capíruro22

Carboidratos

Reconhecimento do Carboid rato na Cura e na DoençaAs células brancas do sangue patÍulham continuamente o sistema circulatório e os espaços intersticiais, pron-tas pa-ra a mobilização no sítio do trauma. Para os leucócitos, os soldados da linha'de frente são grupos decarboidratos da superfície, chamados ácidos sialila de Lewis*, Quando ocorre o ferimento, as células no sítiodo trauma â,presentam proteínas, chamadas seletinas, que indicÀ o sítio da ferida e ligam os áciãos sialila deLewis*. As Ìigações entre as seletinas e os ácidos siahlà de Lewis* nos leucócito, prouã.u- a adesão dos leu-cócitos à área afetada. o recrutamento dos leucócitos, deste modo, é um passo importante na seqüência infla-matória. Tanto é uma pârte necessária no processo da cura, como na nossa defesã natural contrâ a infecção.

Merirbraira:vqsçu.l4r .

Os leucócitos que patrulham se conectam nosítio do trauma pelas interações entre asglicoproteínas sialila de Lewis'na sua superfície,e as proteínas de selectina, na célula afetada.Chem. Rev.1988,98, 833-862 (Fig. 1, p. 835).

Há, entretanto, algumas doenças que resultam de um superativo recrutamento de leucócitos. A ar"trite reuma-tóide, derrames e ferimentos relacionados a perfusão durãnte cirurgia e transplante de órgãos são alguns exem-plos' Nestas condições,

9 gotpo percebe que certas células estão úb pressãò, e reage dã acordo para iniciar acascata inflamatória. Infelizmente, sob essas circunstâncias, na realidad" u .ur"uã inflamatória causa marsdano do que bem.

Uma estratógia para combater a iniciativa indesejada da cascata inflamatória é impedir a adesão dos leucóci-tos. Isto pode ser realizado através do bloqueio dos sítios de ligação da seletina com os ácidos sialila de Lewis'.Os químicos têm usado esta abordagem, sintetizando ambos õs âcidos sialila de Lewis", naturais e miméticos,para estudar o processo de ligação. Estes compostos ajudaram a identificar os grupos funcionais chave nosácidos sialila de Lewis'que são necessários para o reconhecimento e a ligação. os químicos até projetaram esintetizaram novos compostos, que possuem afinidades de ligação mais foneí do que às ácidos sialila de Lewis*naturais. Entre eles estão os polímeros de teores estruturais esienciais para a ligação, com oconências repeti-tivas-'.Estas espécies poliméricas ocupam, presumivelmente, múltiplor úior ligútós do ácido sialila de Lewis";imediatamente, conseqüentemente, os anãlogos do ácido sialila de Lewis* mónomérico são lisados com mai-or 1orça.

Esforços parecidos para preparar agentes moleculares bem afinados são típicos da pesquisa na descoberta eprojeção de drogas. No caso dos análogos do ácido sialita de Lewis*, os químicos

"tpã.uá criar novas terapias

para as doenças das inflamações crônicas, através da fabricação de agentes mehoàdos para bloquear a ade-são dos leucócitos indeseiados.

22.1,,,, ,,

22.322.4)r<22.6)', ,,

22.8

322 Carboidratos

IntroduçãoMonossacaúdeosMutarrotaçãoFormação do GlicosídioOutras Reações dos MonossacaúdeosReações de Oxidação dos MonossacaúdeosRedução dos Monossacarídeos: AlditóisReações dos Monossacarídeos com Fenilidrazina:Osazonas

Será vantajoso revisar aquímica dos hemiacetais edos acetais, agora (Seção16.7't.

22.9 Síntese e Degradação dos Monossacarídeos22.10 A, Família D das Aldoses22.11 Prova de Fischer da Configuração da D-(+)-Glicose22.12 Dissacarídeos22.13 Polissacaúdeos22.14 Outros Açúcares Importantes Biologicamente22.1.5 Açúcares que Contêm Nitrogênio22.16 Glicolipídios e Glicoproteínas da Superfície da Célula22.17 Carboidratos Antibióticos

22. I lnrRoDuçÃo

22.1 A Classificação dos Carboidratos

O grupo de compostos conhecido como carboidratos recebeu, desde cedo, seu nome geral der i;às observações de que eles possuem a fórmula C,(H2O), - isto é, eles parecem ser "hidratos de c":"bonos". Carboidratos simples também são conhecidos como açúcares ou sacarídios (do Latim. s;.charum, do Grego sakcharon, açúcar), e os nomes da maioria dos açúcares termina em --ose. Tem,-.,portanto, nomes como sacarose para o açúcar de mesa comum; glicose, para o açúcar principal i.sangue; frutose) para o açúcar nas frutas e no mel; e maltose para o açúcar de malte.

Os carboidratos são normalmente definidos como aldeídos e cetonas poliidroxilados ou substç,cias que hidrolisam para produzir aldeídos e cetonas poliidroxilados. Apesar desta defìnição ch-.-mar a atenção pÍÌra os grupos funcionais impoÍantes dos carboidratos, ela não é inteiramente satisl.-

\tória. Iremos descobrir mais tarde, que devido aos carboidratos conterem grupos

,/C:O e grup:,

-OH, eles existem principalmente como hemiacetais ou acetais (Seção 16.7).Os carboidratos mais simples, aqueles que não podem ser hidrolisados em çarboidratos ainda ma .

simples, são chamados monossacarídeos. Em uma base molecular, os carboidratos que sofrem :-:-drólise para fornecer apenas duas moléculas de monossacarídeo são chamados dissacarídeos; aqLi-les que produzem três moléculas de monossacarídeo são chamados de trissacaúdeos; e assim ç':idiante. (Os carboidratos que hidrolisam para fornecer de 2 a 10 moléculas de monossacarídeos são ..vezes chamados de oligossacarídeos.) Os carboidratos que produzem um grande número de mo-.-culas de monossacarídeos (>10) são conhecidos como polissacarídeos.

A maltose e a sacarose são exemplos de dissacarídeos. Na hidrólise, 1 mol de maltose fornece -moles de monossacarídeo glicose; a sacarose sofre hidrólise para fornecer 1 mol de glicose e 1 nr,:de monossacarídeos frutose. O amido e a celulose são exemplos de polissacarídeos; ÍÌmbos são pc-.-meros da glicose. A hidrólise de cada uma delas fornece um grande número de unidades de glico.,.A seguir, mostram-se estas hidrólises de modo esquemático.

rL,d

:l,ts

,$*H'o

, 2 mol de slicoseHro*

Um monossacarídeo

o oH ,*o"

H,O

ffalEuns moles de glicose

Monossacarídeos

I mol de maltose

Um dissacarídeo

(*"@H.O

I mol de sacaroseH,o*

Um dissacarídeo

1 mol de amidoou

I mol de celulose

Polissacarídeos

oH Wb-""mol de glicose + 1 mol de frutose

Monossacarídeos

DL

L

D

$

I

5i

IJm diagrama esquemáticode um cloroplasto do milho.[De Voet, D. e Yoet, J. G.B ia c h e ntis try, segundaedição, Wiley: 19951

Cmboidratos 323

Os carboidratos são os constituintes orgânicos mais abundantes dos vegetais. Eles servem não sócomo importante fonte de energia química para os organismos vivos (açúcares e amidos são impor-tantes neste aspecto), mas também nos vegetais e em alguns animais eles servem como constituintesimportantes dos tecidos de suporte (esta é a função principal da celulose encontrada na madeira, al-godão e fibras de liúo, por exemplo).

Encontramos os carbõidratos em quase qualquer passo da nossa vida cotidiana. O papel sobre oqual este livro é impresso se constitui basicamente de celulose; assim, também, é o algodão da nossaÍoupa e a madeira em nossas casas. A fariúa da qual fazemos o pão é basicamente de amido e oamido é também o principal constituinte de muitos outros alimentos, tais como as batatas, arroz, fei-jão, milho e ervilhas. Os carboidratos são centrais para o metabolismo e são importantes para o reco-nhecimento da célula (veja a vinheta de abertura do capítulo e a Seção 22.16).

22.18 Fotossíntese e Metabolismo do Carboidrato

Os carboidratos são sintetizados nos vegetais verdes pelafotossínteJe - um processo que usa aenergia solar para reduzir, ou "fixar", o dióxido de carbono. A fotossíntese nas algas e nos vegetaismais altos ocoÍïe nas organelas da célula, chamadas cloroplastos. A equação global para a fotossín-tese pode ser escrita como segue:

.r CO, * y HrO * energia solar ----) C"(HrO), * x 02

Carboidrato

Muitas reações individuais catalisadas por enzima ocorrem no processo fotossintético geral e nãosão totalmente entendidas. Sabemos, confudo, que a fotossíntese começa coma absorção da luz peloimportante pigmento verde dos vegetais, a clorofila (Fig.22.l). A cor verde da clorofila e, portanto,sua habilidade em absorver aluz solar na região visível é devida, principalmente, ao seu sistemaconjugado extensivo. À medida que os fótons da luz solar são capturãdos pela clorofila, a energia setorna disponível para o vegetal em uma forma química, que pode ser usada para execuüar as reaçõesque reduzem o dióxido de carbono a carboidratos e oxidam aâgua a oxigênio.

Os carboiúatos agem como um reservatório químico principal para a energia solar. Sua energia éliberada quando os animais ou os vegetais metabolizam os carboidratos a dióxido de carbono e água.

C"(H,O)" * x 02 ---->r CO2 + yHrO + energia

O metabolismo dos carboidratos também ocorre através de uma série de reações catalisadas por en-zima,na qual cada etapa produzindo energia é uma oxidação (ou a conseqüência de uma oxidação).

Apesar de parte da energia liberada na oxidação dos carboidratos ser inevitavelmente convertidaem calor, grande parte é conservada em uma forma qúmica nova, através de reações que são acopla-das à síntese do trifosfato de adenosina (ATP) do difosfato de adenosina (ADP) e o fosfato inorgâni-co (P,) (Fig.22.2). A ligação anidrido fosfórico que se forma entre o grupo de fosfato terminal doADP e o íon fosfato se torna um outro reservatório de energia química.Vegetais e animais podemusar a energia conservada do ATP (ou substâncias muito semelhantes) para efetuar todos os seus pro-cessos que necessitam de energia: a contração de um músculo, a síntese de uma macromolécula e

cH2cH3

Fig.22.l CloroÍila a. [A estrutura dacloroÍila a foi estabelecidaprincipalmente através do trabalhode H. Fischer (Munique), R.Willstiitter (Munique) e J.B. Conant(Harvard). A síntese da clorofrla deum composto orgânico simples foirealizada por R. B. Woodward(Harvard) em 19ó0, que ganhou oPrêmio Nobel em 1965 por suascontribuições extraordinárias àquímica orgânica sintética.l

t t lI I I

NN

Me

NN

324 Carboidratos-

Fig.22.2 A síntese do trifosfato deadenosina (ATP) a partir do difosfato deadenosina (ADP) e íon fosfato de hidrogênio.Esta reação ocorre em todos os organismosvivos e o trifosfato de adenosina é ocomposto principal em que a energiaquímica liberada pelas oxidações biológicasé transformada.

Adenina

Ì",NZ\T(*A

NH"t -

Ì,Y\N,,,'-

N

)N

H

Difosfato Íon fosfato

Energia qúmica dasreações de oxidação

N

)N

+ IüO

ATP

assim por diante. Quando a energia no ATP é usada, ocorre uma reação acoplada, na qual o ATP éhidrolisado:

ATP + H2O ----' ADP + P, * energia

Ou uma nova ligação anidrido é criada:

oooi l i l t l

R_C-OH + ATP + R-C_O-P-O- + ADP

oFosfato de acila

22.2 M o r.rossAcARíD Eos22.2A Classifi cação dos Monossacarídeos

Os monossacarídeos são classificados de acordo com (1) o número de átomos de carbono presentesna molécula e (2) se contêm um grupo de aldeído ou cetona. Assim, um monossacarídeo que contémtrês átomos de carbono é chamado um triose; aquele com quatro átomos de carbono é chamado umtetrose; aquele com cinco átomos de carbono éumpentose; e aquele que contém seis átomos de carbo-no é um hexose. O monossacarídeo que contém grupo aldeído é chamado aldose, aquele que contémum grupo cetona, é chamado uma cetose. Estas duas classificações são freqüentemente combinadas.Uma aldose Co, por exemplo, é chamada uma aldotetroJe; uma cetose C, é chamada uma cetopentose.

o cH2oHl l r

O CH.OH CH C:Ol l t " ICH C:O CHOH CHOHt l

(cHoH), (çHOH), CHOH CHOHr r l

cH2oH cH2oH CH2OH CH2OH

Uma aldose Uma cetose Uma aldotetrose Uma cetopentosenc,

\

:'i

: ,

ql

Ir i

, Ì

oooi l l t i l

Hr-O-l-O-l-OH + HO-P-O-t t lo- o- o-

Carboidratos 325

Probfema 22.1 > Quantos estereocentros são contidos na (a) aldotetrose e (b) cetopentose que aôabamos de ver? (c.1

Quantos estereoisômeros você esperaria de cada estrutura geral?

