Anomer

In carbohydrate chemistry, anomers (fromGreek ἄνω 'up, above'and μέρος 'part') are specific types of stereoisomers found in sugars.

Many common sugars, such as glucose, exist in both a linear (or open-chain) form and a cyclic (or ring) form. The ring is formed when one end of the sugar molecule connects to the other end. The carbon atom where this ring closure occurs is called the anomeric carbon. Depending on the direction from which the connection is made, this anomeric carbon can have its new group (–OH) pointing in one of two distinct orientations, typically visualized as "up" or "down" in a standard diagram. These two resulting molecules are the anomers. Anomers are labeled with the Greek letters alpha (α) or beta (β) depending on whether the absolute configuration of the anomeric carbon and the most distant stereocenter from the anomeric carbon are the same (SS or RR giving the α configuration) or are different (SR or RS giving the β configuration).

More formally, an anomer is an epimer at the hemiacetal/hemiketal carbon atom in a cyclic saccharide.^[1] The process of one anomer converting to the other is known as anomerization. For the reducing sugars present in biology, this process is known as mutarotation, catalyzed by dilute acid or base. Because they have different three-dimensional structures, anomers have distinct physical properties, such as melting point and specific rotation.

يُرمز لكل اثنين من الأنوميرات بـ ألفا (α) أو بيتا (β)، وفقًا للعلاقة التكوينية بين المركز الأنوميري وذرة الأنوميرية المرجعية ، ولذا فهي تُعتبر مُحددات فراغية نسبية . ^{[ 2 ]} المركز الأنوميري في الهيمياستالات هو ذرة الكربون الأنوميرية C-1؛ أما في الهيميكيتالات، فهو ذرة الكربون المشتقة من مجموعة الكربونيل في الكيتون (مثل C-2 في D- فركتوز). في الألدوهكسوزات، تكون ذرة الأنوميرية المرجعية هي المركز الفراغي الأبعد عن ذرة الكربون الأنوميرية في الحلقة (ذرة التكوين التي تُحدد السكر كـ D أو L ). على سبيل المثال، في α- D- جلوكوبيرانوز، تكون ذرة المرجع هي C-5.

إذا كانت ذرة الأكسجين الخارجية في المركز الأنوميري في إسقاط فيشر الحلقي ^{[ 3 ]} في وضعية سيس (على نفس الجانب) بالنسبة لذرة الأكسجين الخارجية المرتبطة بذرة المرجع الأنوميري (في مجموعة OH)، فإن الأنومير يكون β. أما إذا كانت ذرتا الأكسجين في وضعية ترانس (على جانبين مختلفين)، فإن الأنومير يكون α. ^{[ 4 ]}

التماثل الفراغي هو عملية تحويل أحد المتماثلين الفراغيين إلى الآخر. بالنسبة للسكريات المختزلة ، يُشار إلى التماثل الفراغي باسم التغير التلقائي في الدوران ، ويحدث بسهولة في المحلول، ويُحفز بواسطة الأحماض والقواعد. تؤدي هذه العملية العكوسة عادةً إلى خليط من المتماثلين الفراغيين، حيث يتم في النهاية الوصول إلى حالة توازن بين المتماثلين الفراغيين.

تُعدّ نسبة المتماثلين الضوئيين (الأنوميرين) خاصة بمحلول سكري مُحدد. فعلى سبيل المثال، بغض النظر عن بنية جزيء الجلوكوز D الأولي ، يتحول المحلول تدريجيًا إلى مزيج من حوالي 64% من β- D- جلوكوبيرانوزيد و36% من α- D- جلوكوبيرانوز. ومع تغير هذه النسبة، يتغير الدوران الضوئي للمزيج؛ وتُسمى هذه الظاهرة بالتغير التلقائي في الدوران الضوئي . في حين أن للمتماثلين المرآويين دورانًا ضوئيًا نوعيًا متساويًا ومتعاكسًا، فإن المتماثلين الضوئيين (الأنوميرين ) لا يتبعان هذه القاعدة، ويمكن أن يكون لهما دوران ضوئي نوعي مختلف في المقدار والإشارة.

