Стереоизомерия моносахаридов

В состав молекул моносахаридов входит несколько асимметрических атомов углерода. Вследствие этого для моносахаридов характерно большое число стереоизомеров. Стереоизомерия, или, как ее еще называют, пространственная изомерия, делится на геометрическую и оптическую изомерию. Первая связана с существованием цис – и транс – изомеров.

Явление оптической изомерии связано с тем, что некоторые вещества способны изменять плоскость поляризации проходящего через них поляризованного света. Такая способность объясняется несимметричным строением молекул. Несимметричность молекул моносахаридов как раз и связана с наличием асимметрических химических групп. Такие группы содержат одинаковые атомы, но расположение этих атомов таково, что группы не имеют никаких элементов симметрии. Группы атомов углеводов обладают свойством асимметричности в том случае, если к атому углерода присоединены 4 различных атома или группы. Такие две группы отличаются одна от другой так, как отличается предмет от своего зеркального отражения (рис. 1.2). Вследствие этого такой вид изомерии получил еще название «зеркальной изомерии», а молекулы, отличающиеся друг от друга, как предмет от своего зеркального отражения, назвали хиральными (от гр. хейр – рука) поскольку таким же образом соотносятся друг с другом две ладони. Для обозначения вращений плоскости света используют знаки (+) и (–), а для информирования об относительном пространственном положении групп у асимметрического атома используют обозначения D и L. При этом буквы D и L указывают на конфигурацию групп относительно асимметрического центра, наиболее удаленного от карбонильной группы молекулы. Для гексоз таким атомом является углерод С₅.

Рис. 1.2. Несовместимость оптических изомеров

Как уже говорилось, в состав моносахаридов входит несколько асимметрических атомов углерода. Так, альдоза, находящаяся в открытой форме, имеет 4 таких атома: со второго по пятый. Вследствие этого число возможных изомеров для нее равно 4², т.е. 16. Среди этого количества изомеров будет 8 пар антиподов D- и L- ряда. Так, природной D-глюкозе соответствует синтетически полученный антипод L-глюкоза.

В случае циклической формы молекулы моносахарида число стереоизомеров вырастает еще вдвое. Дело в том, что замыкание молекулы в цикл приводит к появлению еще одного асимметрического атома углерода. Этот атом углерода получил название аномерного. Таким образом, молекула глюкозы имеет 32 стереоизомера!

Легко запомнить, что циклическая форма монозы, у которой полуацетальный гидроксил расположен по одну сторону с гидроксилом, определяющим принадлежность к D- или L-ряду, называется α-формой. Если же эти гидроксильные группы расположены по разную сторону, такая молекула представляет собой β-форму.