Hexosa - Hexose

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D - glucosa .
D - Fructosa .
Dos hexosas importantes, en la proyección de Fischer .

En química , una hexosa es un monosacárido (azúcar simple) con seis átomos de carbono . La fórmula química para todas las hexosas es C 6 H 12 O 6 , y su peso molecular es 180,156 g / mol.

Las hexosas existen en dos formas, de cadena abierta o cíclicas, que se convierten fácilmente entre sí en soluciones acuosas. La forma de cadena abierta de una hexosa, que generalmente se presenta en soluciones, tiene la estructura general H– (CHOH) n −1 –C (= O) - (CHOH) 4− n –H, donde n es 1, 2 o 3. A saber, cinco de los carbonos tienen un grupo funcional hidroxilo (–OH) cada uno, conectados por un enlace sencillo , y uno tiene un grupo oxo (= O), formando un grupo carbonilo (C = O). Los enlaces restantes de los átomos de carbono se satisfacen con siete átomos de hidrógeno . Los carbonos se numeran comúnmente del 1 al 6 comenzando en el extremo más cercano al carbonilo.

Las hexosas son extremadamente importantes en bioquímica , tanto como moléculas aisladas (como glucosa y fructosa ) como como componentes básicos de otros compuestos como almidón , celulosa y glucósidos . Las hexosas pueden formar dihexosa (como sacarosa ) mediante una reacción de condensación que crea un enlace 1,6- glicosídico .

Cuando el carbonilo está en la posición 1, formando un grupo formilo (–CH = O), el azúcar se llama aldohexosa , un caso especial de aldosa . De lo contrario, si la posición del carbonilo es 2 o 3, el azúcar es un derivado de una cetona y se llama cetohexosa , un caso especial de cetosa ; específicamente, una n- cetohexosa . Sin embargo, las 3-cetohexosas no se han observado en la naturaleza y son difíciles de sintetizar; por lo que el término "cetohexosa" generalmente significa 2-cetohexosa.

En la forma lineal, hay 16 aldohexosas y ocho 2-cetohexosas, estereoisómeros que difieren en la posición espacial de los grupos hidroxilo. Estas especies se encuentran en pares de isómeros ópticos . Cada par tiene un nombre convencional (como "glucosa" o "fructosa"), y los dos miembros están etiquetados como " D -" o " L -", dependiendo de si el hidroxilo en la posición 5, en la proyección de Fischer de la molécula, está a la derecha oa la izquierda del eje, respectivamente. Estos marcadores son independientes de la actividad óptica de los isómeros. En general, solo uno de los dos enantiómeros se produce de forma natural (por ejemplo, D- glucosa) y puede ser metabolizado por animales o fermentado por levaduras .

A veces se supone que el término "hexosa" incluye desoxihexosas , como fucosa y ramnosa : compuestos con fórmula general C
6H
12O
6- y que puede describirse como derivado de hexosas por sustitución de uno o más grupos hidroxilo con átomos de hidrógeno.

Clasificación

Aldohexosis

Las aldohexosas son una subclase de las hexosas que, en forma lineal, tienen el carbonilo en el carbono 1, formando un derivado de aldehído con estructura H – C (= O) - (CHOH) 5 –H. El ejemplo más importante es la glucosa .

En forma lineal, una aldohexosa tiene cuatro centros quirales , que dan 16 posibles estereoisómeros de aldohexosa (2 4 ), que comprenden 8 pares de enantiómeros . Las formas lineales de las ocho D -aldohexosas, en la proyección de Fischer , son

De estos isómeros D , todos excepto D -altrosa se encuentran en organismos vivos, pero solo tres son comunes: D -glucosa, D -galactosa y D -manosa. Los isómeros L generalmente están ausentes en los organismos vivos; sin embargo, se ha aislado L -altrosa de cepas de la bacteria Butyrivibrio fibrisolvens .

Se dice que el químico Emil Fischer ideó el siguiente dispositivo mnemónico para recordar el orden dado anteriormente, que corresponde a las configuraciones sobre los centros quirales cuando se ordenan como cadenas binarias de 3 bits:

Todos alt ruists GL adly ma ke gu m i n gal lon ta NKS.

refiriéndose a toda ose, altr ose, gl ucose, ma nnose, gu perder, i dosis, gal actose, ta perder.

Cuando se dibujan en este orden, las proyecciones de Fischer de las D -aldohexosas se pueden identificar con los números binarios de 3 dígitos del 0 al 7, es decir, 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, 111. Los tres bits , de izquierda a derecha, indique la posición de los hidroxilos en los carbonos 4, 3 y 2, respectivamente: a la derecha si el valor del bit es 0 y a la izquierda si el valor es 1.

Los diagramas de Fischer de las ocho L -aldohexosas son las imágenes especulares de los correspondientes isómeros D ; con todos los hidroxilos invertidos, incluido el del carbono 5.

Cetohexosas

Una cetohexosa es una hexosa que contiene cetona. Biológicamente, el ejemplo más importante es la fructosa .

