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TEMA 5: CARBOHIDRATOS
PARTE 2
Las estructuras piranósicas de los azúcares pueden ser ancladas
mediante la formación de acetales
Síntesis de Fisher (1893)
mayoritario
Reacciones sobre monosacáridos
1. Reducción
Obtención de alditoles
Reacciones sobre monosacáridos
2. Oxidación
2.1 Obtención de ácidos aldáricos
COOH
CHO
H
H
OH
HO
H
H
OH
H
OH
CH2OH
D-glucosa
HNO3 dil
55-60 ºC
HO
OH
H
H
OH
H
OH
COOH
ácido D-glucárico
Reacciones sobre monosacáridos
2. Oxidación
2.2 Obtención de ácidos aldónicos: Oxidación con agua de bromo
CHO
COOH
HO
H
HO
H
Br2, H2 O
OH
CaCO3
H
HO
H
HO
H
H
OH
H
OH
pH 5-6
H
OH
CH2 OH
D-manosa
CH2OH
D-manónico
75%
Reacciones sobre monosacáridos
Interpretación mecanística: Oxidación con agua de bromo
Observaciones empíricas:
•El anómero ecuatorial oxida más rápido que el axial
•La velocidad relativa depende del pH y la concentración de bromo
•Las 2-desoxialdopiranosas se oxidan más rápidamente
OH
OH
O
OH
HO
HO
OH
H
Br:Br
Ordenamiento antiperiplanar del
par n con respecto al enlace C1-H
O
H
HO
HO
OH
OH
Br:Br
Reacciones sobre monosacáridos
Interpretación mecanística: Oxidación con agua de bromo
OH
OH
OH
O
OH
HO
HO
O
HO
HO
OH
H
O
HO
HO
OH
OH
OH
Br:Br
OH
OH
O
HO
HO
O
H
Br
OH
HBr
OH
HO
HO
O
D-glucono-1
5-lactona
O
OH
Una aldonolactona
Reacciones sobre monosacáridos
Interpretación mecanística 2: Oxidación con agua de bromo
OH
OH
Br
Br : Br
O
O
HO
HO
O
HO
HO
H
OH
H
O
H
OH
H
lenta
Br
OH
Br
O
O
HO
HO
OH
H
OH
HO
HO
O
O
OH
Reacciones sobre monosacáridos
2. Oxidación
2.3 Ruptura oxidativa de dioles vecinales: Reacción de Malaprade
Agente oxidante: Metaperiodato de sodio
IO4-
H5IO6
+H+
-H+
+
2 H2O
H4IO 6-
H3IO6= + H+
Reacciones sobre monosacáridos
Ruptura oxidativa de dioles vecinales: Reacción de Malaprade
Ejemplos de reacción
R
H
1
OH
H
IO4
+
-
OH
O
HC
+
H2O
O
HC
+
R
H3IO4
+
R'
R'
R
2
H
OH
IO4-
+
O
O
H2O
HC
+
HO
O
C
+
R
H3IO 4
+
R'
R'
R
3
H
OH
O
+
IO4-
O
H2O
+
HC
R
H
+
HO
C
H
O
+
H3 IO4
Reacciones sobre monosacáridos
Ruptura oxidativa de dioles vecinales: Reacción de Malaprade
Interpretación mecanística
R
R
OH
H
H
OH
H
OH
+ H5IO6
2 H2O +
O
OH
I
H
O
OH
O
R
R
O
HC
+
R
O
HC
R
H3IO4
Reacciones sobre monosacáridos
Ruptura oxidativa de dioles vecinales: Reacción de Malaprade
OH
OH
OH
MeOH/ H+
O
OH
HO
HO
O
OH
HO
HO
HO
HO
OH
O
OH
H
OH
H
H
O
CH3
OH
O
H
O
O
+
