Basiskennis chemie 4/Stereochemie, koolhydraten

Bij de eerste bespreking van de koolhydraten is al aangegeven dat de ruimtelijke verdeling van de hydroxyl-groepen belangrijk is voor de eigenschappen en het biologische belang van deze klasse van verbindingen. Nu je weet hoe je de verschillende spiegelbeelden van eenvoudige moleculen moet benoemen kun je ook gaan kijken naar de meer ingewikkelde koolhydraten.

Hiernaast zie je de Fischerprojectie van het glucose-molecuul, 2,3,4,5,6-pentahydroxyhexanal. Elk van de koolstof-atomen 2, 3, 4 en 5 heeft vier verschillende substituenten. Het waterstof-atoom en de hydroxylgroep zijn uiteraard verschillend, maar ook de twee koolstofslierten verschillen van elkaar. De ene eindigt in een ${\displaystyle {\ce {-CHO}}}$-groep, de andere in een ${\displaystyle {\ce {-CH2OH}}}$-groep. Elk van deze koolstof-atomen is dus een chiraal centrum. Voor elk van deze koolstof-atomen is een R- en een S-vorm mogelijk.

• Kijk je alleen naar koolstof-atoom 2 dan heb je de mogelijkheden 2R en 2S. Twee in totaal.
• Kijk je ook naar koolstof-atoom 3 dan kun je 3R combineren met 2R, maar ook met 2S. Hetzelfde geldt voor 3S, je kunt dit combineren met zowel 2R als 2S. Je hebt nu vier verschillen de mogelijkheden: 2R,3R; 2R,3S; 2S,3R en 2S,3S.
• In combinatie met koolstof-atoom 4 kun je nu de vier mogelijkheden van koolstof-atomen 2 en 3 elk combineren met 4R of 4S. Dit levert 8 verschillende mogelijkheden voor de verschillende combinaties op.
• Als ook koolstof-atoom bekenen wordt dan moeten de 5R en 5S-vorm met de acht eerdere combinatie gekoppeld worden en neemt het aantal mogelijkheden weer met een factor 2 toe tot 16.
  

Je ziet dus dat elk extra chiraal koolstof-atooom het aantal stereo-isomeren met een factor twee groter maakt. In formule-vorm kun je dit schrijven als:

${\displaystyle {\ce {n_{stereo-isomeren}\ =\ 2^{aantal\ chirale\ centra}}}}$.

${\displaystyle \mathrm {} }$

Net als voor broomchloorkoodmethaan geldt dat er twee vormen van zijn, de R- en de S-vorm, geldt dat voor glucose ook. Alleen is het dan noodzakelijk alle chirale centra in de andere stand te zetten. 2R,3S,4R,5R-2,3,4,5,6-pentahydroxyhexanal is de vorm van glucose waar je lichaam iets mee kan. De andere vorm, het spiegelkbeeld is 2S,3R,4S,5S-2,3,4,5,6-pentahydroxyhexanal is een vorm waar je niet mee kunt. Jouw enzymen die speciaal zijn voor de gewone vorm van glucose, kunnen er niets mee.

Moleculen die precies elkaars spiegelbeeld zijn worden in de stereochemie enantiomeren genoemd. Enantiomeren hebben gelijke fysische en chemisch eigenschappen op twee belangrijke punten na:

1. Gepolariseerd licht wordt over een gelijke, maar tegengestelde, hoek gedraaid en
2. in reacties met chirale moleculen (enzymen) gedragen ze zich verschillend.

In de Fischerprojectie hiernaast zijn de twee glucosevarianten duidelijk verschillend: alle ${\displaystyle {\ce {OH}}}$-groepen staan precies gespiegeld ten opzichte van de koolstofketen. Als de spiegeling niet compleet is zullen chemische en fysische eigenschappen van de verschillende stofen ook van elkaar verschillen.

Als de stoffen geen spiegelbeeld-moleculen vormen, zijn het geen enantiomeren, maar diasteriomeren. Hieronder zie je de Fischer-projecties van de verschillende diasteriomeren van glucose. Realiseer je dat bij elk getoond stereo-isomeer er nog een hoort dat er precies het spiegelbeeld van is.

Allose 2R3R4R5R	Glucose 2R3S4R5R	Gulose 2R3R4S5R	Galactose 2R3S4S5R
Altrose 2S3R4R5R	Mannose 2S3S4R5R	Idose 2S3R4S5R	Talose 2S3S4S5R

De hierboven weergegeven aldohexoses zijn allemaal diasteriomeren van elkaar. Elk ervan heeft nog één enantiomeer, waarbij alle chirale centra de andere oriëntatie hebben, en verder 14 diasteriomeren, waarvan er hier 7 getoond zijn. De andere 7 zijn de enantiomeren van de hier weergegeven stoffen.