Carbono anomérico: características y ejemplos
El carbono anomérico es un estereocentro presente en las estructuras cíclicas de los carbohidratos (mono o polisacáridos). Al ser un estereocentro, más exactamente un epímero, derivan de él dos diastereoisómeros, designados con las letras α y β; estos son los anómeros, y forman parte de la extensa nomenclatura en el mundo de los azúcares.
Cada anómero, α o β, difieren en la posición del grupo OH del carbono anómerico respecto al anillo; pero en ambos, el carbono anomérico es el mismo, y está localizado en el mismo lugar de la molécula. Los anómeros son hemiacetales cíclicos, producto de una reacción intramolecular en la cadena abierta de los azúcares; sean aldosas (aldehídos) o cetosas (cetonas).
En la imagen superior se muestra la conformación de silla para el β-D-glucopiranosa. Como puede verse, consiste en un anillo de seis miembros, incluyendo un átomo de oxígeno entre los carbonos 5 y 1; este último, o mejor dicho, el primero, es el carbono anómerico, el cual forma dos enlaces simples con dos átomos de oxígeno.
Si se observa detalladamente, el grupo OH unido al carbono 1 se orienta por encima del anillo hexagonal, al igual que el grupo CH2OH (carbono 6). Este es el anómero β. El anómero α, por otro lado, diferiría únicamente en este grupo OH, el cual se ubicaría hacia abajo del anillo, tal como si se tratara de un diastereoisómero trans.
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Es necesario profundizar un poco más en el concepto de los hemiacetales para entender y distinguir mejor el carbono anomérico. Los hemiacetales son el producto de una reacción química entre un alcohol y un aldehído (aldosas) o una cetona (cetosas).
Esta reacción puede representarse con la siguiente ecuación química general:
ROH + R’CHO => ROCH(OH)R’
Como puede verse, un alcohol reacciona con un aldehído para formar el hemiacetal. ¿Qué pasaría si tanto R como R’ pertenecen a una misma cadena? En ese caso, se tendría un hemiacetal cíclico, y la única forma posible de que pueda formarse es que ambos grupos funcionales, -OH y –CHO, estén presentes en la estructura molecular.
Además, la estructura debe consistir de una cadena flexible, y con enlaces capaces para facilitar el ataque nucleofílico del OH hacia el carbono carbonílico del grupo CHO. Cuando esto sucede, la estructura se cierra en un anillo de cinco o seis miembros.
En la imagen superior se muestra un ejemplo de la formación de un hemiacetal cíclico para el monosacárido de glucosa. Puede verse que consiste de una aldosa, con un grupo aldehído CHO (carbono 1). Este es atacado por el grupo OH del carbono 5, tal como indica la flecha roja.
La estructura pasa de ser una cadena abierta (glucosa), a un anillo piranoso (glucopiranosa). Al principio puede no haber ninguna relación entre esta reacción y la recién explicada para el hemiacetal; pero si se observa cuidadosamente el anillo, específicamente en la sección C5-O-C1(OH)-C2, se apreciará que esta corresponde al esqueleto esperado para un hemiacetal.
Los carbonos 5 y 2 vienen a representar a R y R’ de la ecuación general, respectivamente. Como estos son parte de la misma estructura, se trata entonces de un hemiacetal cíclico (y el anillo basta para ser evidente).
¿Dónde queda el carbono anomérico? En la glucosa, este es el grupo CHO, que puede sufrir el ataque nucleofílico del OH ya sea por debajo, o por arriba. Dependiendo de la orientación del ataque, se forma dos anómeros distintos: el α y β, como ya se ha mencionado.
Por lo tanto, una primera característica que posee este carbono, es que en la cadena abierta del azúcar es el que sufre el ataque nucleofílico; es decir, se trata del grupo CHO, para las aldosas, o del grupo R2C=O, para las cetosas. Sin embargo, una vez formado el hemiacetal cíclico o el anillo, este carbono puede dar la impresión de haber desaparecido.
Es aquí donde se tienen otras características más puntuales para localizarlo en cualquier anillo piranoso o furanoso de todo carbohidrato:
-El carbono anomérico está siempre a la derecha o izquierda del átomo de oxígeno que conforma el anillo.
-Aún más importante, este está enlazado no solo a este átomo de oxígeno, sino además al grupo OH, proveniente del CHO o R2C=O.
-Es asimétrico, es decir, tiene cuatro sustituyentes distintos.
Con estas cuatro características, resulta fácil reconocer al carbono anomérico observando cualquier “estructura dulce”.
Arriba se tiene la β-D-fructofuranosa, un hemiacetal cíclico con un anillo de cinco miembros.
Para identificar el carbono anomérico primeramente hay que observar los carbonos al lado izquierdo y derecho del átomo de oxígeno que conforma el anillo. Luego, aquel que esté enlazado al grupo OH es el carbono anomérico; que en este caso, ya está encerrado en un círculo rojo.
Este es el anómero β porque el OH del carbono anomérico está por encima del anillo, al igual que el grupo CH2OH.
Ahora, se intenta explicar cuáles son los carbonos anoméricos en la estructura de la sacarosa. Como se observa, consiste en dos monosacáridos enlazados covalentemente por un enlace glucosídico, -O-.
El anillo de la derecha es exactamente el mismo recién comentado: β-D-fructofuranosa, solo que está “volteado” hacia la izquierda. El carbono anomérico sigue siendo el mismo para el caso anterior, y cumple con todas las características que se esperaría de él.
Por otro lado, el anillo de la izquierda es el α-D-glucopiranosa.
Repitiendo el mismo procedimiento de reconocimiento del carbono anomérico, mirando a los dos carbonos al lado izquierdo y derecho del átomo de oxígeno, se encuentra que el carbono derecho es el que está enlazado al grupo OH; el cual, participa en el enlace glucosídico.
Por lo tanto, ambos carbonos anoméricos están conectados por el enlace -O-, y por eso están encerrados en unos círculos rojos.
Para finalizar, se propone identificar los carbonos anoméricos de dos unidades de glucosa en la celulosa. Nuevamente, se observan los carbonos alrededor del oxígeno dentro del anillo, y se encuentra que en el anillo de glucosa de la izquierda el carbono anomérico participa en el enlace glucosídico (encerrado en el círculo rojo).
En el anillo de glucosa de la derecha, sin embargo, el carbono anomérico está a la derecha del oxígeno, y se identifica fácilmente porque está enlazado al oxígeno del enlace glucosídico. Así, ambos carbonos anoméricos están plenamente identificados.
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