O
H
C
HO
O
CH3
Reacciones sobre monosacáridos
Ruptura oxidativa de dioles vecinales: Reacción de Malaprade
OH
OH
OH
HO
OH
MeOH/ H+
HO
O
OH
O
OCH 3
OH
OH
O
O
O
OCH3
+
O
H
C
H
O
Reacciones sobre monosacáridos
2. Oxidación
2.3 Obtención de ácidos aldónicos: Reacción de Tollens
Reacciones sobre monosacáridos
2. Oxidación
2.3 Obtención de ácidos aldónicos: Reacción de Fehling
CHO
H
HO
COOH
OH
H
H
Cu++
H
OH
HO- , H2O
H
OH
CH2OH
HO
OH
H
+ Cu2O
H
OH
H
OH
CH2OH
Reacciones sobre monosacáridos
3. Condensación del carbonilo con derivados de aminas: Obtención osazonas
CHO
HO
HC
H2N
H
3
HO
HN
H
H
OH
H
OH
CH2OH
D-Glucosa
HO
N
NH
Ph
N
NH
Ph
H
AcONa
H2N
NH3
H
OH
H
OH
CH2OH
Reacciones sobre monosacáridos
3. Condensación del carbonilo con derivados de aminas: Obtención osazonas
HN
NH2
O
H
HN
HN
C
H
N
H
C
H
OH
H
H
HO
NH
CH
O
H
O
HO
H
OH
H
OH
H
Reoardenamiento
de Amadoris
HO
H
R
CH2OH
R
Glucosa fenilhidrazona
Reacciones sobre monosacáridos
3. Condensación del carbonilo con derivados de aminas: Obtención osazonas
HN
H
HN
HN
H
H
NH
NH
NH
CH
CH
CH
O
N
N
H2N
HO
N
H
H
HO
HO
H
H
R
R
R
HN
HN
H
H
H
H
N
N
H
H
R
R
HN
H
N H
C
NH
NH
C
C
HO
HO
N
N
H
H
H
NH
CH
N
N
N
H
H
HO
H
ó
N
H
NH
HO
H
R
R
Reacciones sobre monosacáridos
3. Condensación del carbonilo con derivados de aminas: Obtención osazonas
H
N H
C
H2N
N
+
N
H
N
H
HO
H
R
NH3
HN
H
N
C
N
HO
H
R
N
H
Osazona
Reacciones sobre monosacáridos
3. Condensación del carbonilo con derivados de aminas: Obtención osazonas
La reacción se detiene al llegar al C-2
Evidencia experimental:
Ph
Ph
CHO
H
HO
N
N
N
H
H
OH
H
H
OH
H
OH
Ph
+
H2N
N
CH3
α−metilfenilhidrazina
CH2 OH
C1
H
N
N
C
C22
H
Ph
Ph
H
H
C
C33
H
H
HC
O
O
R
R
H
H
Se estabiliza por formación de puente de H
con el C3-OH
HC
Ph
CH3
Ph
CH3
N
N
N
N
N
N
N
N
N
N
N
CH3
Ph
CH3
Ph
CH3
Ph
N
Ph
CH3
Reacciones sobre monosacáridos
3. Condensación del carbonilo con derivados de aminas: Obtención osazonas
CHO
H
HO
HC
OH
Ph
N
NH
Ph
CHO
HO
H
HO
H
H
OH
H
H
NH
H
HO
H
N
H
OH
H
OH
OH
OH
H
OH
CH2 OH
CH2OH
CH2OH
D-Glucosa
D-Manosa
CH2 OH
O
HO
H
H
OH
H
OH
CH2 OH
D-Fructosa
Reacciones sobre monosacáridos
4. Formación de esteres
Acetilación
Condiciones: Ac2O/py 20ºC, 12h.
CH3COCl/py 25ºC, 16h.
Reacciones sobre monosacáridos
4. Formación de esteres
Acetilación
Remoción: Transesterificación por disolución del acetato en metanol con Naº, reacción rápida y cuantitativa.
