TEMA 3: CARBOHIDRATOS PARTE 2

TEMA 3: 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
CHO
H
OH
HO
H
HO
H
H
CH2OH
OH
CH2OH
D-galactosa
H
NaBH4
OH
HO
H
HO
H
H
OH
CH2OH
galactitol
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, H2O
OH
CaCO3
H
HO
H
HO
H
H
OH
H
OH
pH 5-6
H
OH
CH2OH
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
• Las cetosas NO reaccionan
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
Las cetosas no reaccionan con agua de bromo porque no
tienen hidrógeno en el C anomérico
OH
O
OH
HO
OH
CH 2OH
Br 2, H2O
CaCO3
No reacciona
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
2. Oxidación
2.4 Ruptura oxidativa de dioles vecinales: Reacción de Malaprade
Agente oxidante: Metaperiodato de sodio
IO4-
H5IO6
+H+
-H+
+
2 H2O
H4IO6-
H3IO6= + H+
Reacciones sobre monosacáridos
Ruptura oxidativa de dioles vecinales: Reacción de Malaprade
Ejemplos de reacción
R
H
1
OH
H
O
H5IO6
+
OH
H2 O
HC
+
O
HC
+
R
H3IO4
+
R'
R'
R
2
H
OH
O
H5IO6
+
O
H2 O
HC
+
HO
O
C
+
R
H3IO4
+
R'
R'
R
3
H
OH
O
O
+
H5IO6
H2O
+
HC
R
H
+
HO
C
H
O
+
H3IO4
Reacciones sobre monosacáridos
Ruptura oxidativa de dioles vecinales: Reacción de Malaprade
Interpretación mecanística
R
R
OH
H
H
OH
H
OH
+ H5IO6
2 H 2O +
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
OH
O
O
OH
H
OH
O
HO
HO
HO
HO
OH
H
H
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
O
MeOH/ H+
HO
OH
O
OCH3
OH
OH
O
O
O
OCH3
+
O
H
C
H
O
Aplicación de la reacción de Malaprade a la determinación estructural
de monosacáridos
Determinación del tamaño de anillo en D-arabinosa
H
HOH 2C
O
H
O
OH
OH
H
OCH3
HO
H
OCH 3
HO
HO
se consumen 2 moles de IO4se consume 1 mol de IO4-
Reacciones sobre monosacáridos
3. Condensación del carbonilo con derivados de aminas: Obtención osazonas
fenilhidracina
CHO
HO
H2N
H
3
HO
HC
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
HN
O
H
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
R
Glucosa fenilhidrazona
CH2OH
Reacciones sobre monosacáridos
3. Condensación del carbonilo con derivados de aminas: Obtención
osazonas
HN
HN
HN
HH
H
NH
NH
NH
CH
CH
CH
OO
N
HH22NN
HO
HO
NN
HH
HH
HO
H
RR
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
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
HO
H
+
N
H
N
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
metilfenilhidrazina
CH2OH
C1
H
N
N
C
C22
H
N
H
C
C33
R
R
Ph
Ph
H
H
HC
O
O
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
CHO
H
HO
HC
OH
Ph
N
NH
Ph
HO
H
HO
H
H
OH
H
H
NH
H
HO
H
N
H
OH
H
OH
OH
OH
H
OH
CH2OH
CH2OH
CH2OH
D-Glucosa
D-Manosa
CH2OH
O
HO
H
H
OH
H
OH
CH2OH
D-Fructosa
Reacciones sobre monosacáridos
4. Formación de esteres
4.1.Acetilación
OCOCH3
OH
HO
HO
H3C
O
OH
OH
O
O
CH3
O
Py
H3COCO
H3COCO
O
OCOCH3
OCOCH3
1,2,3,4,6-penta-O-acetil-D-glucopiranosa
88 %
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
4.2. Benzoilación
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
5. Formación de éteres- Permetilación
Métodos de permetilación
•Sulfato de metilo/NaOH
•Ioduro de metilo /Ag2O (Síntesis de Williamson) o Ioduro de
metilo/N,N-DMF
•Método de Hakamori (NaH/DMSO/MeI)
O
OH
H3C O S O CH3 , NaOH
O
O
HO
OCH3
HO
H3CO
H3CO
OH
O
OCH3
OH
CH3OSO3Na, H2O
OCH3
1,2,3,4,6-penta-O-metil-D-glucopiranosa
Reacciones sobre monosacáridos
4. Formación de éteres- Permetilación
Métodos de permetilación
•Sulfato de metilo/NaOH
•Ioduro de metilo /Ag2O (Síntesis de Williamson) o Ioduro de
metilo/N,N-DMF
•Método de Hakamori (NaH/DMSO/MeI)
OCH3
OH
HO
HO
CH3I, Ag2O, MeOH
O
OH
OH
H3CO
H3CO
O
OCH3
OCH3
1,2,3,4,6-penta-O-metil-D-glucopiranosa
Reacciones sobre monosacáridos
5. Formación de eteres- Permetilación
O
O
Método de Hakamori
(NaH/DMSO/MeI)
NaH
S
H3C
S
H3C
CH3
H2
OO- -
O
OH
S
H3C
O
HO
HO
CH2
-O
OO
O
--
OO- -
OO
OH
OO- -
OH
DMSO
H3C
I
OCH3
H3CO
H3CO
O
OCH3
OCH3
CH2
Na
Reacciones sobre monosacáridos
5. Formación de éteres 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
Me Me 
X
Y
Si
H
Me

