端基碳：特征和实例 - 化学 - 2025

该异头碳是存在于碳水化合物（单或多糖）的环状结构的立构中心。作为一个立体中心，更确切地说是一个差向异构体，从中衍生出两个非对映异构体，分别由字母α和β表示；这些是异构体，是糖世界中广泛命名法的一部分。

每个端基异构体（α或β）在异头碳原子相对于环的OH基团位置上不同；但是两者的异头碳是相同的，并且位于分子中的同一位置。端基异构体是环状半缩醛，是糖的开链中分子内反应的产物。是醛糖（醛）或酮糖（酮）。

β-D-吡喃葡萄糖的椅子构象。资料来源：Commons Wikimedia。

上图显示了β-D-吡喃葡萄糖的椅子构象。可以看出，它由一个六元环组成，其中包括一个介于碳5和碳1之间的氧原子；后者，或更确切地说是前者，是异头碳，它与两个氧原子形成两个单键。

如果仔细观察，与碳1相连的OH基和在CH ₂ OH基（碳6）上一样指向六角环。这是β异头物。另一方面，α端基异构体仅在位于环的下方的OH基团不同，就好像它是反式非对映异构体一样。

半缩醛

有必要深入研究半缩醛的概念，以更好地理解和区分异头碳。半缩醛是醇与醛（醛糖）或酮（酮糖）之间发生化学反应的产物。

该反应可由以下一般化学方程式表示：

ROH + R'CHO => ROCH（OH）R'

可以看出，醇与醛反应形成半缩醛。如果R和R'都属于同一链，会发生什么？在这种情况下，您将具有环状半缩醛，并且形成它的唯一可能方式是分子结构中同时存在-OH和-CHO两个官能团。

此外，该结构必须由柔性链组成，并具有能够促进OH对CHO基团的羰基碳的亲核攻击的键。发生这种情况时，结构会封闭成五元或六元环。

环状半缩醛

环状半缩醛形成。资料来源：亚历杭德罗·波尔图

上图中显示了葡萄糖单糖形成环状半缩醛的例子。可以看出它是由醛糖和醛基CHO（碳1）组成。如红色箭头所示，这受到碳5的OH基团的攻击。

结构从开环（葡萄糖）到吡喃环（吡喃葡萄糖）。首先，该反应与刚才解释的半缩醛反应之间可能没有任何关系。但是如果仔细观察该环，特别是在C ⁵ -OC ¹（OH）-C ^2部分中，将意识到它对应于半缩醛的预期骨架。

碳5和2分别代表通式的R和R'。由于它们是同一结构的一部分，因此它是环状半缩醛（并且该环足够明显）。

异头碳的特征及其识别方法

异头碳在哪里？在葡萄糖中，这是CHO基团，它可以低于或高于OH受到OH的亲核攻击。如前所述，取决于侵蚀的方向，形成两种不同的端基异构体：α和β。

因此，该碳具有的第一个特征是在开放糖链中它是遭受亲核攻击的碳。也就是说，对于醛糖，它是CHO基团；对于酮糖，它是R ₂ C = O基团。但是，一旦形成环状半缩醛或环，该碳可能似乎已消失。

在这里可以找到其他更具体的特征，将其定位在所有碳水化合物的任何吡喃或呋喃糖环中：

-异头碳原子总是在构成环的氧原子的右侧或左侧。

-更重要的是，它不仅与该氧原子相连，而且与CHO或R ₂ C = O 的OH基团相连。

-它是不对称的，也就是说，它具有四个不同的取代基。

具有这四个特征，通过查看任何“甜味结构”很容易识别异头碳。

例子

例子1

β-D-果糖呋喃糖。资料来源：NEUROtiker（谈话•贡献）

上面是β-D-果糖呋喃糖，一种带有五元环的环状半缩醛。

要识别异头碳，我们必须首先查看组成环的氧原子左侧和右侧的碳。然后，与OH基团连接的是异头碳；在这种情况下，已经用红色圈出。

这是β端基异构体，因为异头碳的OH和CH ₂ OH基团都在环上。

例子2

蔗糖。资料来源：NEUROtiker，来自维基百科。

现在，我们尝试解释蔗糖结构中的异头碳。可以看出，它由通过糖苷键-O-共价连接的两个单糖组成。

右侧的环与刚才提到的环完全相同：β-D-果糖呋喃糖，只有其“向左”翻转。异头碳与前面的情况相同，并具有所有预期的特性。

另一方面，左侧的环是α-D-吡喃葡萄糖。

重复相同的异头碳识别程序，观察氧原子左侧和右侧的两个碳，发现右侧的碳是与OH基团相连的碳。参与糖苷键。

因此，两个异头碳都通过-O-键连接，因此被红色圆圈包围。

例子3

纤维素。资料来源：NEUROtiker

最后，提出鉴定纤维素中两个葡萄糖单元的异头碳。再次，观察到环内氧周围的碳，并且发现在左侧的葡萄糖环中，端基异构碳参与糖苷键（包围在红色圆圈中）。

然而，在右侧的葡萄糖环中，异头碳在氧的右侧，并且由于与糖苷键的氧结合而易于识别。因此，两个端基碳都被完全鉴定。

参考文献

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