Ringöffnung bei Disacchariden?
Ich habe gelesen, dass bei Maltose eine Ringöffnung stattfinden kann bei Sacharose aber nicht. Warum ist das so? In Wasser gelöst, können beide Disachharide hydrolisiert werden und es liegen dann jeweils 2Moleküle mit eine halbacetalischen OH Gruppe vor. Demnach könnte doch auch Sachharose eine Ringöffnung eingehen oder nicht? Und findet die Ringöffnung im neutralen, sauren und im alkalischen statt?
2 Antworten
Ja, Maltose und Saccharose sind beide Disaccharide und lassen sich daher zu Monosacchariden hydrolysieren, wenn man sie mit Säure kocht (die Resultate sind Glucose+Glucose bzw. Glucose+Fructose). Soweit hast Du recht.
Aber das ist nicht, was in diesem Zusammenhang vermutlich mit „Ringöffnung“ gemeint ist, nämlich die Mutarotation. Alle größeren Monosaccharide (Hexosen und Pentosen) sind Halbacetale (bzw. Halbketale, aber diese Komplikation lasse ich weg), sie enthalten also ein C-Atom, das eine OH-Gruppe und zsätzlich noch ein etherartiges O-Atom, das den Ring schließt. In wäßriger Lösung stehen sie mit der offenkettigen Form (die ein Aldehyd bzw. ein Keton ist) im Gleichgewicht. Da es aber zwei Halbacetalformen (α und β, die beiden bezeichnet man auch als Anomere) gibt, können sich die beiden über die offenkettige Form ineinander umwandeln. Das ist recht langsam und läßt sich gut in einem Polarimeter verfolgen, weil nach dem Lösen der festen Form der Drehwinkel für polarisiertes Licht driftet, bis sich das α/β-Gleichgewicht eingestellt hat.
Disaccharide sind zwei Monosaccharide, die über eine glycosidische Bindung miteinander verknüpft sind. Die glycosidische Bindung ist eine Art Ether-Verknüpfung der halbacetalischen OH-Gruppe des ersten Einfachzuckers mit einer OH-Gruppe des zweiten Einfachzuckers. Dadurch entsteht am ersten ein Vollacetal, das keine Ringöffnung mehr machen kann, aber der zweite Zucker hat ja immer noch eine halbacetalische OH-Gruppe, und daher gibt es immer noch Mutarotation, d.h., es gibt wieder zwei Anomere, die sich unter Ringöffnung über die offenkettige Form ineinander umwandeln können. Maltose, Isomaltose, Cellobiose und Lactose sind Beispiele für solche Zweifachzucker.
Alle diese Zucker sind übrigens auch reduzierend, weil es eine offenkettige Form mit einer Aldehydfunktion gibt, die reduzierend wirkt.
Aber bei Saccharose ist alles anders. Die beiden Zucker sind hier ganz speziell verknüpft: Die beiden halbacetalischen OH-Gruppen der Einfachzucker gehen eine Art Etherbindung ein. Damit ist das Molekül ein doppeltes Vollacetal und hat keine Halbacetalgruppe mehr. Es gibt also keine unterschiedlichen Anomere (α- und β), es gibt keine offenkettige Form, und der Zucker reduziert nicht. An der Formel erkennt man diese Vögel daran, daß der Sauerstoff, der die beiden Ringe verbindet, an zwei C-Atome gebunden ist, die noch einen weiteren Sauerstoff mit daran gebundenen C-Atomen tragen. Es gibt nicht allzuviele solche Disaccharide, z.B. Trehalose, aber auch höhere Zucker können vo diesem Typ sein, z.B. das Trisaccharid Raffinose (drei Vollacetalgruppen, kein Halbacetal).
Die Zuckerspaltung läuft glaube ich nur H₃O⁺-katalysiert mit zufriedenstellender Geschwindigkeit ab. Die Biochemie kann es natürlich mit Enzymen machen und braucht keine Säure.
Mutarotation tritt spontan in neutraler wäßriger Lösung auf, wenn ich mich richtig erinnere; aber die Umwandlungsgeschwindigkeit hängt bestimmt vom pH ab. Du must bedenken, daß die festen Zucker kein Anomerengemisch ist, sondern je nach Bedingungen kristallisiert entweder die reine α-Form oder die β-Form aus. Sobald sie wieder in wäßriger Lösung sind, stellt sich das Gleichgewicht zwischen den beiden ein. Wir haben das im PC-Praktikum vermessen, man saß ungefähr eine halbe Stunde am Polarimeter, bis die Reaktion fertig war.
Ein Testcase für KI
Saccharose, auch bekannt als Haushaltszucker, ist ein Disaccharid, das aus einem Molekül Glucose und einem Molekül Fruktose besteht. Diese beiden Moleküle sind über eine α-β-1,2-glykosidische Bindung miteinander verknüpft. Die Strukturformel der Saccharose zeigt diese Verbindung in der Mitte der beiden Moleküle, die als Acetal bezeichnet wird.
Im Gegensatz dazu kann sich Maltose, ein weiteres Disaccharid, in seiner Ringform öffnen. Bei dieser Öffnung entsteht eine Aldehydgruppe am C1-Atom, die nicht an der glykosidischen Bindung beteiligt ist. Dies ermöglicht die Bildung einer offenkettigen Form.
Glucose und Fruktose in der Saccharose sind jedoch so miteinander verknüpft, dass durch eine Ringöffnung keine Aldehydgruppe mehr gebildet werden kann. Daher bleibt die Saccharose in ihrer Ringform stabil und zeigt keine reduzierenden Eigenschaften wie die Maltose.
Insgesamt ist die unterschiedliche Struktur der glykosidischen Bindungen der Grund dafür, dass Maltose eine Ringöffnung ermöglicht, während Saccharose dies nicht tut.
Quelle: ChatGPT
Können Disachharide auch im neutralen Milieu gespalten werden oder ist es nur im sauren möglich?
Und findet die Ringöffnung bzw. Die Mutarotation von Disacchariden wie Maltose nur im alkalischen oder auch im neutralen milieu statt?