KHCO3/ MeOH/H2O, 20ºC, 1d.
50%NH3/MeOH, 20ºC, 2,5h.
El acetato sobre el C-anomérico es más fácil de remover. Se pueden emplear condiciones más
suaves para su desprotección selectiva en medio básico
Acilación y desacilación selectiva con lipasas
Reacciones sobre monosacáridos
4. Formación de esteres
Benzolilación
Los benzoatos son grupos protectores interesantes:
•Dan derivados que cristalizan (muy útiles para realizar determinaciones
cristalográficas por RX (Se usan los 4-bromobenzoatos)
Preparación: Cloruro de benzoílo en piridina (18ºC 2d)
Remoción: 1%NaOH/MeOH (más estable que los acetatos 20ºC, 50 min.)
Reacciones sobre monosacáridos
4. Formación de eteres
Permetilación
Métodos de permetilación
•Sulfato de metilo/NaOH
•Ioduro de metilo /Ag2O o Ioduro de metilo/N,N-DMF
•Método de Hakamori (NaH/DMSO/MeI)
OH
HO
HO
HO
HO
O
OCH3
OCH
3
O
OH
H3C O S O CH3 , NaOH
CH3 I, Ag
O 2O, MeOH
O
OH OH
H33CO
CO
H
H33CO
CO
OO
OCH
3
OCH
OH OH
CH 3OSO3 Na, H2 O
3
OCH3
OCH 3
1,2,3,4,6-penta-O-metil-D-glucopiranosa
Reacciones sobre monosacáridos
4. Formación de eteres
Permetilación
O
O
Método de Hakamori
(NaH/DMSO/MeI)
H3 C
S
NaH
CH3
O
H3 C
S
O
O
CH2
O
H2
O
OH
H3 C
O
HO
HO
OH
- OO
S
O
O
CH2
OO
--
OO
--
- OO
OO
- OO
OH
H3C
I
OCH3
H3 CO
H 3CO
O
OCH3
OCH3
Na
Reacciones sobre monosacáridos
4. Formación de eteres
Trimetilsililéteres
Los reactivos utilizados como dadores del grupo TMS, responden a la formulación general
(CH3)3Si-X, por ejemplo:
trimetilclorosilano (TMCS) (CH3)3SiCl,
hexametildisilazano (HMDS) (CH3)3SiNHSi(CH3)3,
C2H5-OH + (CH3)3SiCl
C2H5OSi(CH3)3 + HCl
Mecanismo de la reacción de sililación
En solventes no polares o poco polares, el mecanismo corresponde a una SN2
δ+
H-Y + Me3Si-X
Me Me δ−
X
Y
Si
H
Me
Y-SiMe 3 + H-X
Reacciones sobre monosacáridos
4. Formación de eteres
Trimetilsililéteres
Catálisis básica
Puede interpretarse como la remoción de un protón según el esquema
δ+
B
Me Me δ−
X
Y
Si
H
Me
o en el caso extremo que H-Y sea un fenol o ácido carboxílico:
H-Y + B -
Y- + Me 3Si-X
X- + H-B
Y - + H-B
δ− Me Me δ−
X
Y
Si
Me
Y-SiMe 3 + X-
H-X + B -
Reacciones sobre monosacáridos
4. Formación de eteres
Trimetilsililéteres
Catálisis ácida
Para dadores de TMS como es el caso del HMDS, se observa un efecto
catalítico producido por ácidos según:
Me3Si-X + H +
H-Y +
+
Me 3SiXH
+
Y-SiMe 3
H
+
Me-Si-XH
δ+ Me Me δ+
XH
Y
Si
H
Me
H+ + Y-SiMe 3
+
Y-SiMe 3 + HX
H
Reacciones sobre monosacáridos
4. Formación de eteres
Trimetilsililéteres
OSi(CH3)3
OH
HO
HO
TMCS/HMDS/py
O
OH
OH
20ºC, 5 min
(H3C)3SiO
(H3C)3SiO
O
OSi(CH3) 3
OSi(CH3)3
Para el caso del HMDS la reacción es catalizada por ácidos y para TMCS por
bases, existiendo la posibilidad del sistema HMDS + TMCS, que es de tipo
autocatalítico.
