MINT lernen

Glucose und Fructose

Zwei Zucker, eine Summenformel C₆H₁₂O₆ — und in Wasser biegen sich beide Ketten zu Ringen.

1

Die Kettenform

  • Anknüpfung:nach Aminosäuren und Proteinen (6.2.1, 6.2.2) die zweite Naturstoffgruppe: Kohlenhydrate \(\ce{C_n(H2O)_m}\). Monosaccharide sind ihre kleinsten Bausteine.
  • Glucose:Aldohexose — sechs C-Atome, Aldehydgruppe an C1, OH-Gruppen an C2 bis C6.
  • Fructose:Ketohexose — Ketogruppe an C2. Gleiche Summenformel \(\ce{C6H12O6}\): Konstitutionsisomere (5.1.4).
  • Fischer-Projektion:Kette senkrecht, das am höchsten oxidierte C-Atom oben; waagrechte Bindungen zeigen zum Betrachter, senkrechte nach hinten.
  • Stereozentren:Glucose C2–C5 (vier → \(2^4 = 16\) Aldohexosen), Fructose C3–C5 (drei).
  • D oder L:OH-Gruppe am untersten Stereozentrum (C5) rechts → D-Zucker. Natürliche Glucose und Fructose sind D-Zucker; über die Drehrichtung sagt D nichts: D-Glucose ist rechts-, D-Fructose linksdrehend.
  • Eigenschaften:fünf OH-Gruppen bilden Wasserstoffbrücken — süße, feste, sehr gut wasserlösliche Stoffe.
2

Vom Strang zum Ring

  • Ringschluss:das O-Atom der OH-Gruppe an C5 greift mit einem freien Elektronenpaar das positiv polarisierte Carbonyl-C-Atom an — eine intramolekulare nucleophile Addition.
Merke

Halbacetalbildung: \(\ce{R-CHO + R'-OH}\) \(\ce{<=>}\) \(\ce{R-CH(OH)-O-R'}\)

  • Ringgröße:Glucose: O5 an C1 → Sechsring (Pyranose). Fructose: O5 an C2 → Fünfring (Furanose); in Wasser bildet sie über O6 überwiegend Sechsringe.
  • Anomeres C-Atom:C1 der Glucose (C2 der Fructose) wird ein neues Stereozentrum. α: OH gegenüber der CH₂OH-Gruppe an C5 (Haworth: unten), β: auf derselben Seite (oben).
  • Haworth-Projektion:Ring flach von schräg oben, vordere Kante fett. Faustregel FLOH: Fischer links = Haworth oben — rechts wird unten.

Schiebe den Regler „Umklappen“ (oder Tab zum Regler und ←/→) und verfolge jedes C-Atom von der Fischer-Projektion bis in den Ring. Wähle vorher α- oder β-Form — oder lass die Umwandlung mit „Start ▶“ ablaufen.

Von der Kette zum Ring

Halte fest: Rechts in der Fischer-Projektion wird unten in der Haworth-Projektion. Beim Ringschluss entsteht am Carbonyl-C-Atom ein neues Stereozentrum — α heißt: OH gegenüber der CH₂OH-Gruppe, β: auf derselben Seite.

  • Mutarotation:in Wasser öffnet und schließt sich der Ring ständig: α ⇌ Kettenform ⇌ β. Der Drehwinkel frisch gelöster α-Glucose sinkt von +112° auf +52,7°: 36 % α, 64 % β, Kettenform unter 0,1 %.
3

Allgemeine Hinweise

α/β ist nicht D/L

D/L beschreibt C5 und bleibt beim Ringschluss gleich. α/β beschreibt nur das neue anomere C-Atom — α- und β-Glucose sind beide D-Glucose.

Halbacetal, kein Ether

Das anomere C-Atom trägt eine OH-Gruppe und ein Ring-O-Atom. Nur deshalb kann sich der Ring in Wasser wieder öffnen — ein Ether bliebe geschlossen.

FLOH beim Zeichnen

Erst den Ring mit O hinten rechts zeichnen, C-Atome nummerieren, dann jede OH-Gruppe aus der Fischer-Projektion übertragen: links → oben, rechts → unten; CH₂OH an C5 nach oben.

Videos