiązania łączące pierścienie. W pierścieniu, którego atom C 1 łączy się za pomocą wiązania O‑glikozydowego z drugim pierścieniem, zaznaczono również atom tlenu budujący pierścień wraz z odchodzącymi od niego wiązaniami oraz atom C 1 wraz odchodzącymi od niego wiązaniami i związanym z nim atomem wodoru.

ketal

ketal

produkt reakcji hemiketalu ${\text{R}}_1—\text{O}—\text{C}\left(\text{OH}\right)\left({\text{R}}_2\right){\text{R}}_3$ z grupą hydroksylową związku ${\text{R}}_4—\text{OH}$, zachodzącej wg mechanizmu substytycji nukleofilowej; przykładem związku posiadającego ugrupowanie ketalowe, o wzorze ogólnym ${\text{R}}_1—\text{O}—\text{C}\left({\text{OR}}_4\right)\left({\text{R}}_2\right){\text{R}}_3$, jest dowolny cukier złożony, który ma wiązanie $O$-glikozydowe utworzone z udziałem ketozy

RUgrpc7ozhnn6

Ilustracja przedstawia wzory pierścieniowe dwóch monosacharydów glukozy i fruktozy oraz utworzonego przez nie dwucukru - sacharozy. Struktura alfa‑D-glukopiranozy zbudowana jest z sześcioczłonowego pierścienia składającego się z pięciu atomów węgla oraz z jednego atomu tlenu. Numeracja zgodna z ruchem wskazówek zegara, poczynając od węgla związanego z atomem tlenu. Przy atomach węgla C 1, C 2 oraz C 4 znajdują się grupy hydroksylowe $\text{OH}$ wychodzące za płaszczyznę, zaś atomy wodoru przed. Przy węglu C 3 grupa hydroksylowa wychodzi przed płaszczyznę, zaś atom wodoru za. Węgiel C 5 podstawiony jest grupą ${\text{CH}}_2\text{OH}$ wychodzącą przed płaszczyznę oraz atomem wodoru znajdującym się za płaszczyzną. Czerwonym kolorem zaznaczono grupę hydroksylową przy anomerycznym atomie węgla. Poniżej wzór beta‑D-fruktofuranozy zbudowanej z pięcioczłonowego pierścienia, który stanowi węgiel $\text{C}1$ należący do grupy ${\text{CH}}_2$ podstawiony jest on grupą hydroksylową $\text{OH}$ i łączy się z budującym pierścień atomem węgla $\text{C}2$, który związany jest grupą hydroksylową odchodzącą do góry, przed płaszczyznę. Od węgla $\text{C}3$ do góry przed płaszczyznę odchodzi grupa hydroksylowa $\text{OH}$, z kolei od węgla $\text{C}4$ za płaszczyznę odchodzi grupa hydroksylowa $\text{OH}$. Węgiel $\text{C}4$ łączy się z atomem tlenu, który to łączy się z atomem węgla $\text{C}2$, co zamyka pięcioczłonowy pierścień. Ponadto od węgla $\text{C}5$ odchodzi do góry grupa ${\text{CH}}_2\text{OH}$. Na czerwono zaznaczono węgiel C 2 związane z nim podstawniki ${\text{CH}}_2\text{OH}$ oraz $\text{OH}$, a także atom tlenu budujący pięcioczłonowy pierścień i wiązanie łączące go z węglem C pięć. Fragmenty struktur zaznaczone na czerwono to grupy uczestniczące w tworzeniu ketalu. Obok znajduje się cząsteczka sacharozy powstała w wyniku połączenia cząsteczki alfa‑D-glukopiranozy z beta‑D-fruktofuranozą za pomocą wiązania $\alpha$,$\beta$-$1,2$-$\mathit{\text{O}}$-glikozydowego. Strukturę stanowią dwa związane ze sobą pierścienie, pierwszy sześcioczłonowy pierścień, w którym pierwszy lokant to atom węgla $\text{C}1$ związany z atomem tlenu wbudowanym w tenże pierścień. Węgiel $\text{C}5$ zamyka pierścień i łączy się ze wspomnianym atomem tlenu oraz węglem $\text{C}6$, niewbudowanym w pierścień. Od węgla $\text{C}1$ odchodzi wiązanie łączące go z atomem tlenu, który to łączy się z węglem $\text{C}2$ pierścienia $\text{D}$-fruktozy. Od węgli $\text{C}2$ oraz $\text{C}4$ odchodzą do dołu, za płaszczyznę grupy hydroksylowe $\text{OH}$, zaś do góry od atomu węgla $\text{C}3$. Grupa hydroksylowa odchodzi również od węgla $\text{C}6$ niewbudowanego w tenże pierścień. Drugi pięcioczłonowy pierścień stanowi $\text{D}$-fruktoza, w której węgiel $\text{C}1$ należący do grupy ${\text{CH}}_2$ podstawiony jest grupą hydroksylową $\text{OH}$ i łączy się z atomem węgla $\text{C}2$, który związany jest z atomem tlenu łączącym pierścień $\text{D}$-fruktozy z pierścieniem $\text{D}$-glukozy. Od węgla $\text{C}3$ przed płaszczyznę odchodzi grupa hydroksylowa $\text{OH}$, z kolei od węgla $\text{C}4$ za płaszczyznę. Węgiel $\text{C}4$ łączy się z atomem tlenu, który to łączy się z atomem węgla $\text{C}2$, co zamyka pięcioczłonowy pierścień. Ponadto od węgla $\text{C}4$ odchodzi do góry grupa ${\text{CH}}_2\text{OH}$. Na czerwono zaznaczono atomy uczestniczące w ugrupowaniu ketalowym, to znaczy atom tlenu łączący pierścienie oraz atomy pochodzące od fruktozy, atom węgla C 2,atom C 1 grupy metylenowej, atom tlenu budujący pięcioczłonowy pierścień wraz z łączącymi je wiązaniami.

Bibliografia

Morrison R. T., Boyd R. N., Chemia organiczna, Warszawa 1985.