El uso de piridina en reacciones de sililación cumple un rol de solvente más
que de catalizador, aceptándose para ella una función de solvatación de Me3SiX con la consiguiente debilitación del enlace Si-X.
Reacciones sobre monosacáridos
4. Formación de eteres
Tritiléteres
N
C Cl
C
Un ión carbonio buen agente
alquilante
Selectivo por su tamaño
Cl
Catión tritilo
H
C O
O
C
H
R
R
En condiciones suaves se puede lograr tritilación selectiva de alcoholes primarios
CH2OC(PH)3
OH
Ph3CCl/4 -N,N-DMAPy/DMF
O
HO
HO
OH
25ºC, 12h.
O
HO
HO
OH
Los tritiléteres son estables a las bases pero sensibles a los ácidos:
Remoción: AcOH, 56ºC, 7h
OH
OH
Reacciones sobre monosacáridos
4. Formación de eteres
Tritiléteres
C Cl
N
C
Un ión carbonio buen agente
alquilante
Selectivo por su tamaño
Cl
Catión tritilo
H
C O
O
C
H
R
R
En condiciones suaves se puede lograr tritilación selectiva de alcoholes primarios
CH2OC(PH)3
OH
Ph3CCl/4 -N,N-DMAPy/DMF
O
HO
HO
OH
OH
25ºC, 12h.
O
HO
HO
OH
OH
Reacciones sobre monosacáridos
4. Formación de eteres
Benziléteres
OBn
OH
O
HO
C6H6CH2Cl/NaOH
BnO
BnO
HO
20ºC, 1-3h.
OH
OCH3
Remoción: H/Pd, EtOH
O
OCH3
OBn
Reacciones sobre monosacáridos
5. Formación de acetales cíclicos
H
R
H
R
H
C
R
O
+
O
C
O
H
H
R'
C
C
C
R'
O
C
R'
OH
O
C
O
H
+H 2O
O
R
C
H+
O
R
R
O
C
C
C
C
R'
C
O
C
C
O
R'
-H 2O
C
R'
O
H
H
Condiciones para la formación de acetales cíclicos:
Estereoquímica
estructura anular
estabilidad conformacional
naturaleza de los compuestos carbonílicos
Condiciones de reacción
Reacciones sobre monosacáridos
5. Formación de acetales cíclicos
Acetales isopropilidénicos o acetónidos: Dioles vecinales cis con acetona en medioácido
O
HO
H3C
CH3
+
H
C
+H2 O
O
H3 C
CH3
O
HO
Desprotección: 1N HCl/THF (1:1) 10ºC
OH
OH
O
OH
O
OH
O
C
H3C
CH3
O
HO
OH
OCH3
O
OCH3
Reacciones sobre monosacáridos
5. Formación de acetales cíclicos
Acetales isopropilidénicos o acetónidos: Dioles vecinales cis con acetona en medioácido
HO
O
O
OH
HO
C
OH
O
H3 C
CH3
O
HO
HO
OH
OH
O
OH
O
+H2O
ZnCl2, H3PO 4
OH
OH
O
O
91%rend
1,2,5,6-di-O-isopropiliden-D-glucofuranosa
Reacciones sobre monosacáridos
Uso de acetales cíclicos
O
O
OH
O
O
OH
O
H3O+
OCH3
O
CH3I/Ag2O
O
O
H
HO
H3C
OH
O
O
O
O
O
O
O
O
OH
O
O
NaBH4
oxidación
O
O
O
O
O
O
O
O
1,2,5,6-di-O-isopropilides-3ceto-α-D-ribohexofuranosa
O
OH
O
D-allo-derivado
Reacciones sobre monosacáridos
5. Formación de acetales cíclicos
