D-Ribopyranose und D-Ribofuranose 07:12 min

Guten Tag und herzlich willkommen! Dieser Film heißt D-Ribopyranose und D-Ribofuranose. Für das Verständnis dieses Filmes solltet ihr über einige Vorkenntnisse verfügen. Ihr habt schon recht gute Kenntnisse über Monosaccharide. Ihr wisst, dass ihre Moleküle als Ketten oder als Ringe auftreten. Ihr seid mit der Fischer-Projektion und den Haworth-Formeln gut vertraut. Ihr kennt euch mit der D/L-Nomenklatur gut aus. Ihr wisst, was Anomere sind und habt bereits das Video über Pyranosen und Furanosen gesehen. Ziel des Filmes ist es, ein tieferes Verständnis über die Struktur der Monosaccharide zu vermitteln. Der Film ist klein. Ich werde daher auf eine Inhaltsangabe und eine Zusammenfassung verzichten. 1. Pyran und Furan. Beginnen wir mit der Skelettformel eines Moleküles. Hierbei handelt es sich um Pyran. Wenn wir die Doppelbindungen durchhydrieren und das Sauerstoffatom nach oben rechts legen, so erhalten wir eine neue chemische Verbindung. Es handelt sich hier um Tetrahydro-pyran. Tetrahydropyran bildet das Grundgerüst vieler Monosaccharide, der Pyranosen. Ein anderer Grundkörper der Monosaccharide wird vom Furan abgeleitet. Das Furanmolekül bildet einen Fünfring, den wir bereits aus der Aromatenchemie kennen. Eine vollständige Hydrierung der Doppelbindungen ergibt eine gesättigte chemische Verbindung. Es handelt sich um Tetrahydro-furan. Tetrahydro-furan bildet den Grundkörper mancher Monosaccharide, der Furanosen. 2. Von der Kette zum Ring. Wir haben bereits gelernt, dass Monosaccharide sowohl als Kette als auch als Ring auftreten. Wobei dem Ring der Vorzug zu geben ist. Für unseren Film gehen wir von folgendem Fischerskelett aus. Es handelt sich hier um einen C5-Körper, also um eine Pentose. Nach der Fischer-Nomenklatur steht das Kohlenstoffatom mit der höchsten Oxidationsform oben. Das heißt, die Pentose verfügt über eine Aldehydgruppe. Demzufolge handelt es sich hier um eine Aldose. Die Hydroxygruppen an den drei chiralen Zentren sollen rechts liegen. Unten befindet sich die Hydroxymetylgruppe. Mit Sternchen markieren wir die chiralen Zentren. Die Hydroxygruppe am unteren chiralen Zentrum befindet sich rechts. Nach der D/L-Nomenklatur gehört dieses Molekül zur D-Reihe. Bei dem dargestellten Monosaccharid handelt es sich um D-Ribose. Das Molekül der D-Ribose wurde als Kette in der Fischerprojektion dargestellt. Ich möchte nun den Ringschluss veranschaulichen. Dazu werden jene Kohlenstoffatome mit Nummern versehen, die am Ringschluss beteiligt sind. Eins oben und vier am unteren chiralen Kohlenstoffatom.  Beim Ringschluss wandert das Wasserstoffatom der Hydroxygruppe, des Kohlenstoffatoms 4 zum Sauerstoffatom der Aldehydgruppe oben. Der eigentliche Ringschluss findet zwischen dem Sauerstoffatom 4 und dem Kohlenstoffatom 1 statt. Man erhält einen Fünfring, eine Furanose. Die Lage von Wasserstoffatom und Hydroxygruppe am anomeren Kohlenstoffatom 1 kann verschieden sein. Wir nehmen an, dass die Hydroxygruppe nach unten zeigt. Damit haben wir es mit dem Alpha-Anomer zu tun. Die anderen Kohlenstoffatome des Rings werden auch noch nummeriert. Am vierten Kohlenstoffatom zeigt die Hydroxygruppe nach oben. Sie enthält das fünfte Kohlenstoffatom der offenkettigen Verbindung der D-Ribose. Die Lagen der beiden anderen Hydroxygruppen kann man mit der Floh-Regel bestimmen. Wir erinnern uns: Fischer - links, oben - Haworth. Wenn beide Hydroxygruppen in der Fischerprojektion in den Positionen 2 und 3 nach rechts gerichtet sind, müssen sie in der Haworth-Formel nach unten weisen. In Position 4 ist noch ein Strich nach unten gerichtet. Dort befindet sich ein Wasserstoffatom. Aus Gründen der Vereinfachung wird er einfach gelöscht. Das entstandene Molekül ist die alpha-D-Ribofuranose. Gewöhnlich wird in der Fachliteratur das Wasserstoffatom am anomeren Kohlenstoffatom 1 nicht eingezeichnet. 3. Vier Ringisomere aus einer Kette. Um die Kettenbildung zu veranschaulichen, möchte ich oben in der Mitte das D-Ribose-Molekül kurz vor dem Entstehen der Kette aufzeichnen. Es ist schon ersichtlich, dass sich ein Sechsring bilden soll. Die Kohlenstoffatome werden mit den Ziffern 1 bis 5 belegt. Die Hydroxygruppen in den Positionen 4, 3 und 2 zeigen nach unten. Es es entsteht ein Sechsring, eine Pyranose. Die Hydroxygruppe am anomeren Kohlenstoffatom 1 soll hier nach unten weisen. Die Ausrichtung der Hydroxygruppen in den Positionen 4, 3 und 2 kann mithilfe der Floh-Regel bestimmt werden. Da die Hydroxygruppe in 1 nach unten gerichtet ist, handelt es sich hier um ein alpha-Anomer. Ist die Hydroxygruppe am anomeren Kohlenstoffatom eins nach oben gerichtet, so handelt es sich um das beta-Anomer. Alle anderen Strukturelemente stimmen von alpha- und beta-Anomer vollständig überein. Nun möchte ich das offenkettige Molekül der D-Ribose darstellen, kurz bevor es zum Ringschluss zu einem Fünfring ansetzt. Wichtig ist hier, dass die Hydroxy-Metylgruppe an Position 4 sitzt und nach oben gerichtet ist. Ihr Bestandteil ist das Kohlenstoffatom 5. Die Fünfringbildung haben wir bereits in Teil 2 besprochen. Am anomeren Kohlenstoffatom 1 ist die Hydroxygruppe nach unten gerichtet. Es handelt sich somit um das alpha-Anomer. Die Hydroxygruppe in Position 4 mit dem Kohlenstoffatom 5 ist nach oben gerichtet. Die Hydroxygruppen in den Positionen 2 und 3 zeigen nach unten. Das kann mithilfe der Floh-Regel aus der Kette ableiten. Ist die Hydroxygruppe am anomeren Kohlenstoffatom 1 nach oben gerichtet, so hat sich das beta-Anomer gebildet. In allen anderen Strukturelementen ist das beta-Anomer mit dem alpha-Anomer identisch. Ausgegangen sind wir von einem Molekül der D-Reihe, deshalb müssen auch alle Ringverbindungen zur D-Reihe gehören. Die Verbindung oben links ist alpha-D-Ribopyranose. Bei der Verbindung oben rechts handelt es sich um beta-D-Ribopyranose. Unten links haben wir es mit alpha-D-Ribofuranose zu tun. Und unten rechts schließlich haben wir ein Molekül der beta-D-Ribofuranose vor uns. Somit können aus dem offenkettigen Molekül der D-Ribose 4 Ringisomere entstehen. Ich danke für die Aufmerksamkeit. Alles Gute!