22.28 Designações D e L dos Monossacarídeos

Os monossacarídeos mais simples são os compostos do gliceraldeído e diidroxiacetona (veja asseguintes estruturas). Destes dois compostos, apenas o gliceraldeído contém um estereocentro.

cHo cH2oH

*CHOH C:O

cH2oH cHzoHGliceraldeído Diidroxiacetona

(uma aldotriose) (Uma cetotriose)

O gliceraldeído existe, portanto, em duas formas enantioméricas, conhecidas por terem as configura-

ções absolutas mostradas aqui.

o="-" o=a-"=

HI*^-:OH e

II

cH2oH(+)-Gliceraldeído

-HOr^:Ht-

cH2oH(-)-Gliceraldeído

Vimos na Seção 5.6 que, de acordo com a convenção de Cún-Ingold-Prelog, (+)-gliceraldeído deveser designado por (R)-(+)-gliceraldeído e o (-)-gliceraldeído, como (S)-(-)-gliceraldeído.

No início do século vinte, antes que as configurações absolutas de qualquer dos compostos orgâ-nicos fossem conhecidas, um outro sistema de designações estereoquímicas foi introduzido. De acordocom este sistema (sugerido primeiro por M.A. Rosanoff da Universidade de New York em 1906), o(+)-gliceraldeído é designado como D-(*)-gliceraldeído e o (-)-gliceraldeído é designado comoL-(-)-gliceraldeído. Além do mais, estes dois compostos servem como padrões configuracionais paratodos os monossacarídeos. Um monossacarídeo cujo estereocentro de número de ordemmais eleva-da (o peníltimo carbono) possui a mesma configuração do D-(+)-gliceraldeído é designado comoum açúcar D; aquele cujo estereocentro de número de ordem mais elevado possui a mesma configu-ração do L-gliceraldeído; é designado como açúcar L. Foi convençionado que as formas acíclicasdos monossacarídeos são desenhadas verticalmente com o grupo do aldeído ou cetona no topo oumais próximo ao topo. Quando desenhada desta maneira, os açúcares D possuem o -OH em seupenúltimo carbono do lado direito.

HO

HOH

HOH

I cH2oHI

z C:O

3 *CHOH

4 *CHOH

HO$--Hir"cH2oH

Uma D:aldopentose Uma L-cetoexose

,/As designações D e L se parecem com as designações (R) e (S) pois não são necessariamente re-

lacionadas às rotações óticas dos açúcares aos quais se aplicam. Portanto, pode-se encontraÍ outrosaçúcares que são D-(+)- ou D-(-)- e aqueles que são L-(+)- ou L-(-)-.

O sistema D-L das designações estereoquímicas está totalmente embutido na literatura da quími-ca dos carboidratos, e apesar de ter a desvantagem de especificar a configuração de apenas um este-reocentro - aquele do estereocentro de número de ordem mais elevado - iremos adotar o sistemaD-L em nossas designações dos carboidratos.

Problema 22.2> Escreva fórmulas tridimensionais para cada isômero aldotetrose e cetopentose no Problema 22.1 edesigne cada um como açúcar D ou L.

1cI

zxCI:*c=

ï{c. l5C

326 Carboidratos

22.2C Fórmulas Estruturais para os MonossacarídeosMais adiante, neste capítulo, iremos ver como o grande químico dos carboidratos, Emil Fischer*.

conseguiu estabelecer a configuração estereoquímica do aldohexose D-(+)-glicose, o monossacarí-deo mais abundante. Por enquanto, entretanto, podemos usar o D-(*)-glicose como um exemplo.ilustrando as várias maneiras de representar as estruturas dos monossacarídeos.

Fischer representou a estrutura da D-(+)-glicose com a fórmulação em cruz (1) na Fig. 22.3.Estetipo de formulação é chamado atualmente de uma projeção de Fischer (Seção 5.12) e continua sen-do útil para os carboidratos. Por convenção, nas projeções de Fischer, as linhas horizontais se proje-tam em direção do leitor e as linhas verticais se projetam por tnis do plano dn pdgina. Quando usa-mos as projeções de Fischer, contudo, não devemos (em nossa imaginação) removê-las do plano dapágina para testar sua capacidade de superpor-se, nem precisamos gird-Ias em 90o . Em termos deformulações mais familiares, a projeção de Fischer se traduz nas fórmulas 2 e 3. Na nomenclatura daIUPAC e com o sistema de Cún-Ingold-Prelog das designações estereoquímicas, a forma da cadeiaaberta da D-( + )- glicos e é (2R,3 5,4 R,5 R) -2,3,4,5,6-pentaidroxiexanal.

CHO

H-ï-oH

IHO-+-H

IH-ï-oH

IH-ï-oH

cH2oHFórmula deprojeção de

Fischer

I

CHOI

H-@-OH

IHo-@-HIH-@-oH

IH-9-oHcH2oH

Fórmula decírculo-e-linha

2

ItI

Y

9HoH>C<OH

HO>C<H

IH>C<OH

III

H>C<OH=ÕttroH

Fórmulas2 e 3mostramcomo as ligaçõeshorizontais em cadacarbono na projeçãode Fischer (1),se projetam em nossadireção como um arco.

Fórmula de cunha- e-linha.e-cunha

tracejada

3

Fórmulas de Haworth

Fig.22.3 As fórmulas 1-3são usadas para a estruturada D-(+)-glicose de cadeiaaberta. As fórmulas 4-7 sãousadas para D-(*)-glicosecomo duas formas dehemiacetais cíclicas. c-D-( +)-Glicopiranose

*EmilFischer(1852-1919)foiprofessordequímicaorgânicanaUniversidadedeBerlim. Alémdotrabalhomonumentalnacampodaquímicados ctrboidratos, onde Fischer e seus colaboradores estabeleceram a configuração da maioria dos monossacaídeos, Fischer tmbém fez contri-buições impoÍantes paa os estudos dos minoácidos, proteínas, purinas, indóis e a esteÍeoquímica em geral. Como aluno de pós-graduação.Fischer descobriu a fenil-hidrazila, um reagente que foi muito importante em seu trabalho posterior com os carboidratos. Fischer foi o segundoa receber o Prêmio Nobel de Química (em 1902).

Ig

+

+

' I

p-D-( + )-Glicopiranose

4

ill

D

ill

cdrboidratos 327

O significado das fórmulas l, 2 e 3 pode ser observado melhor através do uso dos modelos moleculares:primiiro construímos uma cadeia de seis átomos de carbono com o grupo -CHO no topo e um grupo

-cHroH no pé. Depois, levamos o grupo -cHroH por trás d1c_a{qg, até quase tocaro grupo-cHo.

Segurando estã modêlo de tal modo que os grupos -CHO e -{H,OH sejam direcionados para longe do

leiior, começamos colocando os grupoi -U "

--OH sobre cada um dos átomos de carbono restantes . O grupo

-OH do Cá é colocado à direita; do C3, à esquerda; e aqueles do C4 e C5, à direita.

Apesar de várias propriedades do D-(+)-glicose poderem ser explicadas em tennos de uma estrutura

dËcadeia aberta(|,'i e3),há considerável evidência que indica que a estrutura da cadeia abeÍa exis-

te, principalmente, no equilíbrio com duas formas cíclicas. Estas podem ser representadas pelas es-

truiuras 4 e 5 ou 6 e 7. Ai formas cíclicas da D-(+)-glicose são hemiacetais formados por uma rea-

ção intramolecular do grupo -OH em C5 com o gÍupo de aldeído^@9.22.4). Aciclização cria um

novo estereocentro em Cl e este estereocentro explica como duas formas cíclicas são possíveis. Es-

tas duas formas cíclicas sáo diastereômeros qve diferem entre si apenas na configuração do Cl. Na

química dos carboidratos, os diastereômeros deste tipo são chamados de anômeros, e o átomo de

"a.bono hemiacetal é chamado de átomo de carbono anomérico.

\//1U

n-lc-on' lHO-C-Hnl

H-C-OH

H-C-OHucHroH

Glicose(fórmula de projeção plana)

Qumdo se constrói ummodelo como este, ele

irá se curvar como seguel

IüaH+---.

I s l \o

ïcxl ,'""'ot+[.ttv6g--z

'CH:Oi r . OH H /"--l \ l l , /

Ho \ó-òl' l lHOH

Se o grupo ligado ao C4 girar,

como indicam as setag

teremos â estrutura abaixo.

Este-OH grupo seadiciona ao longo do

paEfechar um anel

de seis átomos e formarum hêmia@tal cHroHÇu'os

I

H ,,ç-o\- t - / l \ ,Hà/ H tc 'Ì r OH H . / - \1

"ó \l_l/ oHl l

HOH

c-D-(*)-Glicopimnose(O -OH marcado por asterisco,

é o -OH do hemiacetal, que na

c-glicose está do lado

oposÍo do anel emrelação ao do grupo

-CH2OH no C5.)

H. l

'---t CI

HO

ï,2Ï-ot ,ô"h/ H tc '

i t gH T ,/-\nHo \ò-òl

t l

Forma da D-glicoseem cadeia aberta

HOH

p-D -( +)-Glicopiranose(O -OH marcado com asterisco

é o -0II do hemiacetal, que na

P-glicose está do nesma

lado do anel em relação ao dogrupo -CH2OII no C5')

Fig. ZZ.4 As fórmulas de Haworth para as formas hemiacetais cíclicas da D'(+)'glicose e sua relação

coir a estrutura do aldeído poliidro-xitado de cadeia aberta. De Holum, J.R. Organíc Chemistry: A Brief

Course; Wiley: New York, 1975: p.332. Usado com autorização'

328 Carboidratos

As estruturas 4 e 5 para os anômeros de glicose são chamadas de fórmulas de Haworth.* Apes--de não fornecerem um quadro exato da forma do anel de seis membros, elas possuem muitos us" -práticos. AFtg.22.4demonstracomoaÍepresentaçãodecadaestereocentrodaformadecadeiaaber-..pode ser correlacionada com sua representação na fórmula de Haworth.

Cada anômero de glicose é designado como um anômero ct ou p, dependendo da localização cgrupo -OH do C1. Quando desenhamos as formas cíclicas de um açúcar D na orientação mostra;.nas Figs. 22.3 e22.4, o anômero ct possui o -OH trans em relação ao grupo -CHTOH; e o anôme r

B possui o -OH cis em relação ao grupo -CHrOH.Estudos das estruturas das formas hemicetais cíclicas da D-(+)-glicose, usando a análise do ra'

X, têm demonstrado que as conformações reais dos anéis são as formas de cadeia representadas p,;-las fórmulas conformacionais 6 e 7 na Fig. 22.3.Esta forma é exatamente o que seria esperado :.nossos estudos das conformações do cicloexano (Cap. 4) e é especialmente interessante observar q'":no anômero B da D-glicose, todos os substituintes grandes, -OH e CH2OH, são equatoriais. \'anômero cr, o único substituinte axial volumoso é o -OH no Cl.

Às vezes é conveniente representar as estruturas cíclicas de um monossacarídeo sem especific -

se a configuração do átomo de carbono anomérico é cr ou B. Quando o fazemos, iremos usar as s--suintes fórmulas:

OHltu indica a ou p (visão tridimensional não-especificada)

Nem todos os carboidratos existem em equilíbrio com os anéis hemicetais de seis membros: e:-muitos momentos, o anel possui cinco membros. (Mesmo a glicose existe até um certo grau, no eq,.-líbrio com os anéis hemicetais de cinco membros.) Devido a esta variação, um sistema de nomenci.-tura foi introduzido para permitir a designação do tamanho do anel. Se o anel monossacarídeo pos. -seis membros, o composto é chamado uma piranose; se o anel possui cinco membros, o composti-' :designado como uma furanose.t Assim, o nome completo do composto 4 (ou 6), é a-D-( - -glicopiranose, enquanto do 5 (ou 7), é P-D-(+)-glicopiranose.

22.3 MurARRorAçÃoParte da evidência sobre a estrutura hemicetal cícliça para a D-(*)-glicose vem de experiênc...

nas quais ambas as formas cr e B foram isoladas. A D-(+)-glicose comum possui um ponto de fus.de 146"C. Contudo, quando a D-(+)-glicose é cristalizada pela evaporação de uma solução aquo:.mantida acima de 98'C, uma segunda forma de D-(+)-glicose, com um ponto de fusão de 150=tpode ser obtida. Quando as rotações óticas dessas duas formas são medidas, descobre-se que elas s.significativamente diferentes, mas quando se permite que uma solução aquosa, de qualquer uma d:,formas, peÍmaneça, sua rotação muda. A rotação específica de uma forma diminui e a rotação i.outra, aumenta, até que ambas as soluções mostrem o mesmo volume. A solução da D-(*)-glicc::comum (pf 146'C), possui umarotação específicainicialde *Il2'; mas, finalmente, arotação esp.r-cífica desta solução cai para +52,'7". Uma solução da segunda forma da D-(+)-glicose (pf 150'Cpossui uma rotação específica inicial de 18,7'; mas, lentamente, a rotação específica desta soluçã:cresce até +52,'7". Esta mudança na rotação, com a finalidade de um valor de equilíbrio, é chamad:de mutarrotação.

