Sesselform-Schreibweise der Pyranosen

Guten Tag und herzlich willkommen. In diesem Video geht es um die Sesselform-Schreibweise der Pyranosen. Es wäre hilfreich, wenn du über folgende Vorkenntnisse verfügst: Du solltest dich in der Monosaccharidechemie bereits gut auskennen, du solltest wissen, was Pyranosen, Furanosen, D-Ribose und die Ringisomere der D-Ribosen sind. Die Fischer-Projektion und die Haworth-Formeln sind dir gut vertraut. Du weißt, was Anomere sind, weißt, was Cyclohexan ist, die Begriffe Sessel und Wanne sind dir gut bekannt. Du kennst die Begriffe Konstitution, Konfiguration und Konformation eines Moleküls. Ziel des Videos ist es, genauere Vorstellungen über die Konformation der Pyranosen am Beispiel der Glucose zu vermitteln. Das Video habe ich in 6 Abschnitte gegliedert. 1. Die Grenzen der Darstellung nach Fischer und Haworth, 2. Cyclohexan und Sesselform, 3. Stabilität der D-Glucopyranosen, 4. 4C1-Konformation und 1C4-Konformation, 5. Konformationen für Furanosen und 6. Zusammenfassung. 1. Die Grenzen der Darstellung nach Fischer und Haworth. Ich habe hier ein Molekülskelett nach Fischer gezeichnet, das ich nun beschriften möchte. Es handelt sich um eine Aldose. Sie hat eine Aldehytgruppe oben, unten befindet sich eine Hydroxymethylgruppe. An allen anderen Kohlenstoffatomen sitzt jeweils eine Hydroxygruppe. Das ist eine Pyranose nach Fischer, ihr habt sie sicher schon als D-Glucose erkannt. In der Ringform zeichnet man die D-Glucose gerne so. Das ist ein D-Glucosemolekül, präsentiert durch eine Haworth-Formel. Ich beschrifte nun die einzelnen Kohlenstoffatome mit den Ziffern 1-6, um zu sehen, wo sie sich nach der Zyklisierung befinden. Es ist offensichtlich, wofür die Darstellungsweisen nach Fischer und Haworth Verwendung finden. Die Fischerprojektion verwendet man für die Darstellung einer Kette, die Haworth-Formel wird für die Darstellung des Rings verwendet. Die Haworth-Formel gibt sowohl Konstitution als auch Konfiguration des D-Glucosemoleküls in der Ringform an. Es wird aber keine Aussage über die Konformation des Moleküls geliefert. Bei dem Molekül in Ringform handelt es sich um β-D-Glucose. Das erkennt man daran, dass die Hydroxygruppe am anomeren Kohlenstoffatom 1 nach oben zeigt. Wie ist nun aber auch die Konformation des β-D-Glucosemoleküls darstellbar? 2. Cyclohexan und Sesselform. Cyclohexan hat die Summenformel C6H12. In Ringschreibweise wird es so dargestellt, das wäre die entsprechende Haworth-Formel. Wir wissen aber auch, dass das Cyclohexanmolekül vorzugsweise in Sesselform auftritt. Außerdem ist bekannt, dass der Sessel stabiler als die Wanne ist. Wenn wir ein Kohlenstoffatom des Ringes durch ein Sauerstoffatom substituieren und ein Wasserstoffatom durch eine Hydroxygruppe, dann erhalten wir folgendes Molekül. Wir erhalten die Grundstruktur des Pyranose-Rings und somit die Konformation der Pyranose. Damit verfügen wir über eine komplette Vorstellung der Struktur des Moleküls. 3. Stabilität der D-Glucopyranosen. Hier habe ich das Grundgerüst der D-Glucopyranose gezeichnet, mit den Bindungen zu den entsprechenden Substituenten. Die Hydroxymethylgruppe befindet sich hier. Die verbleibenden Hydroxygruppen und entsprechend die Wasserstoffatome müssen mit großer Sorgfalt eingezeichnet werden. Am Kohlenstoffatom ganz rechts, am sogenannten anomeren Kohlenstoffatom habe ich nun wieder 2 Möglichkeiten, die Hydroxygruppe und das entsprechende Wasserstoffatom anzuordnen. Ich habe mich dafür entschieden, dass die Hydroxygruppe nach unten zeigt. Damit handelt es sich um α-D-Glucopyranose. Mit der Vorgabe links kann ich nun das andere Isomer der D-Glucopyranose zeichnen. Die Hydroxygruppe zeigt hier zur Seite. Das ist das Molekül der β-D-Glucopyranose. Wir erinnern uns der Begriffe äquatorial und axial in Bezug auf die Sesselform des