3.8: Azúcares- Formas de piranosa y furanosa

Los carbohidratos son una clase importante de moléculas biológicas. Aunque su papel más conocido es en el almacenamiento de energía en forma de glucosa y almidón, los carbohidratos juegan una serie de otros roles. Por ejemplo, prestan soporte estructural en la columna vertebral del ADN. Ayudan en las operaciones de seguridad y defensa de los hogareños al formar códigos moleculares en las superficies de las células que identifican si la célula es nuestra o un intruso. Llevan reactivos químicos especializados a enzimas donde se llevan a cabo reacciones esenciales para la vida. Algunos de ellos son dulces.

El término “azúcar” a menudo se aplica a cualquier carbohidrato simple. Una definición estricta de un carbohidrato es un aldehído o cetona polihidroxilados. En general, un azúcar es una molécula que contiene un aldehído o una cetona, y cada carbono que no sea el carbono carbonilo tiene un grupo hidroxilo unido a él.

Este tipo de estructura presenta muchas posibilidades de reacciones. En una sola molécula, tenemos tanto un electrófilo (el carbonilo) como varios nucleófilos (los hidroxilos). ¿Pueden los azúcares reaccionar entre sí? Sí. ¿Puede un azúcar reaccionar consigo mismo? Por supuesto.

De hecho, si has visto dibujos de azúcares antes, quizás no hayas notado el carbonilo. Eso es porque el carbonilo suele ser “enmascarado” como hemiacetal. El hemiacetal se forma cuando un grupo hidroxilo a lo largo de la cadena carbonada llega hacia atrás y se une al carbono carbonílico electrófilo. Como resultado, los anillos de cinco y seis miembros son muy comunes en los azúcares. Los anillos de cinco miembros se llaman “furanosas” y los anillos de seis miembros se llaman “piranosas”.

La forma más común de dibujar estos anillos son en “proyecciones de Haworth”. Las proyecciones de Haworth no reflejan la forma real del anillo. Por ejemplo, en un anillo de seis miembros, los átomos en el anillo adoptan un patrón en zig-zag, arriba y abajo para optimizar los ángulos de enlace. El dibujo de la silla muestra esa relación, pero en una proyección de Haworth, el anillo se dibuja como si fuera plano. Además, los sustituyentes en los átomos en el anillo se pueden encontrar por encima del anillo, debajo del anillo, o sobresaliendo alrededor del borde del anillo. El dibujo de la silla o “proyección de celosía de diamante” muestra bastante bien estas relaciones. Una proyección de Haworth no intenta hacer eso. En cambio, trata de representar relaciones estereoquímicas: si dos sustituyentes están en la misma cara del anillo o caras opuestas del anillo. En una proyección de celosía de diamante, tenemos que hacer un seguimiento de si un sustituyente dado está en la posición superior o inferior en su sitio particular en el anillo, y eso requiere una atención cuidadosa. En una proyección de Haworth, los sustituyentes simplemente se dibujan hacia arriba o hacia abajo. Debido a que hay muchas canteras quirales en los azúcares, y debido a que dos azúcares pueden diferir en un solo centro quiral, las proyecciones de Haworth facilitan distinguir diferentes azúcares.

Cuando un azúcar de cadena abierta se cicla formando un hemiacetal, forma un nuevo estereocentro. Debido a que el carbono carbonilo es plano trigonal, el grupo hidroxilo puede acercarse a él desde cualquier cara. No hay nada que distinga una cara de la otra, por lo que el acercamiento de cualquiera de las dos caras es igualmente probable. Eso significa que se pueden formar dos configuraciones estereoquímicas diferentes en el carbono del hemiacetal: R y S.

En la química del azúcar, estos dos isómeros se denominan de manera diferente: alfa y beta. Para distinguir estas dos designaciones, es necesario mirar la proyección de Haworth. En una proyección de Haworth, el borde inferior del anillo se lee como estar más cerca de ti. El borde superior se lee como que está más lejos. Recuerda, así es como solemos leer una estructura de silla, también. No obstante, en una proyección de Haworth, tenemos que orientar el anillo de una manera específica. El carbono hemiacetal siempre se coloca en el borde derecho del dibujo. Además, siempre mantenemos el átomo de oxígeno en el borde posterior del anillo (es decir, el borde superior del dibujo). Eso significa que el oxígeno del anillo en una proyección de Haworth siempre se encuentra en la parte superior o superior derecha del dibujo, con el carbono hemiacetal directamente al lado de él a la derecha.

Si tenemos la proyección de Haworth, podemos designar si tenemos el alfa o beta de viendo si la parte hidroxi del hemiacetal apunta hacia arriba o hacia abajo. Si está abajo como las hormigas, tenemos un isómero alfa. Si está arriba como las mariposas, tenemos un isómero beta.

Debido a que el carbono hemiacetal puede adoptar cualquiera de dos configuraciones en un anillo, se le da un nombre especial. Se llama la posición anomérica.