Appunti di Chimica organica 2 (3/3)

- Famiglia degli zuccheri L: Oltre a tutti gli enantiomeri della serie O, c'è il fucosio:

È l'analogo del L-Galattosio ma in fondo alla catena invece di avere CH₂OH ha un metile, in questo caso vengono chiamati deossizuccheri se al posto dell' OH c'è un NH₂ vengono chiamati deossiammine zuccheri.

- Sintesi di Kiliani-Fisher: Questa reazione permette di accrescere la catena di uno zucchero attraverso la formazione di una cianidrina:

Siccome il cianuro può attaccare da entrambe le parti del carbonile si formano due diastereoisomeri: il D-gluconitrile e il D-mannonitrile, con resa maggiore per il D-mannonitrile. I due composti sono separabili e per idrogenazione (con Pd/BaSO₄ per fermarmi al doppio legame) ottengo l'immina che per idrolisi diventa aldeide.

Degradazione di Ruff

La degradazione di Ruff serve per ottenere zuccheri con un atomo di carbonio in meno. Essa si effettua per decomposizione dei sali di Calcio degli acidi, ottenuti per ossidazione, come ossidante si usa Br₂/H₂O.

La degradazione dei sali di calcio degli acidi carbossilici si chiama reazione di Pina.

Correlazioni per la determinazione della struttura degli zuccheri:

Consideriamo la reazione di Kiliani-Fischer sulle gliceraldeidi che porta a D-eritrosio e D-treosio:

• È utile notare che per il D-eritrosio, se i carboni 2 e 4 fossero identici, ci sarebbe un piano di simmetria nella molecola, quindi per ossidazione trasforma quei gruppi in gruppi carbonilici ottenendo l'acido tartarico. Il derivato dell'eritrosio sarà quindi otticamente inattivo, mentre il derivato del treosio no.
• Prendendo un qualsiasi zucchero per aggiunta di un atomo di carbonio ottengo due epimeri, ovvero due diastereoisomeri che differiscono l'uno dall'altro per un solo stereocentro. Si chiamano epimeri al C-n quando lo stereocentro è presente sul carbonio n. Ad esempio glucosio e galattosio sono epimeri al C-4.

Anche gli acidi aldarici possono dar luogo a forme cicliche lattoniche, inoltre nell'acido glucarico avremo un bis-lattone perché è possibile formare due anelli lattonici.

acido glucarico

- Acidi uronici: Sono i prodotti di ossidazione del carbonio anomerico di uno zucchero lasciando invariate le altre funzioni (anche quelle carbonilica). Ovviamente questa ossidazione è possibile solo previa protezione del gruppo carbonilico. La protezione avviene perché gli zuccheri possono dare una reazione acetalica intramolecolare e formando una struttura ciclica protetta.

glucosio acido glucuronico

- Formazione di emiacetali ciclici: Essendo gli zuccheri composti idrossicarbonilici, possono dare reazioni emiacetaliche intramoleolari formando emiacetali ciclici. I cicli a 5 e 6 termini sono i più stabili, lo zucchero sarà quindi in equilibrio tra le forme aperta e le forme chiuse a 5 e 6 termini.

forma furanosidica forma piranosidica

Con gli equilibri sono molto spostati verso le forme chiuse perché favorite per via termodinamica. Si può pensare che tra le forme chiuse quella furanosidica sia sempre quella prevalente perché più stabile. Ma a causa delle

Glicosidi

I saccaridi possono dare reazioni di condensazione formando dimeri, oligomeri e polimeri. Il legame che lega due unità è un legame etereo (si forma un acetale) che viene chiamato legame glicosidico. Quando l'aldeide diventa acetale perde tutte le reattività tipiche delle aldeidi (ad esempio non reagisce con Fehling e Tollens). Sono reazioni di riduzione. La reazione è un equilibrio quindi in ambiente acido in eccesso di acqua riforma il monomero.

Alchilazione. Se si usa un agente alchilante come il dimetilsolfato, non c'è selettività verso nessun ossidrile, quindi si ha il prodotto di completa alchilazione. In ambiente acido acquoso poi può essere deprotetto selettivamente il carbonio anomerico.