*As fómulas de Haworth são assim denominadas em homenagem ao químico inglês \ü. N. Haworth (University of Bimingham) qte, em l9ì:junto com E. L. Hirst, demonsÍou que a foma cíclica dos acetais de glicose consiste em um anel de seis membros. Haworth recebeu o Prè:-

Nobel por seu trabalho na química dos crboidratos em 1937. Pra uma discussão excelente das fómulas de Haworth e suas relações con :.

fomas de cadeia aberta, veja o seguinte utigo'."The Conversion ofopen Chain St.mctures of Monosaccharides into the Corcesponding Hav, -Fomulas", Wheeler, D.M.S.: Wheeler. M.M.: Wheeler. T.S. J.Chem. Educ.1982.59.969-970

ÍEstes nomes vierm dos nomes dos heterociclos oxigenados pirano efurano + ose.

l t i l l r i l\o/ \o/Pirano Furano

[*

Carboidratos 329

A explicação paÍa essa mutanotação está na existênciade um equilíbrio entre a forma de cadeiaaberta da D-(+)-glicose e as formas cr e B dos hemicetais cíclicos.

H

<--= HOHH

otlc-H

--l-oH--f-H--f-oH--Ì-oH

cH2oH

F-t

OH

a-D-(+)-Glicopiranose Forma em(pf 146'C; [a]2f =+112") cadeia aberta da

D-(+)-glicose

F-D- ( + )-Glicopiranose(pf 150"C; [o]'f = + 18t')

A análise do raio X confirmou que a D-(+)-glicose comum possui a configuração o no átomo decarbono anomérico e que a forma de ponto de fusão mais alto possui a configuração B.

A concentração da D-(+)-glicose da cadeia aberta na solução em equilíbrio é muito pequena. Assoluções da D-(+)-glicose não oferecem banda de absorção na UV ou IV para um grupo de carboni-la, e soluções da D-(+)-glicose fornecem um teste negativo com o reagente de Schiff- um reagenteespecial que requer uma concentração relativamente alta de um grupo aldeído livre (em vez de umhemiacetal), para resultar em um teste positivo.

Assumindo que a concentração de uma forma de cadeia aberta seja desprezível, é possível calcu-lar, através do uso de rotações específicas nas figuras anteriores, as po.centagens doi anômeros cr eB, presentes no equilíbrio. Estas percentagens , 36Vo do anômero a e 647o dô anômero B, estão deacordo com a estabilidade maior para a B-D-(+)-glicopiranose. Esta preferência é o que podemosesperÉÌr com base nela possuir apenas grupos equatoriais.

CH,OHno-Ì:f,---/ur

\ \\ \F-)

-'-'J'/''\ Ho á"

(axial)a-D- ( + )-Glicopiranose

(36Vo no equilíbrio)

CH"OHHo\-ì-=-/u1

"oL--{-o"HO (equatorial)

B-D-( + )-Gticopiranose(64Vo no equilíbrio)

Contudo, nem sempre o anômero B de umapiranose é o mais estável. Com a D-manose, o equilíbriofavorece o anômero c{, e este resultado é chamado deum efeito anomérico.

HOCH"OH

<__-Ho-\--\-;fu-o,HoL-.{o"

a-D-Manopiranose(69Vo no equilíbrio)

B-D-Manopiranose(317o no equilíbrio)

Não iremos mais discutir os efeitos anoméricos, exceto para dizer que eles advêm dos aspectos con-formacionais das interações de dois átomos de oxigênio eletronegativos. Um efeito anòmérico iráfreqüentemente causa"r um substituinte eletronegativo, tal como um grupo hidroxila ou alcoxila, parapreferir a orientação axial.

22.4 FonmnçÃo Do GlrcosíotoQuando uma pequena quantidade de cloreto de hidrogênio gasoso é introduzida em uma solu-

ção da D-(+)-glicose em metanol, ocorre uma reação que resulta na formação de metil acetaisanoméricos.

330 Carboidratos

H

HO

H

H

oilCHI-toH

--f-n-ïo"-1-oH

cH2oH

ocH3

Metil- a-D- glicopiranosídio(pf 165"C); [a]b'= +158')

CH,OH---+HCI

oH t-ÍõnrHO

D-(+)-Glicose

Metil B-D-glicopiranosídio(pf 107"C); [aì'd = -33')

Os acetais dos carboidratos são chamados, em geral, de glicosídios (veja o seguinte mecanismce um acetal de glicose é chamado um glicosídio. (Os acetais da manose são manosídios, os acetais d:frutose são frutosídios, e assim por diante.) Os metil D-glicosídios demonstraram possuir anéis deseis membros (Seçáo22.2C); assim são apropriadamente denominados de metil cr-D-glicopiranosídrr:e metil B-D-glicopiranosídio.

O mecanismo para a formação dos metil-glicosídios (começando arbitrariamente com o P-D-glicopiranose) é o seguinte:

[Jm Mecanismo para a Reação

Formação de um Glicosídio

HOrìJ -H,O!oH"+

' +Hro

, ì 'Ã cH,oHü Hrl ----\-\ \ ---,,...- O-T'{----q

"\-OUË Ho -Ì-ì--- o,

J.".# Ho\-^-ocH.

OH

B-D-Glicopiranose

Ataque pelo oxigênio (b)

sobre qualquer uma dasfaces do carbocátion

estabilizado pela ressonância

OHMetil-B-D-Glico-

piranosídio

CH,OHHo-1--=\----o

\- \T:I1, uo-\4

+HA oHócn.

Metil-a-D-glico-piranosídio

Aconselhamos rever o mecanismo para a formação do acetal, dado na Seção 16.7C e compará-locom as etapas dadas aqú. Observe, novamente, o papel importante desempenhado pelo par de elétronsdo átomo de oxigênio adjacente, na estabilização do carbocátion que se forma na segunda etapa.

t.

Carboidratos 331

Os glicosídios são estáveis nas soluções básicas por serem acetais. Nas soluções acídicas, porém,os glicosídios sofrem a hidrólise para produzir uma açúcar e um álcool (novamente, por serem ace-tais, Seção 16.7). O álcool obtido pela hidrólise de um glicosídio é conhecido como um aglicônio.

Glicosídio Açúcar Aglicônio(eslíveì em soluções básicas)

Por exemplo, quando uma solução aquosa do metil B-D-glicopiranosídio se acidifica, o glicosídiosofre a hidrólise para produzir a D-glicose, como uma mistura das duas formas de piranose (em equi-líbrio com uma pequena quantidade da forma da cadeia aberta).

Hidrólise de um Glicosídio

CH,OH ^ Htlo-\--L-----..-0r rr----="$á._n

t \ t . -;--ì--nl_ócH,

OH

Meül B-D-glicopiranosídio

-cH"oH

+cH3oH

Ë

lL

(b)

Os glicosídios podem ser tão simples quanto os metil glicosídios que acabamos de estudar, oupodem ser consideravelmente mais complexos. Muitos compostos naturais são glicosídios. Um exem-plo é a salicilina, um composto encontrado na casca do salgueiro.

Carboidrato Aglicônio

-E CH.OHHo-\--ì_-->o1

\ \ CH,OH

Hoì--\\L_o_ -,\

sarici,l ADesde os tempos da antiga Grécia, fazia-se um preparado, a partir da casca do salgueiro, usado

para aliviar a dor. Os químicos isolaram a salicilina a partir de outros vegetais, e conseguiram mos-

+H3O+

B-D-Glico-piranose

CH"OHtto-\---!---lu1

\ \HoJ-.--l--l

bHla-D-Glico-

tPH

piranose

E.o.H.o+ Ho$l1-ot\ 1 +ROH

oR iioì.--l--\rro"

Glicosídio

+H3O+

uo1--$11--f,Â\ \ \ r / * ì

no\-..-1-.-\ú iOHY

N

D-Frutose Enodiol

332 Carboidratos

trar que ela era responsável pelos efeitos analgésicos dos preparados com a casca do salgueiro. Asalicilina pode ser convertida em ácido salicflico que, por sua vez, pode ser convertido no analgésìcomoderno mais usado mundialmente, a aspirina (Seção 21.8).

Probfema 22.3 > (a) Que produtos seriam formados se a salicilina fosse tratada com a solução aquosa diÌuída deHCI? (b) Esquematize um mecanismo para as reações envolvidas em suas formações.

Problema 22.4 > Como você iria converter a D-glicose em uma mistura do etil ct-D-glicopiranosídio e o etil B-D-glicopiranosídio? Mo'stre todas as etapas para suas formações.

Probfema 22.5 > Em soluções neutras ou básicas, os glicosídios não devem apresentar a mutarrotação. Contudo, seas soluções se tornam ácidas, os glicosídios apresentam a mutarrotação. Explique este fato.

22.5 OurRAs RraçÕes Dos MoNossAcARÍoeos

22.5 A E nol ização, Tautom erização e I som e ri zação

Dissolver os monossacarídeos em solução aquosa alcalina faz comque estes sofram enolizaçõese uma série de tautomerizações ceto-enólicas que levam a isomerizações. Por exemplo, se uma solu-

ção da D-glicose, que contém hidróxido de cálcio, ficar em repouso por viários dias, muitos produtospodem ser isolados, incluindo a D-frutose e a D-manose (Fi9.22.5). Este tipo de reação é chamadotransformação de Lobry de Bruyn-Alberda van Ekenstein, em homenagem a dois químicos ho-landeses que a descobriram em 1895.

Quando se realizam reações com monossacarídeos, normalmente é importante impedir estas iso-merizações, e assim preservaÍ a estereoquímica em todos os estereocentros. Uma maneira de fazê-lcé converter primeiro o monossacaídeo em metil glicosídio. Podemos, então,realizar as reações comsegurança, em meio básico, pois o grupo aldeído foi convertido em um acetal e os acetais são está-veis em base aquosa.

22.58 Formação de Éteres

Um metil glicosídio, por exemplo, pode ser convertido em derivados pentametflicos pelo trata-mento com o excesso do sulfato de dimetila no hidróxido de sódio aquoso. Esta reação é apenas uma

HIc-o

c-oH Ho

HIc:o

-f"I

-ï-'

-+-oT{

__l_;;IcHroH

D-Manose

H

H

oOH

H

OH

OH

OH

H<t.->

OH

OH

HO

H

Ion enolato

t+H,O l loH

VI

HIC-OH

c-oH

H -If*"oOH

OHH

OH

Fig. 22.5 Monossacarídeossofrem isomerizações viaíons enolatos e enedióisquando colocados em baseaquosa. Mostramos aquicomo a D-glicose seisomeriza em D-manose eem D-frutose.

HI

+I-T-

IICH,

H

HO

H

H

D-Glicose(forma de cadeia aberta)

r lno-J-H rauromerização Ho-_]-H

H-ï-oH H-ï-oH

H-ï-oH H-J- oH

cHroH cH2oH

cH2oH

C:O

OH<+HO

HrO

Carboidraros 333

síntese de Williamson múltipla (Seção I 1. 15B). Os grupos hidroxila de monossacarídeos são maisácidos que os álcoois comuns pois o monossacarídeo-contém muitos átomos de oxigênio eletronega-tÌvo, todos os quais exercem efeitos indutivos de retirada de elétron sobre os grupos hidroxila vizi-nhos' Na NaoH aquosa, os grupos hidroxila são convertidos em íons alcóxido{

" ãuau u- á"ì"r, po.

sua vez' reage com o sulfato de dimetila em uma reação de S*2 para produzir um éter metflico. Oprocesso é chamado de metilação exaustiva.

ocH3

Derivado pentametilado

os grupos metóxi emC2, C3' C4 e C6 dos derivados pentametflicos são grupos de éter comum.Estes grupos, c.onseqüentemente, são estáveis em ácido uquoro diluído. (para clivar os éteres é ne-cessário aquecê-los com HBr ou HI concentrados, Seçao 1ì.16.) o grupo metóxi em Cl, entretanto,é diferente dos outros, pois faz. parte de uma ligação áe acetal (ele ã gHcosidico). portanto, tratar oderivado pentametílico com ácido aquoso dituíão causa a hidrólise deite grupo metoxila glicosídicoe produz a2,3,4,6-tetra-o-metil-D-glicose. (o o, neste nome, significa que os grupos metflicos sãoligados aos átomos de oxigênio.)

CHO

-f-o"""I

-+-HI-l-o'n

-ï-o"

cH2ocH3

Observe na forma da cadeia aberta, que o oxigênio em C5 não carrega um grupo de metila pois,originalmente, ïazia parte da ligação hemiacetal cícricada D-slicose.