Cyclohexans. Die unterschiedlichen Positionen der Substituenten möchte ich nun hier eintragen. An die Hydroxygruppen, die direkt mit dem Ring verknüpft sind, schreibe ich jeweils ein kleines e, am anomeren Kohlenstoffatom schreibe ich an die Hydroxygruppe ein a, denn sie ist anders bezüglich des Ringes ausgerichtet. Das kleine e bedeutet, dass die entsprechenden Hydroxygruppen eine äquatoriale Lage bezüglich des Rings aufweisen. Wir wissen aber auch, dass diese äquatoriale Anordnung zu einer Stabilisierung des Moleküls führt. Wenn eine Ausrichtung nach a, das heißt axial, vorliegt, so wird für manche Moleküle eine Stabilisierung hervorgerufen. Wir sprechen dann vom anomeren Effekt. 4. 4C1- und 1C4-Konformationen. Das Molekül der α-D-Glucopyranose habe ich noch ein Mal stehen lassen und lösche nun die Wasserstoffatome, die sich am Ring befinden, fort. Für die Betrachtung der genannten Konformationen sind die Kohlenstoffatome 4 und 1 von Bedeutung. Die Konformation, die hier die α-D-Glucopyranose aufweist, bezeichnet man als 4C1-Konformation. Im Gegensatz zum Cyclohexansessel kann der Pyranosesessel auch eine andere Konformation aufweisen. Die Hydroxymethylgruppe und die Hydroxygruppen, die sich am Ring befinden, muss ich nun exakt einzeichnen. Bei diesem Molekül handelt es sich ebenfalls um eine Glucopyranose, es ist aber die α-L-Glucopyranose. Wir markieren die Kohlenstoffatome 1 und 4. Eine derartige Konformation wird als 1C4-Konformation bezeichnet. Die Moleküle links und rechts bilden zusammen ein Enantiomerenpaar. Sind die Hydroxygruppen am anomeren Kohlenstoffatom 1 nicht axial, sondern äquatorial gerichtet, so bezeichnet man die entsprechenden Verbindungen als β-D-Glucopyranose bzw. β-L-Glucopyranose. In Abschnitt 5 müssen wir eine kleine aber wichtige Frage klären. Wie sieht die Sesselform für Furanosen aus? Wir erinnern uns, dass das Tetrahydrofuranmolekül das Grundgerüst für Furanosen ist. Als Beispiel für eine Furanose habe ich hier die α-D-Ribofuranose gewählt. Das Molekül dieses Monosaccharids wurde hier durch die Haworth-Formel dargestellt. Man muss wissen, dass die α-D-Ribofuranose mehrere Konformere ausbildet. Diese sind energetisch sehr ähnlich und gehen leicht ineinander über. Somit ist es nicht sinnvoll, die Sesselschreibweise für das Molekül der α-D-Ribofuranose zu wählen. 6. Zusammenfassung. Wir haben bereits früher gelernt, dass Monosaccharide als offenkettige Verbindungen vorliegen können. Hier haben wir die Kette der D-Glucose, die in Fischerprojektion dargestellt wird. Wir wissen aber auch, dass ein Monosaccharid als Ring vorliegen kann. In diesem Fall soll es sich um das β-Anomer handeln. Wichtige Struktureigenschaften dieses Moleküls werden durch die Haworth-Formel vermittelt. Wir erhalten Informationen über seine Konstitution und Konfiguration. Aber erst die Sesselformschreibweise, die von der Struktur des Cyclohexanmoleküls abgeleitet ist, liefert ein tieferes Verständnis für die Struktur dieses Moleküls. Im Unterschied zur Haworth-Formel liefert die Sesselformschreibweise zusätzliche Informationen über die Konformation des Moleküls. Im Gegensatz zum Cyclohexan kann der Sessel bei den Pyranosen auf 2 Arten ausgebildet sein. Zum einen ist das die 4C1-Konformation. Eine solche Konformation besitzen die Moleküle der D-Reihe. Die zweite Konformation ist die 1C4-Konformation. Diese Konformation besitzen die Moleküle der L-Reihe. Beide Moleküle bilden zusammen ein Enantiomerenpaar. Die Struktur der Furanosen wird sinnvoll durch die Haworth-Formeln dargestellt. Die Furanosen besitzen in der Ringform verschiedenen Konformere von etwa gleicher Energie. Daher ist es nicht sinnvoll, die Sesselformschreibweise für Furanosen zu wählen. Die Haworth-Formel ist hier die Methode der Wahl. Ich danke für die Aufmerksamkeit, alles Gute. Auf Wiedersehen.