Acetales cíclicos de seis miembros: Reacción de azúcares con benzaldehído
H
OH
C
Cl
O
HO
HO
O
OH
ZnCl2
O
O
O
HO
OH
OH
OH
4,6-O-benziliden-D-glucopiranosa
42% rend
Esta reacción requiere una unidad 1,3-diol en el azúcar teniendo el -CH2OH
libre rotación de modo que puede dar una conformación silla
OH
O
OH
O
OH
C
H
Ph
Esta también es una relación 1,3-diol
pero al tener los grupos un ordenamiento 1,3diecuatorial no puede formarse el acetal puenteándose
con un carbono
Reacciones sobre monosacáridos
Cambiando la longitud de cadena
Degradación de Ruff
Reacciones sobre monosacáridos
Síntesis de Killiani-Fischer
Cambiando la longitud de cadena
Reacciones sobre monosacáridos
Isomerización catalizada por bases
En medio básico cetosas y aldosas se equilibran para dar mezclas de azúcares
CHO
H
CHO
OH
HO
H
H
Ca(OH)2 0.035N
HO
CHO
CH2OH
OH
HO
H
H
HO
H
O
HO
H
H
OH
H
OH
H
OH
H
OH
H
OH
H
OH
H
OH
H
OH
CH2OH
D-glucosa
CH2OH
CH2OH
CH2OH
D-glucosa
63-67%
D-manosa
0,8-2,4%
D-fructosa
29-31%
Reacciones sobre monosacáridos
Isomerización catalizada por bases
En medio básico cetosas y aldosas se equilibran para dar mezclas de azúcares
H
HO-
CHO
H
OH
HO
H
H
H
OH
OH
CH2OH
O
C
OH
HO
CHO
H
C
OH
H
OH
HO
H
HO
H
OH
H2O
H
H
O
HO
H
HOH
H
H
OH
H
OH
OH
OH
CH2OH
CH2 OH
CH2OH
D-glucosa
HO-
H2O
CH 2OH
O
HO
H
H
OH
H
OH
CH 2OH
D-fructosa
D-manosa
Reacciones sobre monosacáridos
Formación de derivados de furano en medio ácido
En medio furtemente ácido los azúcares deshidratan
CHO
H
OH
O
HCl 12%
HO
H
O
H
OH
CH2OH
H
Furfural
BIBLIOGRAFÍA
-ORGANIC CHEMISTRY. 2da. Edition.G.Marc LOUDON. Editorial Benjamin
-ORGANIC CHEMISTRY. J. Mc MURRY. 3ra Edición 1994. Ed Interamericana
-QUIMICA ORGANICA. Francis Carey ·3 Edicion 1999. Ed. Mc Graw Hill.
-ORGANIC CHEMISTRY J. Clayden, N. Greeves, S. Warren, and P. Wothers,
2000.Oxford University Press.
-BIOCHEMISTRY. Lubert STRYER 3 Edition 1998. Ed. Freemon
-BIOORGANIC CHEMISTRY Hermann Dugas. 3rd Edition 1996. Springer Verlang
-BIOQUÍMICA. D.y J. Voet 1992. Ed. Omega
-BIOQUIMICA. Albert L. LEHNINGER. 2da. Ed. Ediciones Omega
-PRINCIPIOS DE BIOQUIMICA. Albert L. LEHNINGER. Ediciones Omega
-BIOQUIMICA. Mathews, C and Van Holde, K E. Ed. McGraw- Hill Interamericana.
Segunda edición. 1998.
-QUIMICA ORGANICA. ESTRUCTURA Y FUNCION. Vollhardt, P and Schore,
N. Ed. Omega. 3ra Edición, 2000.
-CARBOHYDRATES The Sweet Molecules of Life. Robert Stick
Academic Press.
2001 Ed.