الدوران المحدد${\displaystyle [\alpha ]_{\lambda }^{T}}$هي خاصية فيزيائية تُعرف بالدوران البصري${\displaystyle \alpha }$على طول المسار${\displaystyle l}$تركيز كتلي مقداره 1 دسم${\displaystyle c}$(أو الكثافة)${\displaystyle \rho }$في المركبات النقية) بوحدة جم/سم³ ^، درجة حرارة${\displaystyle T}$(عادةً 20  درجة مئوية) وطول موجة الضوء${\displaystyle \lambda }$(عادةً خط الصوديوم D عند 589.3  نانومتر): ^{[ 5 ]}

${\displaystyle [\alpha ]_{\lambda }^{T}={\frac {\alpha }{cl}}}$

تُذكر قيم الدوران النوعي بوحدات درجة·سم³ ^· غ⁻¹ ^· ديسيمتر⁻¹ ^، والتي تُختصر عادةً إلى درجات فقط ، حيث تُفترض المكونات الأخرى للوحدة ضمنيًا. ^{[ 6 ]}

يمكن إيجاد كمية الأنوميرات الموجودة في خليط التوازن إذا كانت الدورانات النوعية للخليط${\displaystyle [\alpha ]_{m}}$والمتماثلات النقية الفردية${\displaystyle [\alpha ]_{i}}$معروفة. ^{[ 7 ]}

آلية التماثل الفراغي

على الرغم من أن الأشكال الحلقية للسكريات هي الأكثر شيوعًا، إلا أن الهيمياستالات في المحلول المائي تكون في حالة توازن مع أشكالها ذات السلسلة المفتوحة . في الألدوهكسوزات، يتحقق هذا التوازن برابطة الهيمياستال بين ذرة الكربون رقم 1 (الكربون المرتبط بذرتي أكسجين) وذرة الأكسجين رقم 5. تُكسر هذه الرابطة (مكونةً المركب ذي السلسلة المفتوحة) ثم تُعاد تكوينها (مكونةً المركب الحلقي). عند إعادة تكوين مجموعة الهيمياستال ، قد تهاجم مجموعة الهيدروكسيل (OH) على ذرة الكربون رقم 5 أيًا من الجانبين المختلفين فراغيًا لمجموعة الألدهيد على ذرة الكربون رقم 1. ويحدد الجانب الذي تهاجمه المجموعة ما إذا كان الأنومر المتكون هو ألفا أو بيتا.

تحدث عملية تحويل الجليكوسيدات إلى شكل متماثل عادةً في ظل ظروف حمضية. وعادةً ما تتم هذه العملية من خلال بروتنة أكسجين الأسيتال الخارجي، والتأين لتكوين أيون أوكسوكاربينيوم مع إطلاق الكحول، ثم هجوم نيوكليوفيلي من الكحول على الوجه الخلفي لأيون الأوكسوكاربينيوم، يليه نزع البروتون.

تختلف المتماكبات الفراغية في بنيتها، وبالتالي تختلف تأثيراتها المثبتة وغير المثبتة. أهم العوامل المساهمة في استقرار متماكب فراغي معين هي:

• التأثير الأنوميري ، الذي يُثبّت الأنومير الذي يحتوي على مجموعة ساحبة للإلكترونات (عادةً ذرة أكسجين أو نيتروجين) في وضع محوري على الحلقة. يختفي هذا التأثير في المذيبات القطبية مثل الماء.
• تُؤدي التفاعلات ثنائية المحور 1،3 عادةً إلى زعزعة استقرار الأنومير الذي يحتوي على المجموعة الأنوميرية في وضع محوري على الحلقة. ويُلاحظ هذا التأثير بشكل خاص في البيرانوزات ومركبات الحلقة السداسية الأخرى. ويُعدّ هذا عاملاً رئيسياً في الماء.
• الروابط الهيدروجينية بين المجموعة الأنوميرية والمجموعات الأخرى على الحلقة، مما يؤدي إلى استقرار الأنومير.
• التنافر ثنائي القطب بين المجموعة الأنوميرية والمجموعات الأخرى على الحلقة، مما يؤدي إلى عدم استقرار الأنومير.

بالنسبة لـ D- غلوكوبيرانوزيد، يكون الأنومر β هو الأكثر استقرارًا في الماء. أما بالنسبة لـ D- مانوبيرانوز ، فيكون الأنومر α هو الأكثر استقرارًا.

نظرًا لأن الأنوميرات هي متصاوغات فراغية لبعضها البعض، فإنها غالبًا ما تختلف في الخصائص الفيزيائية والكيميائية. ومن أهم الخصائص الفيزيائية المستخدمة لدراسة الأنوميرات الدوران النوعي ، والذي يمكن رصده بواسطة قياس الاستقطاب .

• تسمية السكريات الأحادية
• الكيمياء الفراغية

• الوسائط المتعلقة بأنومر على ويكيميديا ​​كومنز