22.5C Conversão em ÉsteresTratando um monossacarídeo com excesso anidrido acético e uma base fraca (tal como uma piri-

dina ou acetato de sódio), converte-se todos os grupos hidroxila, incluindo o hidroxila anomérico emgrupos éster. Se a reação ocoÍre em uma temperãtura baixa (por exemplo, 0.c), areação oco,'eestereoespecificamente; oanômerooforneceoa-acetatoeoenôme.oBforneceoB-aceiato.

ot l

CH.CO(cH.co),o

--.-:.:-----:---)prndrnâ. 0"C

cH3co

o

CH?o

cHro

oil

cH2occHl

cHlco

o

H

cHlo( --'

OHH

OH---------'

ocHl

ocH3

cHso

Derivado pentametilado

cH.oH.O*

___+_|>

cHloocH3

H'o cH,o

oI t

Metil glicosídio

cH2ocHl

2,3,4,6-Tetr a-O -metit-D - gticose

occH3

334 Carboidratos

22.5D Conversão em Acetais Cíclicos

Na Seção 16.7C aprendemos que os aldeídos e as cetonas reagem com o l,2-diol de cadeia aberta,para produzir os acetais cíclicos.

cH2oHl+

cH2oH

1,2-Diol

Se o l,2-diol é ligado a um anel, como em um monossacarídeo, a formação dos acetais cíclicos ocorreapenas quando os grupos hidroxila vicinais são cis em relação um ao outro. Por exemplo, o a-D-galactopiranose reage com a acetona da seguinte maneira:

#*;ÍHrSO, " \

+ 2Ij2O

cH3

A formação dos acetais cíclicos pode ser usada para proteger certos grupos hidroxila de um açúcar.enquanto as reações se desenvolvem em outras partes da molécula. Iremos ver exemplos disto nosProblemas 22.19,22.4L e22.42 e no Cap. 25. Os acetais formados a partir da acetona são chamadosacetonídeos.

22.6 ReaçÕes DE OxtDAçÃo Dos MoNossAcARíoeosVários agentes de oxidação são usados para identificar grupos funcionais dos carboidratos, para

esclarecer suas estruturas e para as sínteses. Os mais importantes são (1) os reagentes de Benedict ouTollens, (2) âguade bromo, (3) ácido nítrico e (4) ácido periódico. Cada um destes reagentes produznormalmente um efeito diferente e específico, quando se permite que reaja com um monossacarídeoIremos examinar quais são estes efeitos.

22.6A Reagentes de Benedict ou Tollens: Açúcares Redutores

O reagente de Benedict (uma solução alcalina contendo um íon de complexo de citrato cúprico I e

asoluçãodeTollens IAËOfH3)rOHl oxidameassimfomecemtestespositivos comaldosesecetc-ses. Os testes são positivos apesar das aldoses e cetoses existirem principalmente como hemicetalscíclicos.

Havíamos estudado o uso do teste do espelho de prata de Tollens na Seção 16.13. A solução deBenedict e a solução relacionada de Fehling (que contém um íon de complexo de tartrato cúpricc,fornecem precipitado vermelho tijolo de CurO, quando oxidam uma aldose. [Na solução alcalina. a:cetoses convertem-se em aldoses (Seção 22.5{),que depois são oxidadas pelos complexos cúpricos ,Como as soluções dos tartratos e citratos cúpricos são azuis, a aparência de uma precipitação verme-tho-tijolo é uma indicação nítida e inquestionável de um teste positivo.

otlCH

Cu2+ (complexo) + (CHOH), oü

IcH2oH

Solução de AldoseBenedict

(azul)

/cHt H,

-or

,cH,O:C. F* l

^

+HoHta"-. '\o' cH,

Acetal cíclico

I

l ìII

cH2oH

C:O 4 CurO l + Produtos de oxidação

(ÏHoH),

cH2oH

Cetose (produto deredução,

vermelho tijolo)

Açúcares que resultam em testes positivos çom as soluções de Tollens ou Benedict são coúecr-

. dos como açúcares redutores, e todos os carboidratos que contêm \m grupo hemiacetal resultan:

t[

Carboidratos 335

em testes positivos. Em solução aquosa estes hemicetais estão em equilíbrio com concentrações re-lativamente pequenas, mas não insignificantes, de aldeídos ou a-hidroxicetonas acíclicos. São estesdois últimos que sofrem a oxidação, atrapalhando o equilíbrio na produção de mais aldeído ou o.-hidroxicetona, que então sofre a oxidação até o esgotamento de um dos reagentes.

Os carboidratos que contêm grupos acetais apenas não resultam em testes positivos com a so-lução de Benedict ou Tollens, e são chamados açúcares não-redutores. Os acetais não existemem equilíbrio com os aldeídos ou as a-hidroxicetonas no meio aquoso básico dos reagentes doteste.

Açúcar redutor Açúcar não-redutorGrupo alquila ou

R'

Hemiacetal (R' = IIou = CIIzOH) (fornece

teste positivo deTollens ou de Benedict)

Problema 22.6 > Como você poderia distinguir entre a ct-D-glicopiranose (i.e., D-glicose) e a metil a-D-glicopiranosídio?

Apesar dos reagentes de Benediçt e Tollens serem de alguma utilidade como ferramentas de diag:nóstico (a solução de Benedict pode ser usada nas determinações quantitativas de açúcares redutores[conhecidas como glicose] no sangue e na urina), nenhum destes reagentes é útil como um reagentepreparativo nas oxidações de carboidratos. As oxidações com ambos os reagentes ocoÍïem em solu-ção alcalina, e nas soluções alcalinas os açítcares redutores sofrem uma série de reações complexasque levam a isomerizações (Seção 22.54).

22.68 Água de Bromo: A Síntese dos Ácidos Aldônicos

Os monossacarídeos não sofrem reações de isomerização nem de fragmentação em soluções li-geiramente acídicas. Assim, um reagente de oxidação útil para propósitos preparativos é o bromo emágua (pH 6,0). A água de bromo é um reagente geral que oxida seletivamente o grupo -CHO em umgrupo -{OrH. Ele converte uma aldose em um dcido aldônico'.

CHO

(ÇHoH1,I

cH2oH

Aldose

Br"----!-+H.o

ïo,"(ÏHoH),

cH2oH

ácido aldônico

Experiências com aldopiranoses mostraram que o curso real da reação é um pouco mais com-plexo do que havíamos indicado acima. A água de bromo oxida especificamente o anômero B e oproduto inicial que se forma é uma õ-aldonolactona. Este composto pode então se hidrolisar emum ácido aldônico e este pode sofrer um subseqüente fechamento de anel, para formar uma 7-aldonolactona.

Br"----1+H"O

OH

+H"O--------:----t,

-Hro

D-Glucono-ôìactona

í "^outro açúcar

-9-or ,/o-H -f-o\

,/o-R'Ct , / \

-C R'I

'Cl , / \-C

Acetal (R'= Hou = CHzOH (não fornece

teste positivo de ïbllensou de Benedict)

B-D-Glicopiranose

336 Carboidratos

ïo'tu-J- ou Ho

"o-]-" -H"o

l=+u-]-oH +H2o

IH-]-oH

cH2oH

ÁcidoD-Glicônico

D-Glicônico-

1-lactona

22.6C Oxidação pelo Ácido Nítrico: Ácidos Aldáricos

O ácido nítrico diluído - um agente de oxidação mais forte que a água de bromo - oxida, tant

o grupo -CHO e o grupo terminal -CHTOH de um aldose em grupos -COrH. Estes ácidos dicar

boxfliços são conhecidos como ácidos aldóricos.

ïo'"(ÏHoH),

cH2oH co2H

Aldose Ácido aldárico

Não se sabe se uma lactona é um intermediário na oxidação de uma aldose em um ácido aldáricc

os ácidos aldáricos, contudo, formam prontamente as lactonas 1 e ô.

CHOI HNO.

(ÇHoH;, -------:>I

o*^-oH-C

CHOHICHOH -H'oI - - - - - -4CHOHICHOH

io/-\oH

Ácido aldárico(de uma aldoexose)

o=a-o"

ICHOH

çH----lz-\uu òro" IloCHOH

I

/ -

Cantos destetipo nãorepresentamo grupo CH2

o=a-o"

or'c-ogÁcido D-glicárico

^ï---tCHOH I

cHoH I

CHJ

ICHOHI

C

o/-\oH

^y-Lactonas de um ácido aldárico

O ácido aldárico obtido da D-glicose é chamado ácido D-glicárico.*

otlCH

,o1--$fl-o, '-fo' "*" H-T-oH

\ r .--= uo--fH _+ Ho--1-H

--ì.--õ.$V\oH H-+-oH H-+-oHoH ;+;; ;+""cH2oH,

D-Glicose

*Termos mais antigos pra ácidos aldánicos são, ticidos glicárìcos ou tícidos sqcórícos.

b**

Carboidratos 337

Problema 22,7 > (a) Você esperaria o ácido D-glicárico ser opticamente ativo?(b) Escreva a estrutura de cadeia aberta para o ácido aldárico (ácido maaárico) que se obteria pela

oxidação da D-manose por ácido nítrico.(c) Você esperaria o ácido manárico ser opticamente ativo?(d) Que ácido aldárico você esperaria obter da D-eritrose?

CHO

H--*-OH

H----t-oH

cH2oH

D-Eritrose

(e) O ácido aldárico em (d) apresentaria a atividade ótica?(f) A D-treose, um diastereômero da D-eritrose, produz um ácido aldáriço opticamente ativo, quan-

do é submetido à oxidação pelo ácido nítrico. Escreva as fórmulas de projeção de Fischer para aD-treose e seu produto de oxidação pelo ácido nítrico.

(g) Quais são os nomes dos ácidos aldáricos obtidos a partir da D-eritrose e a D-treose? (Veja Seção5.144.)

Problema 22.8 > O ácido D-Glicrírico sofre lactonização para produzir duas 1-lactonas diferentes. Quais são suas es-truturas?

22.6D Oxidação pelo Periodato: Clivagem Oxidativados Compostos poli-hidroxilados

Os compostos que possuem grupos hidroxila em átomos adjacentes sofrem clivagem oxidativaquando são tratados com ácido periódico aquoso (HIO4). A reação promove a clivagem das ligaçõescarbono-carbono e produz compostos carbonilados (aldeídos, cetonas ou ácidos). A estequiometriada reação é

I-C_OH

I----i------- + HTO. ----->

I-C-OH

otl

2 ..C-, + HIO3 + H2O

Como a reaçáo normalmente ocoffe em rendimentos quantitativos, informações valiosas podem serobtidas, muitas vezes, medindo-se o número de equivalentes molares do ácido periódico consumidona reação, assim como identificando os produtos carbonilados.*

Acredita-se que oxidações por periodatos ocorrem através de um intermediário cíclico:

I-C-OH -C;O. .O

I r-H,oI) l/ ' Ò,1. ____-

| +loo - rv l -7\

-c-oH -Í ' .o o

C:O

+ IO3-

C:O

Antes de discutir o uso do ácido periódico na química dos carboidratos, devemos ilustrar o cursoda reação com vários exemplos simples. Observe nestas oxidações por periodato que para cada liga-

ção C-C clivada, uma ligação C-O é formada em cada carbono.

1. Quando três ou mais grupos -CHOH são contíguos, os internos são obtidos como ócidofórmico.A oxidação do glicerol por periodato, por exemplo, fornece dois equivalentes molares do formal-deído e um equivalente molar do ácido fórmico.

*O reagente tetracetato de chumbo Pb(O,CCHJ4 provoca reações de clivagem semelhmte àquelas do ácido periódico. Os dois rcagentes são com-plementres; o ácido periódico funciona bem em soluções aquosas e o teüacetato de chmbo oferece bons resultados em solventes orgânicos.

338 Carboidratos

HI

H-C-OH------ t-------H-C-OH r 2IOo -->

I- - - - - - r - - - - - - -H-C-OH

HGlicerol

oI (formaldeído)

Í I l * \H+oll (a"ldo fórmico)(-

H/*\oH

otl

,,,c.._

2. A clivagem oxidativa ocorre também quando um grupo -OH é adjacente a um grupo cart'-- .

de um aldeído ou uma cetona (mas não aquele de um ácido ou um éster)' O gliceraldeído pr.'- -

dois equivalentes molares do ácido fórmico e um equivalente molar do formaldeído' enquar:

diidroiiacetona fornece dois equivalentes molares do formaldeído e um equivalente molar d'- -

óxido de carbono.

otlC_HF

H-c-oH + 2lor- ----+I- - - - - - r - - - - - - -

H_C-OH

üGliceraldeído

HI

tI_C-OH- t - -C:O + 2lO4

(formaldeído)

(ácido fórmico)

(ácido fórmico)

(formaldeído)

otlC

H/-\oH+otl

C

H/-\oH+otl(-

H/ ' \H

- - - - - f - - - - - - -H-C-OH

IH

Diidroxiacetona

oll (formaldeído)(-

H/- \H+

---+ O:C:O (dióxido de carbono)

+oli

(formaldeído)f

H/"\H

3. O ácido periódico não promove a clivagem de compostos nos quais os grupos hidroxila_são. sep;-

rados poi um grupo intèrmediário -{H2-, nem aqueles nos quais um grupo hidroxila é adjacer--

te a um éter ou uma função acetal.

cH2oH cH2ocHjl r

ÇH, + IO4- ---) não há clivagem CHOH + IO4- --) não há clivagem

tlcH2oH cH2R

probfema Z2,g > eue produtos você esperaria serem formados quando cada um dos seguintes compostos é tratado

"àrn o-u quantidade ãpropriada de ácido periódico? Quantos equivalentes molares do HIO,

seriam consumidos em cada caso?