Acetilazione. Si possono anche formare degli esteri trattando lo zucchero con anidride acetica ottenendo lo zucchero pentaacetato. Per la deprotezione si fa l'idrolisi alcalina con metanolo.

Uso di sildiderivati. Se si usano gruppi protettori ingombranti come il terz-butil dimetilsililcloro (TBDMSCl) è possibile proteggere selettivamente l'ossidrile primario in posizione 6.

AMMINOACIDI

Gli amminoacidi sono i componenti fondamentali delle proteine. Quelli che formano le proteine (proteiongenici) sono 20. Chimicamente sono composti bifunzionali che contengono un gruppo acido e un gruppo amminico. Avendo un gruppo acido e un gruppo basico nella stessa molecola, si ha un equilibrio acido-base interno. Alla neutralità quindi si avrà il gruppo amminico protonato e il gruppo carbossilico deprotonato (forma zwitterionica). Nelle forma zwitterionica c'è la massima solubilità in acqua perché l'acqua non può separare le due cariche, che sono vicine.

• Amminoacidi non proteiongenici:

  Sono amminoacidi importanti che non vengono trovati nelle proteine. Uno di questi è L-Ornitina e L-Citrullina, dove il gruppo amminico terminale è trasformato in urea.

L-Ornitina

L-Citrullina

Un altro è l'acido 4-amminobutirrico (GABA), che ha la funzione di neurotrasmettitore

Un altro amminoacido importante è l'acido para-ammino benzoico, che è una vitamina.

• Amminoacidi proiezione Fisher:

  Anche gli amminoacidi sono specie chirali e quindi possono essere rappresentate secondo il modello di Fisher. Tutti gli amminoacidi proteiongenici sono della serie L, ovvero dove il gruppo amminico sta a sx nella proiezione di Fisher. Tutti glie amminoacidi proteiongenici hanno configurazione assoluta S tranne la cisteina a causa della priorità dello zolfo.

Protezione degli α-amminoacidi:

Gli amminoacidi sono generalmente poco solubili sia in ambiente acquoso che organico. Per migliorare la solubilità e proteggere o i gruppi amminici o carbossilici. Per esempio è possibile farli reagire con anidride acetica per formare l'ammide corrispondente. Oppure posso proteggere il gruppo carbossilico formando un estere.

Peptidi

I peptidi sono composti formati da due o più amminoacidi legati tra loro da un legame peptidico, che è un legame ammidico. Ad esempio consideriamo il dipeptide Ser-Ala

Anche i peptidi avranno la loro forma zwitterionica e il loro punto isoelettrico. NB. Ser-Ala è diverso da Ala-Ser.

Determinazione della struttura di un peptide:

Per capire quali amminoacidi compongono un peptide è sufficiente fare una idrolisi acida. Non possiamo però sapere con questo metodo la successione degli amminoacidi; per capirlo possiamo usare la Degradazione di Edman. Si usa il fenilisotiocianato che reagisce con l'NH₂ libero dell'amminoacido della catena staccandone e formando una fenil tiadionina. Analizzando via via le idantine che si formano è possibile ricostruire la sequenza:

Per attacco nucleofilo dell'azoto del peptide sul carbonio del reagente si forma una tiozolidona. A questo punto lo zolfo si comporta da nucleofilo reagendo con il legame ammidico formando un tiozaltolinne e liberando la catena.

- Struttura quaternaria: La struttura quaternaria consiste in un agglomerato di più strutture terziarie.

- Denaturazione delle proteine: La denaturazione è la perdita di struttura delle proteine. La denaturazione può avvenire per via termica o per via chimica. La proteina denaturata assume una struttura tipo random coil diventando insolubile. La denaturazione per via termica è praticamente irreversibile. Esiste una denaturazione reversibile ed avviene per via chimica attraverso la rottura dei ponti S-S per riduzione (urea, tioetanolo). Alcune volte è possibile riottenere la struttura attraverso processi ossidativi.

- Proteine coniugate: Le proteine coniugate sono proteine che contengono altri gruppi che non sono di natura proteica, ad esempio le glicoproteine, lipoproteine e metalloproteine (gran parte degli enzimi sono metalloproteine). La mioglobina contiene un gruppo prostetico (non proteico) che è una porfirina che lega il ferro.