En la forma lineal, las 2-cetohexosas tienen tres centros quirales y por lo tanto ocho posibles estereoisómeros (2 3 ), que comprenden cuatro pares de enantiómeros. Los cuatro isómeros D son:

Las formas L correspondientes tienen los hidroxilos en los carbonos 3, 4 y 5 invertidos. A continuación se muestra una descripción de los ocho isómeros en un estilo alternativo:

3-cetohexosas

En teoría, las cetohexosas incluyen también las 3-cetohexosas, que tienen el carbonilo en la posición 3; a saber, H– (CHOH) 2 –C (= O) - (CHOH) 3 –H. Sin embargo, no se sabe que estos compuestos se encuentren en la naturaleza y son difíciles de sintetizar.

En 1897, un producto no fermentable obtenido por tratamiento de fructosa con bases , en particular hidróxido de plomo (II) , recibió el nombre de glutosa y se afirmó que era una 3-cetohexosa. Sin embargo, estudios posteriores mostraron que la sustancia era una mezcla de varios otros compuestos.

La síntesis y el aislamiento inequívocos de una 3-cetohexosa, xilo -3-hexulosa , a través de una ruta bastante compleja, fue informado por primera vez en 1961 por G. Yuen y J. Sugihara .

Formas cíclicas

Como la mayoría de los monosacáridos con cinco o más carbonos, cada aldohexosa o 2-cetohexosa también existe en una o más formas cíclicas (de cadena cerrada), derivadas de la forma de cadena abierta por una reordenación interna entre el grupo carbonilo y uno de los grupos hidroxilo. .

La reacción convierte el grupo = O en un hidroxilo y el hidroxilo en un puente de éter (–O–) entre los dos átomos de carbono, creando así un anillo con un átomo de oxígeno y cuatro o cinco carbonos.

Si el ciclo tiene cinco átomos de carbono (seis átomos en total), la forma cerrada se llama piranosa , después del éter cíclico tetrahidropirano , que tiene el mismo anillo. Si el ciclo tiene cuatro átomos de carbono (cinco en total), la forma se llama furanosa después del compuesto tetrahidrofurano . La numeración convencional de los carbonos en forma cerrada es la misma que en la forma de cadena abierta.

Si el azúcar es una aldohexosa, con el carbonilo en la posición 1, la reacción puede involucrar el hidroxilo en el carbono 4 o el carbono 5, creando un hemiacetal con un anillo de cinco o seis miembros, respectivamente. Si el azúcar es una 2-cetohexosa, solo puede involucrar al hidroxilo en el carbono 5 y creará un hemicetal con un anillo de cinco miembros.

El cierre convierte el carbono carboxilo en un centro quiral , que puede tener cualquiera de dos configuraciones, dependiendo de la posición del nuevo hidroxilo. Por lo tanto, cada hexosa en forma lineal puede producir dos formas cerradas distintas, identificadas por los prefijos "α" y "β".

α- D- glucopiranosa.
β- D- glucopiranosa.
α- D -Fructofuranosa.
β- D -Fructofuranosa.
Formas cerradas de D -glucosa y D -fructosa, en la proyección de Haworth .

Desde 1926 se sabe que las hexosas en estado sólido cristalino adoptan la forma cíclica. Las formas "α" y "β", que no son enantiómeros, cristalizarán normalmente por separado como especies distintas. Por ejemplo, la D -glucosa forma un cristal α que tiene una rotación específica de + 112 ° y un punto de fusión de 146 ° C, así como un cristal β que tiene una rotación específica de + 19 ° y un punto de fusión de 150 ° C.

La forma lineal no cristaliza y existe solo en pequeñas cantidades en soluciones acuosas, donde está en equilibrio con las formas cerradas. Sin embargo, juega un papel esencial como etapa intermedia entre esas formas cerradas.

En particular, las formas "α" y "β" pueden convertirse entre sí volviendo a la forma de cadena abierta y luego cerrándose en la configuración opuesta. Este proceso se llama mutarrotación .

Propiedades químicas

Aunque todas las hexosas tienen estructuras similares y comparten algunas propiedades generales, cada par de enantiómeros tiene su propia química. La fructosa es soluble en agua, alcohol y éter. Los dos enantiómeros de cada par tienen generalmente propiedades biológicas muy diferentes.

2-cetohexosas son estables en un amplio intervalo de pH, y con un p primaria K una de 10,28, sólo habrá desprotonar a pH alto, por lo que son ligeramente menos estables que aldohexosas en solución.

Ocurrencia y usos naturales

La aldohexosa que es más importante en bioquímica es la D - glucosa , que es el principal "combustible" para el metabolismo en muchos organismos vivos.

Las 2-cetohexosas psicosa , fructosa y tagatosa se producen naturalmente como isómeros D , mientras que la sorbosa se produce naturalmente como isómero L.

La D- sorbosa se usa comúnmente en la síntesis comercial de ácido ascórbico. La D- etiquetada es una cetohexosa natural poco común que se encuentra en pequeñas cantidades en los alimentos. D - La fructosa es responsable del sabor dulce de muchas frutas y es un componente básico de la sacarosa , el azúcar común.

Desoxihexosas

El término "hexosa" se puede usar a veces para incluir las desoxialdohexosas, que tienen uno o más hidroxilos (–OH) reemplazados por átomos de hidrógeno (–H). Se denomina como la hexosa principal, con el prefijo " m -deoxi-", la m indica el carbono con el hidroxilo afectado. Algunos ejemplos de interés biológico son


Ver también

Referencias