(a) 2,3-Butanodiol(c) CH'OHCHOHCH(OCH3),

(b) 1,2,3-Butanotriol(d) CH,OHCHOHCOCH3

l,o

Carboidratos 339

(e) CHTCOCHOHCOCH3(g)

ï*,cH3c-cH2

HO OH

(f) cis-t,2-Ciclopentanodiol(h) D-Eritrose

Problema 22.10 > Mostre quantos ácidos periódicos poderiam ser usados para distinguir uma aldoexose de umacetoexose. Que produtos você obteria de cada um deles e quantos equivalentes molares de HIO.seriam consumidos?

22.7 ReouçÃo Dos MoNossAcARíoeos: AlotrólsAs aldoses (e cetoses) podem ser reduzidas pelo broidreto de sódio a compostos chamados alditóis.

CHO

cHoH),I

cH2oHAldose

cH2oH*-9,I'r tfHoq,H2, pt

CHrOH

Alditol

A redução da D-glicose, por exemplo, produz o D-glicitol.

CH.OHrio--\-.-_\j_-/ui

\ \ '---.'.r-I.á\.-ulr

H

HO

H

H

CHO

-ro"-l-H-l-ot-]- ot

cH2oH

cH2oHH-]_ oH

NaBH. HO--+-H€ |

H--t-oHIH-1-oH

cH2oH

D-Glicitol(ou D-sorbitol)

HO

Problema 22,a, > (a) Você esperaria que o D-glicitol seja opticamente ativo? (b) Escreva as fórmulas de projeção deFischer para todos os D-aldoexoses que iriam produzir alditóis opticamente inativos.

22.8 Reações Dos MoNossAcARíoeos coM Feuuonazlna:OsazoNas

O grupo aldeído de uma aldose reage com reagentes carbonílicos do tipo hidroxilamina efenilidrazina (Seção 16.8). Com a hidroxilamina, o produto é a oxima esperada. Com bastantefenilidrazina, contudo, três equivalentes molares da fenilidrazina são consumidos e um segundo gru-po fenilidrazona é introduzido em C2. O produto é chamado de umafenilosazona. As fenilosazonascristalizam prontamente (diferente dos açúcares) e são derivados úteis para identificar os açúcares.

HIc:oI

CHOHI(Çuon;,I

cH2oHAldose

HIC:NNHC.H,IC:NNHC'H,I

+ 3 C6H5NHNH2 ---> (ÇHOU;,I

cH2oHFenilosazona

+ c6HsNH2 + NH' + H2O

O mecanismo para a formação da osazona depende, provavelmente, de uma série de reações na

\\quais ,C:N- se comporta de modo semelhante ao ,C:O ao fornecer uma versão de um nitro-1---

/ / - -- - ----r -

, /

gênio de um enol.

340 Carboidratos

Problema 22.42>

lJm Mecanismo parla a Reação

Formação da Fenilosazona

^J?H-^CH:N-NHC.H,

.> lnÊs-Lc-on

I(formadoda aldose)

HHt l

CH- N , N-C.H.tauromerizaçào llJt)--.'

-C-=O--H (-C6H5NH':)

>

| \ - ,n

CH:NH CH:\NHC^H.t l

c:o (+2 C6H\NHNH'

> ò:NNHcuu5 + NH3 + H2ot l

A formação da osazona resulta da perda do estereocentro emC2, mas não afeta outros estereocentro:a D-glicose e a D-manose, por exemplo, produzem a mesma fenilosazona:

CH:NNHC.H,

C:NNHC.H,

c-H.NHNH, Ho---€

CHO

--r-H

+"--]-o"

-1-o"cH2oH

HO

HO

H

H

CHO

-ï-*

-ï-'

----{-oHI-1-o"cH2oH

H

HO

H

H

H

OH

OH

C.H.NHNH,

H

H

D-Glicose

cH2oH

A mesma fenilosazona f)-Manose

Esta experiência, realizada pela primeira vez por Emil Fischer, estabeleceu que a D-glicose e a D-manose possuem as mesmas configurações sobre o C3, C4 e C5. As aldoses diaestereoméricas qu:diferem na configuração em apenas um carbono (como a D-glicose e a D-manose) são chamad",epímeros. Em geral, qualquer par de diastereômeros que difira em configuração em apenas um úm: .estereocentro pode ser chamado de epímero.

Apesar da D-frutose não ser um epímero da D-glicose ou da D-manose (a D-frutose é umacetoexose), todas estas produzem a mesma fenilosazona. (a) Usando as fórmulas de projeção deFischer, escreva uma equação para a reação da frutose com fenilidrazina. (b) Que informaçãofornece esta experiência sobre a estereoquímica da D-frutose?

22.9 SÍNrese E DEGRADAçÃo Dos MoNossAcARíoeos

22.9A Síntese de Kiliani-Fischer

Em 1885, Heinrich Kiliani (Freiburg, Alemanha) descobriu que uma aldose pode ser convertid:em ácidos aldônicos epiméricos, possuindo um carbono adicional através da adição do cianeto d;hidrogênio e a subseqüente hidrólise das cianoidrinas epiméricas. Mais tarde, Fischer expandiu est:método, mostrando que as aldonolactonas obtidas dos ácidos aldônicos podem serreduzidas às aldosesHoje em dia este método de prolongar a cadeia de carbono de uma aldose é chamada de síntese deKiliani-Fischer.

Podemos ilusffar a síntese de Kiliani-Fischer com a síntese da D-treose e a D-eritrose (aldotetrose.

a partir do D-gliceraldeído (uma aldotriose) naFig.22.6.A adição do cianeto de hidrogênio ao gliceraldeído fornece duas cianoidrinas epiméricas, pois .

reação cria um novo estereocentro. As cianoidrinas podem ser facilmente separadas (pois sa,.diastereômeros) e cada uma pode ser convertida em uma aldose através da hidrólise, a acidificaçàc.alactorrjzação e a redução com Na-Hg em pH 3-5. Finalmente, uma cianoidrina produz a D-(- -eritrose e a outra produz a D-(-)-treose.

t ,f l

ü,o

Carboidratos 341

o=a-"

Hì-oH

cH2oHD-GliceraÌdeído

CN

n--f-oHI

H-ï-oH

cH2oHl (1) Ba(OH),

J(2) r4o+

Cianoidrinasepiméricas(separadas)

Acidos aldônicosepiméricos

y-aldonolactonasepiméricas

CNI

Ho-ï-H

H-J-oHcH2oHl{r) n"{ou),J(2)

nto*

o

Fig. 22.6 Uma síntese deKiliani-Fisher da D-(-)-eritrose e da D-(-)-treose apartir de D-gliceraldeído.

lNa-ug, uroJPH

3-5

o="-"

H-l-onI

H-ï-oH

cH2oH

D-(-)-Eritrose

o="-"

Ho-]-H

H-ï-oH

cH2oH

D-(-)-Treose

OHH

lN'-ng, Hro

JeH 3-5

Podemos ter cefteza de que ambas as aldotetroses que obtemos desta síntese de Kiliani-Fischersão açúcares D, pois o composto inicial é o D-gliceratdeído e seu estereocentro não é afetado pelasíntese. Na base da síntese de Kiliani-Fischer só não sabemos qual a aldotetrose que possui amboì osgrupos -OH à direita e qual possui o -OH do topo à esquerda, na projeção de FiscÈer. Contudo, seoxidamos ambas as aldotetroses em ácidos aldáricos, uma [D-(-)-éAtioie] irá produzir um produto(meso) optícamente inativo,enquanto a outra [D-(-)-treose] irá produzir um produto que é optiamenteativ o (v eja Problema 22.7 ).

Problema 22.13 > (a) Quais são as estruturas da L-(*)-treose e L-(*)-eritrose? (b) Que aldotriose você usaria paraprepará-las em uma síntese de Kiliani-Fischer?

Problema 22.,4 > (a) Esquematize uma síntese de Killiani-Fischer de aldopentoses epiméricas começando com a D-(-)-eritrose (use as projeções de Fischer). (b) As duas aldopentosés epiméricas quê se obtêm sãoD-(-)-arabinose e D-(-)-ribose. A oxidação por ácido nítrico da l-1-;-riUose pìoduz um ácidoaldárico opticamente inativo, enquanto oxidação semelhante da D-(-)-arabinosê produz umproduto opticamente ativo. Com base nesta informação apenas, qual a projeção dê Fischer querepresenta a D-(-)-arabinose e qual representa a D-(-)-ribose?

342 Carboidratos

Problema 22.15> Submetendo a D-(-)-fteose a uma síntese de Kiliani-Fischer, produzem-se duas ouffas aldopentosesepiméricas, a D-(*)-xilose e a D-(-)-lixose. A D-(- +)-xilose pode ser oxidada (com ácido nítico) emum ácido aldárico opticamenúe inaüvo, enquanto a oúdação semelhante da D-(-)-lixose fomece umproduto opticamente ativo. Quais são as estruturas da D-(+)-xilose e da D-(-)-lixose?

Problema 22.16 > Existem oito aldopentoses. Nos problemas 22.14 e 22.15 vocè chegou a quatro estruturas. Quaissão os nomes 9 as estruturas das quatro restantes?

22.98 Degradação de Rufr

Assim como é possível usar a síntese de Kiliani-Fischer para alongar a cadeia de uma aldose p,::um átomo de carbono, a degradação de Ruff* pode ser usada para encurtar a cadeia por uma unidac.semelhante. A degradação de Ruffenvolve (1) a oxidação da aldose em ácido aldônico, usando águ:.de bromo e (2) decarboxilação oxidativa do ácido aldônico na aldose imediatamente inferior, usanü:o peróxido de hidrogênio e o sulfato férrico. A D-(-)-ribose, por exemplo, pode ser degradada erD-(-)-eritrose:

o=a-o"

oH o=a-"

H"O.oH -ffiOH

D-(-)-Ribose

cH2oH

Ácido D-Ritrônico D-(-)-Eritrose

OH

OH

OH

Br"

E;+ H

H

H oH + co2

OH

o=a-t

Probfema 22.17 > A aldoexose D-(*)-galactose pode ser obtida pela hidrólise da lactose, um dissacarídeoencontrado no leite. Quando a D-(*)-galactose é tratada com ácido nítrico, produz um ácidoaldárico opticamente inativo. Quando a D-(+)-galactose é submetida à degradação de Ruff, elaproduz a D-(-)-lixose (veja Problema 22.15). Usando apenas estes dados, escreva a fórmula deprojeção de Fischer para a D-(*)-galactose.

22.104 FauílrA D DASALDoSESA degradação de Ruff e a síntese de Kiliani-Fischer permite classificar todas as aldoses em famí-

lias ou "árvores genealógicas", com base em sua relação ao D- ou L-gliceraldeído. Tal árvore é cons-truída na Fi9.22.7 e inclui as estruturas das D-aldoexoses, 1-8.

A maioria, mas não todas as aldoses naturais, pertence à famflia D, com a D-(+)-glicose sendo.até agora, a mais comum. A D-(+)-galactose pode ser obtida do açúcar do leite (lactose), mas a L-(-)-galactose ocoÍïe em um polissacarídeo encontrado no caracol da vinha, a Helix pomatio. AL-(*)-arabinose é encontrada com facilidade mas a D-(-)-arabinose é rara, sendo encontrada apenasem certas bactérias e esponjas. A treose, lixose, gulose e a alose não são naturais, mas uma ou ambasas formas (D ou L) de cada já foram sintetizadas.

22.1| Pnova DE FrscHER DA CoNncuRAçÃo DAD-(+)-GLrcosE

Emil Fischer começou seu trabalho sobre a estereoquímica da (+)-glicose em 1888, somente 12anos depois que van't Hoff e Le Bel apresentaram sua proposta referente à estrutura tetraédrica docarbono. No início, foi disponível para Fischer apenas um pequeno conjunto de dados: apenas algunsmonossacarídeos eram conhecidos, incluindo a (*)-glicose, a (*)-arabinose e a (+)-manose. [(+)-manose acabava de ser sintetizada por Fischerl. Sabia-se que os açúcares (*)-glicose e (*)-manoseeram aldoexoses; a (*)-arabinose era conhecida como uma aldopentose.

il&_.

*Desenvolvido oor Otto Ruff. 1871-1939. um quírnico alemão.

