Erklären Sie, warum Laktose mutarotiert, Saccharose nicht?

Antworten:

Weil Laktose einen freien anomeren Kohlenstoff enthält, der es ihr ermöglicht, sich in die anomeren Formen des Zuckers zu äquilibrieren. Saccharose hat keine verfügbaren anomeren Kohlenstoffe und kann daher nicht.

Erläuterung:

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

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

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

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

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

$- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -$ $color(blue)[---------------------$
$a$ $color(white)(a)$

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

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

$- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -$ $color(blue)[---------------------$
$a$ $color(white)(a)$

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 $anomeric carbon$ $color(red)"anomeric carbon"$ 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.

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

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 $anomers$ $color(red)"anomers"$ (Isomere) können existieren - die $α$ $color(red)[alpha]$ bzw. unter der $β$ $color(red)[beta]$ bilden. Im Gleichgewicht werden die 2-Anomere und die geradkettige Form mit dem vorliegen $β$ $beta$ in Lösung vorherrschende Form. Diese beiden Formen können sich in einem aufgerufenen Prozess spontan gegenseitig umwandeln $mutarotation .$ $color(red)"mutarotation".$

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

$- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -$ $color(blue)[---------------------$
$a$ $color(white)(a)$
Damit eine Mutarotation stattfinden kann, muss jedoch a $free anomeric carbon end$ $color(red)"free anomeric carbon end"$ 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.

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

$color(white)$

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

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