H-Y + Me3Si-X
Y-SiMe3 + H-X
Reacciones sobre monosacáridos
5. Formación de eteres
Trimetilsililéteres
Catálisis básica
Puede interpretarse como la remoción de un protón según el esquema

B
Me Me 
X
Y
Si
H
Me
o en el caso extremo que H-Y sea un fenol o ácido carboxílico:
H-Y + B-
Y- + Me3Si-X
X- + H-B
Y- + H-B
 Me Me 
X
Y
Si
Me
Y-SiMe3 + X-
H-X + B-
Reacciones sobre monosacáridos
5. Formación de éteres
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 +
+
Me3SiXH
+
Y-SiMe 3
H
+
Me-Si-XH
 Me Me 
XH
Y
Si
H
Me
H+ + Y-SiMe 3
+
Y-SiMe 3 + HX
H
Reacciones sobre monosacáridos
5. Formación de éteres
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
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 Me3Si-X con la consiguiente debilitación del
enlace Si-X.
Reacciones sobre monosacáridos
5. Formación de éteres – TritiléteresN
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
HO
HO
Ph3CCl/ DMAPy/DMF
O
OH
25ºC, 12h.
HO
HO
OH
Los tritiléteres son estables a las bases pero sensibles a los ácidos:
Remoción: AcOH, 56ºC, 7h
O
OH
OH
Reacciones sobre monosacáridos
5. Formación de éteres- Benziléteres
OBn
OH
C6H6CH2Cl/NaOH
HO
HO
O
BnO
BnO
20ºC, 1-3h.
OH
OCH3
Remoción: H/Pd, EtOH
O
OBn
OCH3
Reacciones sobre monosacáridos
6. Formación de acetales cíclicos
H
R
H
R
H
C
R
O
+
O
C
O
R'
C
C
H
C
R'
O
C
H
R'
OH
O
C
O
H
+H2O
O
R
C
H+
O
R
R
O
C
C
C
C
R'
C
O
C
C
O
R'
-H2O
C
R'
O
H
H
Condiciones para la formación de acetales cíclicos:
Estereoquímica
estructura anular
estabilidad conformacional
Reacciones sobre monosacáridos
6. Formación de acetales cíclicos
Acetales isopropilidénicos o acetónidos: Dioles vecinales cis con acetona en medio ácido
O
HO
H3C
H
C
+H2O
O
CH3
O
HO
H3C
CH3
+
Desprotección: 1N HCl/THF (1:1) 10ºC
OH
OH
O
OH
O
H3C
C
OH
O
CH3
O
HO
OH
OCH3
O
OCH3
Reacciones sobre monosacáridos
6. Formación de acetales cíclicos
Acetales isopropilidénicos o acetónidos: Dioles vecinales cis con acetona en medio ácido
HO
O
O
OH
HO
OH
O
H3C
C
CH3
O
HO
HO
OH
OH
O
OH
O
+H2O
ZnCl2, H3PO4
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
OH
HO
H3CO
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--D-ribohexofuranosa
O
OH
O
D-allo-derivado
Reacciones sobre monosacáridos
6. Formación de acetales cíclicos
Acetales cíclicos de seis miembros: Reacción de azúcares con benzaldehído
H
OH
C
H
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 Cambiando la longitud de cadena
Síntesis de Killiani-Fischer
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-
C
H
OH
HO
H
H
OH
H
OH
CH2OH
O
C
OH
HO
CHO
H
CHO
OH
H
OH
HO
H
HO
H
OH
H2O
H
H
O
HO
H
HOH
H
H
OH
H
OH
OH
OH
CH2OH
CH2OH
CH2OH
D-glucosa
HO-
H2O
CH2OH
O
HO
H
H
OH
H
OH
CH2OH
D-fructosa
D-manosa
Reacciones sobre monosacáridos
Formación de derivados de furano en medio ácido
CHO
H
OH
O
HCl 12%
HO
H
O
H
OH
CH2OH
En medio fuertemente ácido los azúcares deshidratan
H
Furfural
OH
H
OH
OH
OH
OH
OH
OH
H
O
OH
O
H
OH
OH
OH
OH
OH
H 2O
OH
H
H
OH
OH
OH
enol
ceto
OH
OH
OH
OH
O
O
O
O
O
O
O
H
H
OH
OH
H
H
H
H
H
H2O
O
H
H
O
O
O
O
O
O
O
H
H
H
H
H
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.