Carboidratos 343

o

0

o

o

q)

qoc)0

X

H

-1 + + + Ç 5.ËU--.1--f_1-f- ! €---rl

r r r r i lJne 9 9 E x Ë E õ 8Ëi{ iri ir H | | | #\.=

L---f-_1----T-- -a =-lHH9l l l l l lH H *Ë o o E Y l lo ? T T ? ãg E E Ê l l

F I I I I FË**_l t l lu---f-- l-- l-- l-ve-- l l| | | | A ì+ E He

^+^-t* Y V ^

+ Y OQtr tr à H | | 'F_Ëõ--*õ lrrl l l ì l

E ë r ã Ea I E Y r larr ì r - rsÉâl l!d | | | ì E: r+ ì to--f f io+'- l t t r l l ;| | | | 3 E E Hi! l l =,=

H | ^ ^

g; l l d l l : :V * v *

^ V i ! \J

^ X l l o l l -

I H , v V i l - i lõi { i { Y I I I iË l l ì l lc

t r I I I f \X-+- l l : " l lE"_1-T__1-_v ai 9 l lÉH | | | + - l l 'ë Ë E Ë EË E e E Ã l lO | Ì T r "^È t+ E H l l

5_||-_{---{-gÇ..-----rt lt €l l t l i \_ €

E E O E Y F EãE â e Ï 3"9I \ L ËË

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Ë I I I I Eï€ , / Á-----T--T---t--TLÍ=-l ^, l l| | ì | ? l l r E! *Ë l l

+;^;d+=t lvvrúvv^Ht lEEâpl l lÉEl l Ü-J-|-|Üi=-r tlltE EErn j I I ì l l : l l :O E O O õ H H lr. Èi .= il F^ilEË | r | | Eïõ. . - j á l l € l lgt--rl--T---T-"^ rü r-I I I I + | í rÉ - í t l lE 9 E r i X õ õ t i : l l

H V I I N€ t li ! t t i l | i t lO----#O Eì ê'

H H Ë Ee | |

^ E õ õ õ Ë3 E E ISTTTTH.g [ â---l-f-F--

i.,*--l+ lll l l l+;FrHcl lo E E E Y ã ã ã FË l lE ê o Y ; Y u^f l l

F | | | F i 'Ya<-r lE E E E H q) "-T-T-T-"1Ç õ Ç õ ë_g E E E â

; | | | I F i< l t: t | | | I ! \ . ! : - t

I t t t+l l l lY

fA

-ril -

l :

úo

N

o

({c{

u0tt

344 Carboidratos

Como uma aldoexose possui quatro estereocentros, 2a (ou 16) estereisômeros são possiysis - tt27dos quaís é a ( *)-glicose. Fischer decidiu, arbitrariamente, limitar sua atenção às oito estruturas coma configuração D, dada na Fig. 22.7 (eslruturas 1-8). Fischer percebeu que não conseguiria diferen-ciar entre configurações enantioméricas, pois os métodos para determinar a configuração absolutados compostos orgânicos não haviam sido desenvolvidos. Só foi em 1951, quando Bijvoet (Seção5.144) determinou aconfiguração absoluta do ácido L-(+){artânco [e, conseqüentemente, o D-(+ t-gliceraldeídol, que a designação arbitrâria de Fischer da (*)-gÌicose à famflia, que chamamos de fa-míÌia D, foi reconhecida como correta.

A designação de Fischer, de estrutura 3 para a (*)-glicose, foi baseada no seguinte raciocínio:

1. A oxidação pelo ácido nítrico da (+)-glicose fornece um ácido aldárico opticamente ativo. Isto elimi-na considerar as estruturas 1 e 7, pois ambos os compostos iriam fornecer âcidos meso-aldiáricos.

2.Adegradaçãoda(*)-gl icosefornecea(-)-arabinoseeaoxidaçãopeloácidonítr icoda(-rarabinose fornece um ácido aldárico opticamente ativo.Isto significa que a (-)-arabinose nàcpode ter as configurações 9 ou 11, e deve possuir a estrutura L0 ou 12. Fica estabelecido, também.que a (+)-glicose não pode possuir a configuração 2, 5 ou 6. Isto deixa as estruturas 3, 4 e 8 comcpossibilidades para a (*)-glicose.

3. Uma síntese de Kiliani-Fischer, iniciando com a (-)-arabinose, fornece a (*)-glicose e a (*)-ma-nose; a oxidação por ácido nítrico da (*)-manose fornece um ácido aldiárico opticamente atir cIsto, aliado ao fato que a (+)-glicose produz um ácido aldárico diferente e opticamente atilo.estabelece a estrutura 10 como a estrutura da (-)-arabinose e elimina a estrutura 8, como estrutu-ra possível para a (*)-gliçose. Se a (-)-arabinose fosse representada pela estrutura 12, uma sín-tese de Kiliani-Fischer iria fornecer duas aldoexoses, 7 e 8, uma das quais (7), daria um ácidcaldárico opticamente inativo ao ser oxidado por ácido nítrico.

4. Sobraram duas estruturas, a 3 e 4; uma estrutura representa a (*)-glicose e a outra representa ;(*)-manose. Fischer percebeu que a (+)-glicose e a (*)-manose eram epiméricas (em C2), ma-.a decisão de qual composto fosse representado por qual estrutura era o mais difícil.

5. Fischer já havia desenvolvido um método eficiente para intercambiar os dois grupos termina;:(-{HO e -CHTOH) de uma cadeia de aldose. E, com uma lógica brilhante, percebeu que se i(+)-glicose tinha a estrutura 4, um intercâmbio de grupos terminais iria produzír a tk€sni;,aldoexose:

HO

HO

H

H intercâmbio-------------+oH

"hïï|n"",reações qúmicas

OH

HO

HO

H

H

HO

HO

H

H

(Lembre-se deque é possível

virar uma projeçãode Fischer

em 180" no planoda página.)

I

l l

cH2oH4

Por outro lado, se a (*)-glicose possui a estruitra3, um intercâmbio do grupo terminal irdfonu.cer uma aldoexose diferente,13

intercâmbio

-| oo grupoteminal por

r€ações químicas

Esta nova aldoexose, se fosse formada, iria ser um açícarL e seria a imagem especular da D-glicoseAssim, seu nome seria L-gulose.

Fischer efetuou o intercâmbio do grupo terminal começando com a (*)-glicose e o produto foi ;nova aldoexose 13. Este resultado provou que a (+)-glicose possui a estrutura 3. Estabeleceu tam-bém o 4, como a estrutura para a (*)-manose e forneceu a estrutura da L-(+)-glicose como 13.

cH2oH

-Ï-o"

-ï-"

-ï-o"

-J-o'CHO

H

HO

H

H

CHOI_Ì-oHI

------+- IJ

t "--f-oHI-J-o'cHroHJ

H

HO

H

H

CHO CHOI-f'

-Ï_'

--]-o"

-fo"cH2oH4

cH,oH

-l-''I-ï_'

-fo"--]-o"

CHO

liu-t

Carboidratos 345

O procedimento usado por Fischer para intercambiar os terminais da cadeia da (*)-glicose come-

çava com um dos 1-lactonas do ácido D-gluciírico (veja Problema22.8) e foi efetuado como segue:

\ÏH'?oHH-f-oH

Ho-Ï-H

H-ï-oH =-'

H-J-oHco2H

ÁcidoL-glucônico

H

HO

t-l

H

Na-Hs

too

Uma 7-lactonado ácido

D-glicárico

Uma 7-aldonolactona

cH2oH

H-J-oHHo-ï-H

H-J-oHH-foH

or'ctu

o=a-t

nolnI

_ Ho--ï-H

"-f oHHo-fH

cH2oH

L-(+)-Gulose13

Observe que nesta síntese a segunda redução com a Na-Hg é efetuado no pH 3-5. Sob estas condi-ções, a redução da lactona fornece um aldeído e não um álcool primário.

Probfema 22.18 > Na verdade, Fischer tinha que submeter ambas as "y-lactonas do ácido D-glucárico (Problema22.8) ao procedimento que acabamos de esquematizar. Que produto daria a outra 1-lactona?

22.12 DrssecRRíDEos

22.12A Sacarose

O açúcar comum é um dissacarídeo chamado de sacarose. A sacarose, o dissacarídeo mais disse-minado na natureza, é encontrado em todos os vegetais fotossintéticos e é obtido comercialmentepela cana-de-açúcar ou da beterraba. A sacarose possui a estrutura mostrada naFig.22.8.

A estrutura da sacarose é baseada na sesuinte evidência:

1.,

A sacarose possui a fórmula molecular C,2H22O'.A hidrólise catalisada por ácido de 1 mol da sacarose produz 1 mol da D-glicose e 1 mol da D-frutose.

HOCH2,,.O\ oH|,/ \2,/

'K H H?ÃcH,or-tH\_

4t1t i -OHH

Frutose(como uma Ê-furanose)

3. A sacarose é um açícar não-redutor; ele fornece testes negativos com as soluções de Benedict eTollens. A sacarose não forma uma osazona nem sofre mutarrotação. Estes fatos significam que

tr,t"r*{

Fig. 22.8 Duasrepresentações da fórmulaparâ a (+)-sacarose (cr-D-glicopiranosila p-D-frutofuranosídio).

Fig. 22.9 Duasrepresentações da estruturado p anômero da (+)-maltose. 4-O-(a-D-glicopiranosil)-p-D-glicopiranose.

5.

nem a glicose nem a parcela da frutose da sacarose possui um grupo hemiacetal. Portanto, oS dct,hexoses devem possuir uma ligação glicosídica que envolve o C1 da glicose e o C2 da frutos;pois é somente desta maneira, que ambos os grupos carbonila estarão presentes como acetais cor.-pletos (i.e., como glicosídios).A estereoquímica das ligações glicosídicas pode ser deduzida pelas experiências realizadas cc::as enzimas. A sacarose é hidrolisada por uma a-glucosidase obtida da levedura, mas não por Èr.-zimas B-glicosidases. Esta hidrólise indica uma configuração a em uma parcela glicosídica. '.sacarose é também hidrolisada pela sacarase, vma enzima conhecida por hidrolisar os [-frutofuranosídios. Esta hidrólise indica uma configuração B na parcela frutosídica.A metilação da sacarose fornece um derivado octametila que, ao hidrolisar, fornece a2,3,4.6-r.:-tra-O-metil-D-glicose e a1,3,4,6-tetra-O-metil-D-frutose. As identidades destes dois produtos c;-monstram que a parcela glicose é w piranosídio e que a parcela frutose é um furanosídio.

A estrutura da sacarose foi confirmada pela análise de raio X e por uma síntese clara.

22,128 Maltose

Quando o amido (Seção 22.134) é hidrolisado pelaenzimadiastase, um produto é o dissacarídeconhecido como malto se (Fig. 22.9).

1. Quando 1 mol da maltose é submetido à hidrólise catalisada por ácidos ele produz 2 mols da tr-(*)-glicose.

12OH

l3H

t*

6HOÇH,

\-O

6cHroH

oHOHH

Carboidratos 347

2. Diferente da sacarose, a maltose é um açúcar redutor', ele resulta em testes positivos com as solu-

ções de Fehling, Benedict e Tollens. A maltose reage também com a fenilidtazinapara formar

úma monofenilosazona (i.e., ela incorpora duas moléculas de fenilidrazina).

3. A maltose existe em duas formas anoméricas: ct-(*)-maltos e, [alf : * 168", e B-(*)-maltose,

161l?; : + !!2" . Os anômeros de maltose sofrem mutarrotação para produzir uma mistura equili-

brada. la l r i : * 136".Fatos 2ã 3 demonstram que um dos resíduos da glicose da maltose está presente em forma de

hemiacetal; a outra, portanto, deve estar presente como um glicosídio. A configuração desta liga-

ção glicosídica pode ser deduzida como sendo ct, pois a maltose é hidrolisada por enzimas ct-gli-

cosidase e não por enzimas B-glicosidase.4. A maltose reage com água de bromo para formar um ácido monocarboxflico, o ácido maltônico

(Fig.22.10a). -Este

fato é também consistente com a presença de um grupo hemiacetal.

5. A metilação do ácido maltônico, seguida pela hidrólise, fornece a2,3,4,6-tetra-O-metil-D-glicose

e o ácidó 23,5,6-tetra-O-metil-D-glicônico. O primeiro produto possui um -OH livre em C5;

isso indica que a parcela de glicose não-redutora está presente como um piranosídio. O segundo

produto, o aciao ì3,5,6-t"ttu-O-metil-D-glicônico possui um -OH livre em C4, indicando que

èsta posição foi envolvida em uma ligação glicosídica com a glicose não-redutora.

Apenas o tamanho do anel da glicose redutora precisa ser determinado.

6. A môtilação da própria maltose, seguida pela hidrólise (Fig.22.l0b), fornece a2,3,4,6-tetta-O-

metil-D-Álicoseè a2,3,6-tri-O-metil-D-glicose. O -OH livre em C5, neste segundo produto' in-

dica queã grupo deve ter sido envolvido no anel de óxido e que a glicose redutora está presente

como uma piranose.t :

f -

rüI -

:- H

HO

(1) CH3OH, H*(2) (CH3)2SO4, OH

OH

Ácido maltônico

| (cH3)'so4loH+ | ".,

*,oü

OH+

Fig.22.10 (c) Oxidação damaltose em ácido maltônicoseguida pela metilação e ahidrólise. (á) A metilação ea subseqüente hidrólise daprópria maltose.

