グルコースの立体配座

食物繊維は基本、糖が結合したものであることを知り、グルコースを基本に考えているとよいのだなと食物繊維の構造式を書いているうちに、イス型で書いた糖の構造に少し違う形のものがありました。何だろうと調べて行くと、コンフォーメーション(立体配座)といわれるもので、酸素(O)と炭素番号2、3、5の炭素からなる平面を基準に、両端の炭素番号1と4の炭素が上下することがわかりました。

砂糖

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糖の基本的な形が変わっているものがあることに気がついた

食物繊維とはを書いていた時、食物繊維は基本、糖がつながったものだと知りました。そして、糖の構造式を書く場合、イス型配座で書くのが一般的(らしい)ことも知りました。出てくる糖はグルコースを基準に考えているとわかりやすいです。

いくつか食物繊維を書いているうち、アルギン酸を書いている時、糖の基本的な形が違うものが出てきました。「これは何だろう?」と思うと先に進めなくなります。

調べているうち、環構造になった糖は別な形を取ることがわかってきました。

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形が変わるのはコンフォーメーション(立体配座)というらしい

最初に発見したのは、生化学 I  講義補助資料:糖と多糖という教材で、鳥取大学工学部生物応用工学科のものみたいです。

環状構造のコンフォメーション:「コンフォメーション」とは化学的に同じ化合物が水中でとる異なる構造のこと。

β-D-グルコピラノースの水中構造は通常「いす型」コンフォメーションという形をとるが,このいす型構造には各炭素原子の水酸基と-CHOHが全部横向きに突き出ているエカトリアルコンフォメーションと全部垂直に突き出ているアキシアルコンフォメーションが存在する。

また,「いす型」の構造のほかに糖は「ボート型」と呼ばれる不安定なコンフォメーションを作ることもある。

コンフォーメーションは、立体配座と訳されています。

水酸基は下図の-OHのことです。

このような図が載せられていました。β-D-グルコピラノース、つまりβ-D-グルコースのことです。

どうやら形が変わるらしい。しかし、これだけだとわかったようなわからないような気分が残るので、もう少し調べてみました。

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酸素(O)と、炭素番号2、3、5の炭素を頂点にする平面を基準にして、両端にある炭素番号1、4の炭素が上下する

すると、有機合成化学協会誌(1995 年 53 巻 7 号 p. 652)の十字路にこんなことが書かれていました。

4C1配座 と1C4配座

ピラノース環の立体配座はシクロヘキサン環のそれとほぼ同じであるから,2種類のいす形配座が可能である。

下図において,C4がO-C2-C3-C5で規定される平面の上方に,C1が下方に位置する配座を4C1と表示する(Cはchairに由来する)。逆にC4が下方,C1が上方に位置する場合には1C4となる。

D-ヘキソピラノースの立体配座は,最もかさ高いC5-位のヒドロキシメチル基がエクァトリアル位を占める4C1配座が圧倒的に優先する・・・(後略)

これに図が添えられていました。

ピラノースは、ウイキペディアピラノースでこのように説明されています。

ピラノース(Pyranose)は、5つの炭素と1つの酸素を頂点として六員環を構成している炭水化物の総称である。

C4がO-C2-C3-C5と書かれている部分は、上の図で、青色に塗ってある平面のことを指しています。数字は炭素番号です。

つまり、酸素(O)と、炭素番号2、3、5の炭素を頂点にする平面を基準にして、両端にある炭素番号1、4の炭素がパコパコ上下して位置が変わっているのがわかります。

ヘキソピラノースは、気相中および水溶液中におけるヘキソピラノースアノマーの安定性についての理論化学的研究の冒頭を読むと、 6炭糖の6員環であることがわかります。

6炭糖とは、6個の炭素からなる糖です。グルコピラノースと書かれていますが、グルコースのことです。

さらに、YouTubeでいす形配座の環反転(メチルシクロヘキサン)という動画を見つけました。立体模型を使って位置を変化させているので、とてもわかりやすいです。メチルシクロヘキサンは、グルコースとは違いますが、六員環であることが共通しています。

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NOTE

一人で疑問を調べながら解決していると、何を調べてよいのかわからないところからスタートするのでとても時間がかかります。とはいうものの、30年前のほぼ本を頼りにするしかなかった時代と比べると、いまのネット時代はとても助かります。たいてい何かヒントは見つかります。

今回、立体配座について調べていると、東大の若い先生が作成された03 配付資料(環状化合物、立体化学という資料が出てきました。とても読みやすく、学生さんが質問したことも書かれていて、こんなわかりやすい資料で勉強しているんだと思いました。

学生さんはまとまった量を教えてもらえて、しかも質問までできることは幸せだなと思います。私が学生の頃、そんなことに気づいたらもっと真面目に勉強したのですが。後の祭りです。

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