Номер 3, страница 222 - гдз по химии 10 класс учебник Колевич, Матулис

3. Манноза является пространственным изомером глюкозы. Молекула маннозы отличается от молекулы глюкозы пространственным расположением гидроксильной группы у второго атома углерода. Приведите циклические формы маннозы. Учтите, что подобно глюкозе, манноза может существовать в $\alpha$- и $\beta$-формах.

Решение

Манноза и глюкоза являются альдогексозами, их общая формула – $C_6H_{12}O_6$. Согласно условию, манноза является пространственным изомером (эпимером) глюкозы по второму атому углерода (C-2). Это означает, что конфигурации их хиральных центров совпадают для всех атомов углерода, кроме C-2, у которого расположение гидроксильной группы (-OH) противоположно.

В проекции Фишера для D-глюкозы гидроксильная группа у C-2 расположена справа. Следовательно, для D-маннозы гидроксильная группа у C-2 будет расположена слева. Расположение остальных групп у C-3, C-4 и C-5 у D-маннозы такое же, как у D-глюкозы.

Циклические формы сахаров образуются в результате внутримолекулярной реакции между альдегидной группой (у атома C-1) и гидроксильной группой (обычно у атома C-5). В результате образуется шестичленный гетероцикл, называемый пиранозой. Атом C-1 становится новым хиральным центром и называется аномерным. В зависимости от пространственного расположения новой гидроксильной группы у аномерного атома углерода различают α- и β-формы.

• В α-аномере гидроксильная группа у аномерного атома C-1 в проекции Хеуорса направлена вниз (находится в транс-положении к группе -CH₂OH у C-5).
• В β-аномере гидроксильная группа у аномерного атома C-1 в проекции Хеуорса направлена вверх (находится в цис-положении к группе -CH₂OH у C-5).

При переходе от проекции Фишера к проекции Хеуорса для D-сахаров группы, находящиеся в проекции Фишера справа, в проекции Хеуорса располагаются под плоскостью кольца (вниз), а группы, находящиеся слева, — над плоскостью кольца (вверх). Группа -CH₂OH (C-6) у D-сахаров всегда направлена вверх.

Исходя из строения D-маннозы, определим расположение групп в ее циклических формах (пиранозах):

• C-2: -OH группа в проекции Фишера находится слева, значит в цикле она будет направлена вверх.
• C-3: -OH группа находится слева (как у глюкозы), значит в цикле она будет направлена вверх.
• C-4: -OH группа находится справа (как у глюкозы), значит в цикле она будет направлена вниз.
• C-5: Атом C-5 участвует в замыкании цикла, и его группа -CH₂OH (атом C-6) направлена вверх.

Теперь мы можем изобразить (описать) α- и β-формы D-маннозы.

1. α-D-маннопираноза:

Это шестичленный пиранозный цикл. Расположение заместителей у атомов углерода кольца следующее:

• C-1 (аномерный): гидроксильная группа (-OH) направлена вниз.
• C-2: гидроксильная группа (-OH) направлена вверх.
• C-3: гидроксильная группа (-OH) направлена вверх.
• C-4: гидроксильная группа (-OH) направлена вниз.
• C-5: группа -CH₂OH направлена вверх.

2. β-D-маннопираноза:

Это также шестичленный пиранозный цикл. Отличается от α-формы только конфигурацией аномерного атома C-1.

• C-1 (аномерный): гидроксильная группа (-OH) направлена вверх.
• C-2: гидроксильная группа (-OH) направлена вверх.
• C-3: гидроксильная группа (-OH) направлена вверх.
• C-4: гидроксильная группа (-OH) направлена вниз.
• C-5: группа -CH₂OH направлена вверх.

Ответ:

Циклические формы маннозы (D-маннопиранозы) представляют собой шестичленные кольца, образованные пятью атомами углерода и одним атомом кислорода. Они существуют в виде двух аномеров — α и β, различающихся положением гидроксильной группы у первого атома углерода (C-1).

В α-D-маннопиранозе гидроксильные группы у C-1 и C-4 направлены вниз (под плоскость кольца), а у C-2 и C-3 — вверх (над плоскостью кольца). Группа -CH₂OH у C-5 направлена вверх.

В β-D-маннопиранозе гидроксильные группы у C-1, C-2 и C-3 направлены вверх, а у C-4 — вниз. Группа -CH₂OH у C-5 также направлена вверх.