2, 3,4,6-Tetra-O-netil-D'glicose

(como uma piranose)

co,cH3

H ocHs

H*, H2o

Ácido 2,3.5.6-tetra-O-metil-D.glicônico

H OCHs

2,3,4,6-Tetra-O-metil-D-glicos€

(como uma piranose)

2,3,6-"IÌl-o-metil-D-glicos€

(como uma piranos€)

6rroçH,

ô"\ tF

6HOÇH,

HoH

Maltose

H ocHs H ocH3

348 Carboidratos

22.12C Celobiose

A hidrólise parcial da celulose (Seção 22.13C) fornece o dissacarídeo, a celobiose (C,rHrrO,,) iF2.2.11). A celobiose se parece com a maltose em todos os aspectos, exceto um: a configúruçao'd. tIigação glicosídica.

A celobiose, assim como a maltose, é um açúcar redutor que, na hidrólise catalisada por ácr;fornece dois equivalentes molares da D-glicose. A celobiose também sofre mutarrotação e forma ur: -monofenilosazona. Estudos da metilação mostram que o Cl de uma unidade da ghcôse é conecr.:pela ligação glicosídica ao C4 do outro; e que ambos os anéis possuem seis membros. Diferenremaltose, contudo, a celobiose é hidrolisadf pelas enzimas B-glìcosidase e não pelas enzimas c-:cosidase: Isto indica que a ligação glicosídica na celobiose é B (Fig. 22.lI).

o OHl

H

F!F.2?.1 I Duas representações do p anômero de celobiose, 4-o-(p-D-glicopiranosil)-p-D-glicopiranose.

22.12D Lactose

A lactose (Fig. 22.12) é um dissacarídeo presente no leite humano, das vacas e quase todo:mamíferos. A lactose é um açúcar redutor que hidrolisa para produzir a D-glicose e a b-galactosrligação glicosídica é B.

Fig.22.12 Duas representações do p anômero da lactose,4-O-(p-D-galactopiranosil)-p.D-glicopiranose,

{ r /

H

HOH

,,iaã..,." ì o"\Fia" fo.e'"*'

OH

312

Carboidratos

Química

A sacarose (açúcar refinado) e a frutose são os adoçantes naturais mais comuns. Todos sabe-mos, entretanto, que eles adicionam à nossa ingestão calórica e promovem a cárie dentiiria. Porestas razões, muita gente considera os adoçantes artificiais como uma alternativa atraente àscontrapartidas naturais, contribuidores de calorias.

Talvez o adoçante artificial mais bem-sucedido e mais amplamente usado seja o aspartame. oéster metílico de uma dipeptida formada a parlir da fenilalanina e do ácido aspártico (Seção 24 .4).O aspartame é cerça de 100 vezes mais doce que a sacarose. Entretanto, na solução, ele sofre hi-drólise lenta, o que limita sua vida útil em produtos como as bebidas não-alcoóliças. Nem podeser usado para assaÍ em forno pois se decompõe com o calor. Além do mais, pessoas poftadorasda condição genérica conhecida como fenilcetonúria não podem usa.r o aspaÍtame pois seu meta-bolismo acumula ácido fenilpiúvico, derivado do aspartame. O acúmulo do ácido fenilpiúvico énocivo, principalmente para crianças. O alitame, por outro lado, é um composto relacionado aoaspartame, mas com propriedades melhoradas. Ele é mais estável do que o asparlame e cerca de2.000 vezes mais doce que a sacarose.

Alitame

A sacralose é um derivado triclorado da sacarose que é um adoçante artificial. Assim como oaspartame, tambóm é aprovado para o uso pela US Food and Drug Administration (FDA, sigla eminglês). A sacralose é 600 vezes mais doce que a sacarose e possui diversas propriedades desejá-veis em um adoçante artificial. A sacralose se parece e tem o gosto do açúcar, é estável a tempe-raturas usadas para cozinhar e assar, não provoca cárie e não tem calorias.

3',

Sacralose

O ciclamato e a sacarina, usados como seus sais de sódio ou cálcio, já foram adoçantes popu-lares há algum tempo. IJma formulação comum envolvia uma mistura 10:1 do ciclamato e da sa-carina, que era mais doce do que um desses compostos individualmente. Testes mostraram, con-tudo, que esta mistura produzia tumores em animais, tendo sido banida pela FDA. Entretanto, certasexceções à regulamentação permitem a continuação do uso da sacarina em alguns produtos.

oHll

-r'r)í^co,HI HNH.

' 'f-n-ott;lH i l

.Aot() lv

Aspartame

6

o CH:CI

350 Carboidratos

HI

Ciclamatoo

Sacarina

Muitos outros compostos possuem potencial como adoçantes artificiais. Os açúcares L, porexemplo, também são doces e, presumivelmente, iriam fornecer zero ou muito poucas calorias.pois nossas enzimas evoluíram para metabolizar seletivamente seus enantiômeros em vez dos açú-cares D. Apesar das fontes dos açúcares L serem raras na natureza, todos as oito L-hexoses forãmsintetizadas por S. Masamune e K. B. Sharpless, usando a epoxidação assimétrica de Sharpless(Seção 1 1.17) e outros métodos sintéticos enantiosseletivos.

OH OHr,-Glicose

Grande parte da pesquisa dos adoçantes envolve a sondagem da estrutura dos sítios receptoresda doçura. Um modelo proposto para o receptor de doçura incorpora oito interações interligadasque envoÌvem a ligação do hidrogênio, assim como as forças de van der Waals. O ácido sacrônicoé um composto sintético desenhado na base deste modelo. Diz-se que o ácido sacrônico é 200.000vezes mais doce que a sacarose.

í--Yt-ro., ífus9,I I l ( ) l N-H\-./ \r\

'tr c ,Fl,

Ho,C" '2\N"- ' \N-{ ( ) } -cN' r \ r '

HÁcido sacrônico

22. | 3 Por-lssacARíDEos

Os polissacarídeos, também conhecidos como glicânios, consistem em monossacarídeos unido.pela ligação glicosídica. Os polissacarídeos, que são polímeros de um único monossacarídeo, sàrchamados homopolissacarídeos; aqueles compostos de mais de um tipo de monossacarídeo são cha-mados heteropolissacarídeos. Os homopolissacarídeos também são classificados com base rìâs SUâ:unidades de monossacarídeo. Um homopolissacarídeo consistindo em unidades monoméricas deglicose, é chamado um glicânio; aquele que consiste em unidades de galactose, é um galactânio. eassim por diante.

Três polissacarídeos imporlantes, todos eles glicânios, são o amido, o glicogênio e a celulose. Oamido ó a principal reserva de alimento dos vegetais; o glicogênio funciona como uma reserva decarboidrato para os animais e a celulose serve como material estrutural nos vegetais. À medida queexaminamos as estruturas destes três polissacarídeos, poderemos observar como cada um é especial-mente adequado para sua função.

HO

"-*I

carboidratos 351

22. | 3A Amido

O amido ocorre como grânulos microscópicos nas raízes, nos tubérculos e nas sementes dos vege-tais. Milho, batatas, tngo e arroz são fontes comerciais importantes do amido. Aquecer o amido comáguafazcom que os grânulos s.e inchem, produzindo uma suspensão coloidal, da qual dois principaiscomponentes podem ser isolados. Uma fração é chamada amilose e a outra amilopectina. Amaiõriados amidos rende l0-207o de amilose e 80-9OVo de amilopectina.

Medidas físicas mostrÍÌm que a amilose consiste tipicamente em mais de 1.000 unidades de D-glicopiranosídio, conectados com ligações cr entre Cl de uma unidade e C4 da unidade seguinte (Fig.22.13). Assim, no tamanho do anel de suas unidades de glicose e na configuração dãs ügaçõesglicosídicas entre eles, a amilose se parece com a maltose.

n>500

Fig. 22. l3 Esfrutura parcial da amilose, um polímero não-ramiÍicado da D-glicose, unido pela ligaçãode c(l --+ 4) glicosídica.

As cadeias das unidades de D-glicose com as ligações cr-glicosídicas, tais como da amilose, ten-dem a assumir um arranjo heliçoidal (Fig.22Jq. Este arranjo resulta em uma forma compa ctaparua molécula amilose, apesaÍ de seu peso molecular ser bastante elevado (150.000-600.000j.

Fig. 22.14 Amilose. À ligação c(l --+ 4) faz com que ela assuma a forma de uma hétice sinistrogira.[Figura com direitos reservados @ peta Irüng Geis. De Voet D.; Voet, J.G., Bio chemistry,r.goid"edição; Wiley: New York, 1995,. p. 262. (Reproduzida com autorização.)l

6CH2OH

352 Carboidratos

Fig. 22.15 Estruturaparcial da amilopectina.

A amilopectina possui uma estmtura semelhante àquela da amilose [i.e., ligações cl(1 -+ 4)], com

a exceção dè que na amilopectina as cadeias são ramificadas. As ramificações ocorrem entre o C6 de

uma unidade de glicose e o C1 de uma outra e ocoffem nos intervalos de 20-25 das unidades da gli-

cose (Fig. 22.15r. Medidas físicas indicam que a amilopectina possui um peso molecular de 1-6 mr-

lhões; assim, a amilopectina consiste em centenas de cadeias interligadas de 20-25 unidades de gli-

cose cada.

Ramificação

Ponto de ramificação a(.I--->6

Cadeia principal

22.138 Glicogênio

O glicogênio possui uma estrutura muito semelhante àquela da amilopectina; contudo. no glico-

gênio, as cadeias são muito mais ramificadas. A metilação e a hidrólise do glicogênio indicam que ha

úm grupo terminal para cada 10- 12 unidades de glicose; as ramificações podem ocoffer até a cada t

unidades. O glicogênio possui um peso molecular muito elevado. Estudos dos glicogênios isolado.

sob condições que minimizam a semelhança da hidrólise indicam pesos moleculares de até 100 m-

thões.O tamanho e a estrutura do glicogênio são maravilhosamente apropriados à sua função como umi

reserva de carboidrato para os animais. Primeiro, seu tamanho o torna grande demais para difundir-

se através das membranas da célula; assim, o glicogênio permanece dentro da célula, onde é neces-

siírio como uma fonte de energia. Segundo, como o glicogênio incorpora dezenas de milhares d.

unidades de glicose em uma única molécula, isso soluciona um problema osmótico importante par.

a célula. Se houvesse tantas unidades de glicose presentes na célula como moléculas individuais. :pressão osmótica dentro da célula iria ser enorme - tão grande que a membrana da célula iria quase

que, certamente, se romper.* Finalmente, alocalização das unidades de glicose dentro de uma estru-

lura grande e altamente ramificada simplifica um dos problemas logísticos da célula: aquele de ter

umaionte de glicose pronta, quando as concentrações de glicose celular são baixas; e a de ser capaz

de armazenar a glicose rapidamente, quando as concentrações da glicose celular são elevadas. Hi

enzimas dentro da célula que çatalisam as reações através da qual as unidades de glicose são separa-

das de (ou agregadas a) glicogênio. Essas enzimas operam nos grupos terminais através da hidrólise(ou pela formação) de ligações glicosídicas cr(l -+ 4). Como o glicogênio é muito ramificado, há urr.

número muito elevado de grupos terminais disponíveis, nos quais essas enzimas podem operar. Ai

mesmo tempo, a concentração global do glicogênio (em moles por litro) é bastante baixa devido ar.

seu enorme peso molecular.A amilopèctina exerce presumivelmente uma função semelhante nos vegetais. O fato da amilo-

pectina ser mettos ramificada do que o glicogênio, não é, contudo, uma desvantagem séria. Vegetai.

porru"* velocidade metabólica muito mais baixa do que os animais - e os vegetais, naturalmente.

não necessitam de súbitos suplementos de energia.Os animais armazenam energia, como as gorduras (triacilgliceróis) assim como o glicogênio. A'

gorduras, por serem muito mais redutoras, são capazes de fomecer muito mais energia. O metabolis-

mo de umãcido graxo típico, por exemplo, libera mais do que o dobro de energia por carbono do que

a glicose ou o glicogênio. Podemos então questionar, por que a Natureza desenvolveu dois repositórios

diferentes? A glicose (do glicogênio) está disponível prontamente e é altamente solúvel em água.*x A

a(

OH

l-4)

*O fenômeno da pressão osmótica ocone sempre qumdo duas soluções de concentrações diferentes são sepradas por uma membrm qu:

pemite a penetraçião (por osmose) do solvente, mas não do soluto. A pressão osmótica (r) de um lado da membrana é relacionada ao númer:

à" -o1".

àu. purtículas do soluto (n), ao volume da solução (14, e à cÕnstante de gás vezes a temperatura absoluÍa (RT): TV = nRT.**A glicose é na verdade liberada como glicose-6-fosfato (G6P), que também é solúvel em água.

