Erklären Sie, warum Laktose mutarotiert, Saccharose nicht?

Lassen Sie mich zunächst kurz etwas näher darauf eingehen #color(red)"Carbohydrate chemistry"# und dann komme ich zur antwort.

#color(red)"Lactose"# und #color(red)"sucrose"# sind beide Kohlenhydrate oder häufiger als Zucker bezeichnet. Genauer gesagt sind sie #color(red)"disacharrides"# da beide aus 2-Zuckereinheiten bestehen.

#color(blue)["Figure 1. The disacharrides Sucrose and Lactose in their ring forms"#

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#color(blue)[---------------------#
Schauen wir uns zuerst Saccharose an. Saccharose wird durch die Kondensationsreaktion von a hergestellt #color(red)"glucose molecule"# und eine #color(red)"fructose molecule"#. Was im Wesentlichen passiert, ist, dass das Halbacetal des Glucosemoleküls mit der Hydroxylgruppe des Fructosemoleküls reagiert. Diese Reaktion führt zur Bildung eines #color(red)"O-glycosidic bond"#. [#color(blue)["Figure 2"#] (eine Reaktion, die Sie aus der organischen Chemie kennen sollten)

#color(blue)["Figure 2: Sucrose formation"#

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#color(white)(a)#

Abbildung 3 unten zeigt eine allgemeine Hemiacetal / Hemiketal- und Acetal / Ketal-Reaktion.

#color(blue)["Figure 3: Hemiacetal/hemiketal and acetal/ketal general reaction"#

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#color(white)(a)#

Während der Bildung von Saccharose werden sowohl die anomeren Kohlenstoffe der Glucose- als auch der Fructosemoleküle beteiligt, um die O-glycosidische Bindung zu bilden. Ein #color(red)"anomeric carbon"# ist der Kohlenstoff, der einst Teil der Carbonylgruppe des Zuckermoleküls war, bevor er intern mit seiner eigenen Hydroxylgruppe reagiert. Diese Reaktion führt schließlich zur Bildung des cyclischen Zuckers.

#color(blue)["Figure 4: Anomeric carbon of Glucose"#

Betrachtet man die geradkettige Form von Glucose auf der linken Seite der Abbildung, reagiert der Carbonylkohlenstoff (C1) intern mit der Hydroxylgruppe - der an C5 gebundenen - und bildet einen 5-Ring (auf der rechten Seite der Abbildung). Der mit Kohlenstoff markierte 1 ist der anomere Kohlenstoff
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Das Coole an anomeren Kohlenstoffen ist, dass je nach Stereochemie zwei #color(red)"anomers"# (Isomere) können existieren - die #color(red)[alpha]# bzw. unter der #color(red)[beta]# bilden. Im Gleichgewicht werden die 2-Anomere und die geradkettige Form mit dem vorliegen #beta# in Lösung vorherrschende Form. Diese beiden Formen können sich in einem aufgerufenen Prozess spontan gegenseitig umwandeln #color(red)"mutarotation".#

#color(blue)["Figure 5: Mutarotation where equilibrium exists between cyclic"#
#color(blue)["and straight chain forms of the sugars"#

#color(blue)[---------------------#
#color(white)(a)#
Damit eine Mutarotation stattfinden kann, muss jedoch a #color(red)"free anomeric carbon end"# oder ein anomerer Kohlenstoff, der an keiner Bindung beteiligt ist. Wenn der anomere Kohlenstoff an keiner Art von Bindung beteiligt ist, kann er sich frei an seine geradkettigen oder 2-cyclischen isomeren Formen angleichen.

Nun, Saccharose kann sich nicht frei ausgleichen, da ihre anomeren 2-Kohlenstoffe bereits an der glykosidischen Bindung beteiligt sind.

#color(blue)["Figure 6: Sucrose has no available anomeric carbon"#

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Laktose auf der anderen Seite, kann mutarotieren, da es einen verfügbaren anomeren Kohlenstoff hat.

#color(blue)["Figure 7: Lactose and its free anomeric end"#