Стереоизомерия моносахаридов

Способность ряда органических соединений вращать плоскость поляризации поляризованного света вправо или влевоназывают оптической активностью. Исходя из сказанного выше, следует, что органические вещества могут существовать в виде правовращающих и левовращающих изомеров. Такие изомеры получили название стереоизомеров, а само явление стереоизомерии. В основе более строгой системы классификации и обозначения стереоизомеров лежит не вращение плоскости поляризации света, а абсолютная конфигурация молекулы стереоизомера, т.е. взаимное расположение четырех обязательно разных замещающих групп, находящихся в вершинах тетраэдра, вокруг локализованного в центре атома углерода, который получил название асимметрического атома углерода или хирального центра. Хиральные или, как их еще называют, оптически активные атомы углерода обозначают в структурных формулах звездочками [ * ] (рис. 7.1).

а) б)

Рис. 7.1. Структурные формулы D- и L-стереоизомеров глицеринового альдегида (а) и D- и L-стереоизомеров глюкозы (б)

Таким образом, под термином стереоизомерия следует понимать различную пространственную конфигурацию заместителей у соединений, имеющих одну и ту же структурную формулу и обладающих одинаковыми химическими свойствами. Такой вид изомерии называют также зеркальной изомерией. Наглядным примером зеркальной изомерии могут служить правая и левая ладони руки. Ниже приведены структурные формулы стереоизомеров глицеринового альдегида и глюкозы.

На рис.7.1 видно, что в молекуле глицеринового альдегида присутствует только один асимметрический атом углерода. При этом возможно существование только двух стереоизомеров, которые обозначаются как D- и L-изомеры, соответственно. Если у асимметрического атома углерода в проекционной формуле глицеринового альдегида ОН-группа располагается справа, такой изомер называют D-стереоизомером, а если ОН-группа расположена слева – L-стереоизомером.

В случае тетроз, пентоз, гексоз и других моноз, которые обладают двумя и более асимметрическими атомами углерода, принадлежность стереоизомера к D- или L-ряду определяют по расположению ОН-группы у предпоследнего атома углерода в цепи – он же является последним асимметрическим атомом. Например, для глюкозы оценивают ориентацию ОН-группы у 5-ого атома углерода. Абсолютно зеркальные стереоизомеры называют энантиомерами или антиподами.

Пары же стереоизомеров характеризующиеся одинаковым пространственным расположением заместителей у одних асимметрических атомов углерода и взаимно противоположным у других (рис. 7.2), называются диастереоизомерами, а само явление носит название диастереоизомерии. Например, L-глюкоза и D-глюкоза являются энантиомерами, а D-глюкоза, D-галактоза и D-манноза являются диастереоизомерами.

Рис. 7.2. Изображение диастереоизомеров в ряду альдогексоз.
Показано, что D-глюкоза и D-манноза отличаются различной конфигурацией заместителей у 2-го атома углерода, а D-глюкоза и D-галактоза имеют разную конфигурацию у 4-го атома углерода

Стереоизомеры не отличаются по своим химическим свойствам, но отличаются по биологическому действию (биологической активности). Большая часть моносахаридов в организме млекопитающих относится к D-ряду – именно к этой конфигурации специфичны ферменты, ответственные за их метаболизм. В частности D-глюкоза воспринимается как сладкое вещество, благодаря способности взаимодействовать с вкусовыми рецепторами языка, в то время как L-глюкоза безвкусна, поскольку ее конфигурация не воспринимается вкусовыми рецепторами.

Смеси D- и L-стереоизомеров называют рацемическими смесями, или рацематом. Такие DL-смеси лишены способности поворачивать плоскость поляризации пучка плоскополяризованного света.