B7.2 Ringslutning

Kernestof på kemi A

NoteDet skal du kunne

• forklare, hvordan glucose lukker sig til en ring
• læse en haworthformel og nummerere carbonatomerne
• oversætte fra fischerprojektion til haworthformel
• skelne mellem α-glucose og β-glucose
• forklare, at ringformerne og den åbne kæde er i ligevægt

Opløser du druesukker i et glas vand, er næsten ingen af molekylerne lange kæder. Mere end 99 % af dem har bøjet sig sammen og lukket sig til ringe. Ringene er grunden til, at sukker kan sættes sammen til stivelse og cellulose.

Fra kæde til ring

Kæden i glucose er bøjelig, fordi enkeltbindinger kan drejes. Når kæden bøjer, kommer OH-gruppen på carbonatom 5 tæt på aldehydgruppen på carbonatom 1. Så kan de to grupper reagere med hinanden.

Figur 1: Glucose lukker sig til en ring. Hydrogenatomerne på ringen er ikke tegnet.

• Oxygenatomet på carbonatom 5 binder sig til carbonatom 1.
• Dobbeltbindingen i aldehydgruppen bliver til en enkeltbinding, og oxygenatomet dér får hydrogenatomet fra OH-gruppen på carbonatom 5.
• Carbonatom 1 har nu en OH-gruppe i stedet for det dobbeltbundne oxygenatom.

Reaktionen kaldes en ringslutning. Ringen består af seks atomer: fem carbonatomer og ét oxygenatom. Carbonatom 6 sidder uden for ringen som gruppen CH₂OH.

VigtigtRingslutning er ikke en kondensation

Der bliver ikke fraspaltet vand, når ringen lukker sig. Alle atomer fra kæden er stadig med i ringen. Ringen og kæden har derfor samme molekylformel, C₆H₁₂O₆, og er isomerer.

Haworthformlen

En ring af sukker tegnes som en haworthformel. Ringen er tegnet, som om du ser den skråt fra siden.

• Den tykke kant er den, der vender ud mod dig.
• Ringens oxygenatom sidder bagest til højre.
• Carbonatom 1 sidder yderst til højre, og numrene går med uret rundt i ringen.
• Grupperne på carbonatomerne peger op eller ned.
• Hydrogenatomerne på ringen tegnes for det meste ikke.

Du kan oversætte en fischerprojektion til en haworthformel med én regel.

Figur 2: Fra fischerprojektion til haworthformel for glucose. Reglen gælder for OH-grupperne på carbonatom 2, 3 og 4.

En OH-gruppe, der peger til højre i fischerprojektionen, peger ned i ringen. En OH-gruppe, der peger til venstre, peger op. I en D-form peger gruppen CH₂OH på carbonatom 5 op.

α og β

Den nye OH-gruppe på carbonatom 1 kan komme til at pege ned eller op. Det afhænger af, fra hvilken side oxygenatomet rammer aldehydgruppen. Der dannes derfor to forskellige ringe.

• I α-glucose peger OH-gruppen på carbonatom 1 ned.
• I β-glucose peger OH-gruppen på carbonatom 1 op, til samme side som CH₂OH-gruppen.

Figur 3: De to ringformer af glucose og den åbne kæde. Tallene viser fordelingen i en opløsning i vand.

I ringen er carbonatom 1 blevet asymmetrisk. Det er bundet til fire forskellige grupper: en OH-gruppe, et hydrogenatom, ringens oxygenatom og carbonatom 2. Ringen har derfor fem asymmetriske carbonatomer, mens kæden har fire. α-glucose og β-glucose er stereoisomerer.

En ligevægt mellem tre former

Ringslutningen er en reversibel reaktion. En ring kan åbne sig til kæden igen, og kæden kan lukke sig til α-formen eller β-formen. I vand indstiller der sig en dynamisk ligevægt mellem de tre former, som du kender det fra afsnit B2.1.

Ved ligevægt er omkring 36 % af molekylerne α-glucose og omkring 64 % β-glucose. Under 0,1 % er åbne kæder.

Den åbne kæde fylder altså meget lidt, men den er vigtig. Det er kun den åbne kæde, der har en aldehydgruppe. Bliver den åbne kæde brugt i en reaktion, forskydes ligevægten, og nye ringe åbner sig. Det følger af Le Chateliers princip fra afsnit B2.5. Det får betydning i afsnit B7.4.

Fructose som ring

Fructose kan også lukke sig til en ring. Her sidder carbonylgruppen på carbonatom 2, så oxygenatomet på carbonatom 5 binder sig til carbonatom 2.

Figur 4: Fructose lukker sig til en ring med fem atomer.

Ringen får kun fem atomer: fire carbonatomer og ét oxygenatom. Carbonatom 1 og carbonatom 6 sidder begge uden for ringen som CH₂OH-grupper. I ringen med fem atomer sidder oxygenatomet bagest i midten, og det er carbonatom 2, der sidder yderst til højre. Den nye OH-gruppe sidder på carbonatom 2, og den kan pege ned (α) eller op (β).

Det er ringen med fem atomer, der indgår i almindeligt sukker.

Galactose danner en ring med seks atomer ligesom glucose. Den eneste forskel er, at OH-gruppen på carbonatom 4 peger op i galactose og ned i glucose.

NoteKort sagt

• Glucose lukker sig til en ring, når oxygenatomet på carbonatom 5 binder sig til carbonatom 1. Der fraspaltes ikke vand.
• Ringen har seks atomer: fem carbonatomer og ét oxygenatom.
• I en haworthformel peger grupperne op eller ned. Til højre i fischerprojektionen svarer til ned i ringen.
• I α-glucose peger OH-gruppen på carbonatom 1 ned, og i β-glucose peger den op.
• I vand er α-formen, β-formen og den åbne kæde i ligevægt. Under 0,1 % er åbne kæder.
• Fructose kan danne en ring med fem atomer, hvor carbonatom 2 er bundet til ringens oxygenatom.

Prøv selv: Ringslutning: bøj kæden, luk ringen, og skift mellem α og β.

Se alle opgaver til emnet “Ringslutning” (B7.2)