Кіріспе
Альдегид немесе кетон тобын қамтитын көміртек атомынан ғана ерекшеленетін стереоизомерлер жұбы. Көмірсу химиясында аномерлер жұбы – бұл аномерлік көміртекте ғана ерекшеленетін, қанттың ашық тізбектік түріндегі альдегид немесе кетон функционалдық тобын қамтитын көміртек атомынан тұратын, өте ұқсас стереоизомерлер немесе диастереомерлер жұбы. Дегенмен, аномерлердің болуы үшін қант циклдік түрінде болуы керек, себебі ашық тізбек түрінде аномерлік көміртек атомы жазық болып келеді және соған байланысты ахиральды. Осылайша, аномер – циклдік сахаридтегі гемиацеталь/гемикеталь көміртек атомындағы эпимер. Аномерлену – бір аномердің екінші аномерге өту процесі. Стереоизомерлік қосылыстарға тәндей, әртүрлі аномерлер әртүрлі физикалық қасиеттерге, балқу температурасына және нақты бұрылысқа ие.
In carbohydrate chemistry, a pair of anomers is a pair of near identical stereoisomers or diastereomers that differ at only the anomeric carbon, the carbon atom that bears the aldehyde or ketone functional group in the sugar's open chain form. However, in order for anomers to exist, the sugar must be in its cyclic form, since in open chain form, the anomeric carbon atom is planar and thus achiral. More formally stated, then, an anomer is an epimer at the hemiacetal/hemiketal carbon atom in a cyclic saccharide. Anomerization is the process of conversion of one anomer to the other. As is typical for stereoisomeric compounds, different anomers have different physical properties, melting points and specific rotations.
Номенклатура
Кез келген екі аномер аномерлік орталық пен аномерлік анықтамалық атом арасындағы конфигурациялық қатынасқа сәйкес альфа (α) немесе бета (β) деп белгіленеді, сондықтан олар салыстырмалы стереодескрипторлар болып табылады. Гемиацетальдердегі аномерлік орталық – аномерлік көміртек С1; гемикетальдерде ол кетонның карбонилінен туындаған көміртек (мысалы, D фруктозасындағы С2). Алдогексозда аномерлік анықтамалық атом – сақинадағы аномерлік көміртекке ең алыс стереоорталық (конфигурациялық атом, қантты D немесе L деп анықтайды). Мысалы, α D глюкопиранозада анықтамалық атом – C5. Егер циклдық Фишер проекциясында аномерлік орталықтағы экзоциклдік оттегі атомы цис (бір жақта) аномерлік анықтамалық атомға (OH тобында) бекітілген экзоциклдік оттегіге қатысты болса, аномер α болып табылады. Егер екі оттегі транс (бір-бірінен қарама-қарсы жақта) болса, аномер β болады. Осылайша, аномерлік көміртек пен анықтамалық атомның абсолютті конфигурациялары α аномерінде бірдей (екісі де R немесе екісі де S) және β аномерінде қарама-қарсы (біреуі R, екіншісі S) болады.
Аномеризациялау
Аномеризация – бір аномердің екінші аномерге өзгеру процесі. Қанттарды тотығуға келтіретін жағдайда аномеризация мутаротация деп аталады және ол ерітіндіде оңай жүзеге асады, қышқыл мен сілтінің әсерімен катализделеді. Бұл қайтымды процесс әдетте аномерлік қоспаға алып келеді, онда екі жеке аномердің арасында тепе-теңдік орнатылады. Екі аномердің арақатынасы нақты бір қантқа тән. Мысалы, бастапқы D-глюкозаның конфигурациясына қарамастан, ерітінді шамамен 64% β-D-глюкопиранозид және 36% α-D-глюкопираноза қоспасына қарай біртіндеп өзгереді. Арақатынас өзгерер кезде қоспаның оптикалық айналуы да өзгереді, бұл құбылыс мутаротация деп аталады.
Аномеризацияның механизмі
Қанттардың циклдік түрлеріне көбінесе басымдық берілсе де, сулы ерітіндідегі гемиацетальдар ашық тізбекті түрлерімен тепе-теңдікте болады. Алдогексозда бұл тепе-теңдік C 1 (екі оттегіге байланысқан көміртегі) мен C 5 оттегі арасындағы гемиацетальдық байланыстың үзілуі (ашық тізбекті қосылыс түзіліп) және қайта түзілуі (циклдік қосылыс түзіліп) арқылы орнатылады. Гемиацетальдық топ қайта түзілген кезде, C 5-тегі ОН тобы C 1-дегі альдегид тобының екі стереохимиялық жағынан ерекшеленетін жақтарының кез келгеніне шабуылдай алады. Қай жағына шабуыл жасалатыны α немесе β аномерінің түзілуін анықтайды. Гликозидтердің аномеризациясы көбінесе қышқыл ортада жүреді. Әдетте, аномеризация экзоциклді ацеталь оттегінің протондалуы, спирт бөлінісі арқылы оксокарбений ионының түзілуіне иондалуы және оксокарбений ионының кері жағына спирттің нуклеофильді шабуылы, содан кейін депротондалу арқылы жүреді.
Физикалық қасиеттері мен тұрақтылығы
Аномерлер құрылымы бойынша әр түрлі, сондықтан бір-бірінен тұрақтандыру және тұрақсыздандыру әсерлерімен ерекшеленеді. Белгілі бір аномердің тұрақтылығына ықпал ететін негізгі факторлар: Аномерлік эффект, ол сақинадағы осьтік бағытта электронды тартып алу тобын (әдетте оттегі немесе азот атомы) қамтитын аномерді тұрақтандырады. Бұл эффект су сияқты полярлы еріткіштерде жойылады. 1,3-диаксиалдық өзара әрекеттесулер, олар көбінесе аномерлік топтың сақинадағы осьтік бағытында орналасқан аномерді тұрақсыздандырады. Бұл эффект әсіресе пиранозаларда және басқа алты мүшелі сақиналы қосылыстарда байқалады. Суда бұл маңызды фактор. Аномерлік топ пен сақинадағы басқа топтар арасындағы сутекті байланыстар, аномерді тұрақтандыруға алып келеді. Аномерлік топ пен сақинадағы басқа топтар арасындағы дипольдық итергіш күш, аномерді тұрақсыздандыруға алып келеді. D-глюкопиранозид үшін β-аномер суда көбірек тұрақты. D-маннопираноза үшін α-аномер көбірек тұрақты. Аномерлер бір-бірінің диастереомерлері болғандықтан, олар физикалық және химиялық қасиеттерімен жиі ерекшеленеді. Аномерлерді зерттеу үшін қолданылатын маңызды физикалық қасиеттердің бірі – поляриметрия арқылы анықталатын нақты бұрылу.
The anomeric effect, which stabilizes the anomer that has an electron withdrawing group (typically an oxygen or nitrogen atom) in axial orientation on the ring. This effect is abolished in polar solvents such as water. 1,3 diaxial interactions, which usually destabilize the anomer that has the anomeric group in an axial orientation on the ring. This effect is especially noticeable in pyranoses and other six membered ring compounds. This is a major factor in water. Hydrogen bonds between the anomeric group and other groups on the ring, leading to stabilization of the anomer. Dipolar repulsion between the anomeric group and other groups on the ring, leading to destabilization of the anomer. For D glucopyranoside, the β anomer is the more stable anomer in water. For D mannopyranose, the α anomer is the more stable anomer. Because anomers are diastereomers of each other, they often differ in physical and chemical properties. One of the most important physical properties that is used to study anomers is the specific rotation, which can be monitored by polarimetry.