ÇHroH 6CH2OH

H5,1_o

cH2oH

l*

Carboidratos 353

glicose, çomo resultado, se difunde rapidamente através do meio aquoso da célula e serve como umafonte ideal de "energia imediata". Os ácidos graxos de cadeias longas, entretanto, são praticamenteinsolúveis em água e sua concentração dentro da célulajamais poderia ser muito elevada. Eles seri-am uma fonte pobre de energia, se as células tivessem uma pane energética. Por outro lado, ácidosgrÍìxos (como os triacilgliceróis), devido à suanquezacaTónca, são um excelente repositório de energiapaÍaarmazenamento a longo prazo.

22.13C Celulose

Quando examinamos a estrutura da celulose, encontramos um outro exemplo de um polissacarí-deo no qual a natureza arrarrjoa unidades de glicose monoméricas, de uma maneira que atende à suafunção. A celulose contém unidades de D-glicopiranosídio ligados de modo (1 -+ 4), em cadeias nãoramificadas muito longas. Diferente do amido e do glicogênio, contudo, as ligações na celulose sãoligações B-glicosídicas (Fi5.22.16). Esta configuração dos átomos de carbono anoméricos da celu-lose torna as cadeias de celulose essencialmente lineares; elas não tendem a se enrolar em estruturashelicoidais, como os polímeros da glicose quando são ligados num modo de c(l + 4).

O arranjo linear das unidades de glicose ligadas por B na celulose apresenta uma distribuiçãouniforme dos grupos -OH no exterior de cada cadeia. Quando duas ou mais cadeias de celuloseentram em contato, os grupos hidroxila são situados de modo ideal para "unir" as cadeias pela forma-ção de ligações de hidrogênio (Fig. 22.17). Ligando-se muitas cadeias de celulose, desta maneira,sÌrge um polímero fibroso rígido e altamente insolúvel, material ideal para a parede celular dos ve-getais.

Devemos enïatizar que esta propriedade especial das cadeias de celulose não é apenas um resul-tado das ligações glicosídicas F(l -+ 4); mas também é a conseqüência da estereoquímica precisa daD-glicose em cada estereocentro. Se as unidades de D-galactose ou de D-alose fossem ligadas demaneira semelhante, é quase certo que não iriam produzir um polímero com propriedades iguais à dacelulose. Portanto, podemos observar um outro motivo por que a D-glicose ocupa uma posição tãoespecial na química dos vegetais e dos animais. Não é por ser apenas a aldoexose mais estável (poispode existir em uma conformação de cadeira que permite a todos os seus grupos volumosos ocuparposições equatoriais), mas sua estereoquímica especial lhe permite também formar estruturas heli-coidais quando está unida por ligação o, como nos amidos, e as estruturas lineares rígidas quandounidas por ligação B, como na celulose.

Existe um outro fato interessante e importante sobre a celulose: As enzimas digestivas dos seres humanosnão podem atacar suas ligações B(l -+ 4). Portanto, a celulose não serve como fonte de alimento para osseres humanos, ao contriírio do amido. Vacas e cupins, entretanto, podem usar a celulose (da grama e damadeira) como fonte de alimento, pois a bactéria simbiótica em seu sistema digestivo fornece as enzimas S-glicosidase.

Devemos talvez nos questionar sobre o seguinte: por que a Natureza "escolheu" a D-(*)-glicosepara seu papel especial em vez da sua imagem especular, a L-(-)-glicose? Nenhuma resposta poderáser dada com ceÍeza. A seleção da D-(+)-glicose pode ter sido simplesmente um evento aleatóriono início do curso da evolução dos catalisadores da enzima. Contudo, a parrir do momento que estaseleção ocolïeu, a estereogenia dos sítios ativos das enzimas envolvidas manteria o viés na direçãode D-(+)-glicose e refugando da L-(-)-glicose (devido a esta última ser inapropriada). Uma vez in-troduzido, este viés iria ser perpetuado e estendido aos outros catalisadores.

Finalmente, quando falamos da seleção ou escolha da Natureza de uma molécula específica parauma dada função, não tencionamos implicar que a evolução se dá em nível molecular. A evolução,naturalmente, ocorre em nível de populações de organismos e as moléculas são selecionadas apenasno sentido de que seu uso forneça ao organismo um aumento na probabilidade de sobrevivência e dareprodução.

Fig.22.16 Paúe de uma cadeia de celulose. Asligações glicosídicas são Ê(1 -+ 4).

4)p(r 6CH20H

íHOH

354 Carboidratos

la

@ítwp

9.4:;a;.4::'1:):,:::

Fig.22.l 7 A estrutura proposta para a celulose. A Íibra da celulose pode consistir em cerca de 40fileiras paralelas de moléculas de glicose, ligadas de forma p(l -+ 4). Cada unidade de glicose em umacadeia está virada em relação à unidade de glicose precedente, e se mantém nesta posição pelas ligaçõe:de hidrogênio (linhas tracejadas) entre as cadeias. As cadeias de glucânio se alinham lateralmente,formando folhas e estas folhas empilham-se verticalmente de tal modo que são alternadas por meiaunidade de glicose. (Os átomos de hidrogênio que não participam nas ligações de hidrogênio foramomitidos para Íins de clareza.) [De Voet D.; Voet, J,G. Biochemistry,2." edição; Wiley: New York,1995; p. 261. Reproduzido com autorização.l

22.13D Derivados da Celulose

Vários derivados da celulose são usados comercialmente. A maioria destes é de compostos no,quais dois ou três grupos hidroxila livres de cada unidade de glicose foram convertidos em um ésteroÌr um éter. Esta conversão altera substancialmente as propriedades físicas do material, tornando-i'mais solúvel em solventes orgânicos e permitindo que seja transformado em fibras e películas. Tra-tando a celulose com anidrido acéÍico, produz o triacetato conhecido por "Arnel" ou "acetato", am-plamente usado na indústria têxtil. O trinitrato de celulose, também chamado de "algodão pólvoraou nitrocelulose, é usado em explosivos.

O raiom é feito tratando a celulose (do algodão ou da polpa da madeira) com dissulfeto de carbo-no em uma solução básica. Esta reação converte a celulose em um xantato solúvel:

)

Celulose-OH + CSrl45 celulose -O-ê-S Nu*

Xantato de celuloseEsta solução de xantato de celulose passa, então, através de um pequeno orifício ou fenda em um:solução acídica. Esta operação regenera os grupos -OH da celulose, provocando sua precipitaçàcna forma de uma fibra ou oelícula.

S

CeÌulose-O-C-S Nu* Hto*

> celulose -OH

Raiom ou celofane

As fibras são o raiom; a película, depois das fibras amaciadas com glicerol, é o celoÍane.

22.1 4 Ournos Açucnnes lmponrnNTEs BloloctcAMENTEOs derivados dos monossacarídeos nos quais o grupo -CHTOH no C6 foi especificamente oxl-

dado em um grupo carboxila são chamados ácidos urônicos. Seus nomes são baseados no monossa-caídeo do qual eles são derivados. Por exemplo, a oxidação específica do C6 de glicose em um gru-po carboxila converte a glicose em ácido glicurônico. Da mesma maneira, a oxidação específica doC6 da galactose iria produzir o ácido galacturônico.

Ácido D-Galacturônico

A oxidação direta de uma aldose afeta primeiro o grupo de aldeído, convertendo-o em um ácidocarboxflico (Seção 22.68) e a maioria dos agentes oxidantes que irá atacar os grupos dos álcooisprimários irâ atacar também os grupos de álcoois secundários. Fica claro então que uma síntese delaboratório de um ácido urônico de uma aldose precisa proteger estes grupos da oxidação. Tendoisto em mente, sugira um método que, efetuando uma oxidação específica, iria conveÍer aD-galactose em ácido D-galacturônico. (Dica'. Veja Seção 22.5D.)

Os monossacarídeos em que um grupo -OH foi substituído pelo -H são conhecidos comodesoxiaçúcares. O desoxiaçúcar mais importante, por ocorrer no DNA, é a desoxirribose. Outrosdesoxiaçúcares, que ocoÍrem muito nos polissacarídeos, são os L-ramnose e a L-fucose.

Ácido D-glicurônico

"tcr'"

H-f oHHo-]-HH-roHH-ï-oH

co2H

'-rooufou

Ho--1-HHo-]-H

H-]-oH

co2H

B-2-Desoxi-D-ribose

22.15 AçúcnnEs euE CoNrÊm NtrnocÊttlo

22. | 5A Glicosilaminas

Um açúcar no qual um grupo amino substitui o -OH anomérico é chamado glicosilamina. Exem-plos são a B-D-glicopiranosilamina e a adenosina.

Problema 22.19 >

a-L- Ramnose(6-desoxi-L-manose)

a.L-Fucose(6-desoxi- L- galactose)

HO

B-D-Glicopiranosilamina

A adenosina é um exemplo de uma glicosilamina que é também chamada de nucleosídio. Os nu-cleosídios são glicosilaminas nas quais o componente amino é uma pirimidina ou uma purina (Seção

20.18) e na qual o componente açúcar é a D-ribose ou a 2-desoxi-D-ribose (i.e., a D-ribose menos o

HO OH

Adenosina

OH OH

356 CaÍboidratos

oxigênio na segunda posição). Os nucleosídios são componentes importantes do RNA (ácidc

ribonucleico) e o DNA (ácido deoxinibonucleico). Iremos descrever suas propriedades, detalhada-

mente, na Seção 25.2.

22.l5B Aminoaçúcares

Um açúcar no qual um grupo amino substitui um grupo -OH não-anomérico é chamado de

aminoaçúcar. Um exemplo é a D-gticosamina. Várias vezes o grupo amino é acetilado como na À -acetil-D-glicosamina. O ácido N-acetilmurâmico é um componente importante da parede celular

bacteriana (Seção 24.10).

H NHCOCH3

Ácido B-N-Acetilmurâmico(NAM)

ïï,o:o'- l

",/ \r" I

^Ë_r"íH NHSO3 .l "N-Sulfo- D-glicosamina-

o

Ç"'f t= --]-"

co2H

H NHz

B-D-Glicosamina

H NHCOCH3

B-N-Acetil- D- glicosamina(NAG)

A D-glicosamina pode ser obtida pela hidrólise da quitina, um polissacarídeo encontrado nas

carapaças das lagostas e caranguejos e nos esqueletos externos dos insetos e aranhas. O grupo amino

da D-glicosamina, como ocoffe na quitina, contudo, é acetilatado; assim, a unidade que se repete é.

na realidade, a N-acetilglicosamina (Fig. 22.18). As ligações glicosídicas na quitina são B(1 -+ 4). Àanálise de raio X indica que a estrutura da quitina é semelhante à da celulose.

Fig.22.18 Uma estrutura parcial da quitina. As unidades repetitivas são as N-acetilglicosaminas comligação p(l+ a).

A D-glicosamina também pode ser isolada da heparina, um polissacarídeo sulfatado que consistepredominantemente em unidades alternadas da D-glicuronato-2-sulfonato e da N-sulfo-D-glicosa-mina-$-sulfato (Fig. 22.19). A heparina ocorre em grânulos intracelulares das células masto que ali-

nham as paredes arteriais, onde, quando liberada devido a uma ferida, inibe a coagulação do sangue.

Seu propósito parece ser impedir a formação contínua de coágulos. A heparina é amplamente usadana medicina para prevenir a coagulação do sangue em pacientes pós-ciúrgicos.

6-sulfato

Fig. 22.19 Uma estrutura parcial da heparina, um polissacaúdeo que impede a coagulação do sangue.

cH2oH

HOH

22.16 Glrcot-lpíotos e Gllcopnoteixas DASupenrícrE DA CÉluln

Antes de 1960, acreditava-se que a biologia dos carboidratos não era muito interessante; e que,

além de ser um tipo de carga inerte na célula, os carboidratos serviam apenas como uma fonte de

energia e, nos vegetais, como materiais estruturais. A pesquisa, contudo, mostrou que os carboidra-

tos unidos aos lipídios (Cap.23) e às proteínas (Cap.24), através de ligações glicosídicas, chamados

gticolipídios e glicoproteínas, respectivamente, possuem funções que cobrem todo o espectro das

atividades na célula. De fato, a maioria das proteínas é de glicoproteínas, nas quais o conteúdo de

carboidrato pode variar de menos de l7o até mais de 9OVo.Os glicolipídios e as glicoproteínas na superfície da célula (Seção 23.6) sáo conhecidas atualmen-

te comó agenìes através dos quais as células interagem com outras células, com vírus e com bactérias

invasoras. A cura e certos estados de doença como a artrite reumatóide envolvem o reconhecimento

dos carboidratos da superfície da célula. Um carboidrato importante neste papel é a sialila de Lewis'(veja a vinheta de abertura deste capítulo).

Sialila de Lewisx

Os grupos sangüíneos dos seres humanos oferecem um outro exemplo de como os carboidratos,

na forma de glicolipídios e glicoproteínas, agem como marçadores bioquímicos. Os tipos sangüíneos

A, B e O são determinados, respectivamente, pelos detetminantes A, B e H na superfície das células

sangüíneas. (A estranha denominação de determinante do tipo O surgiu por razões históricas compli-

cadãs.) As células sangüíneas tipo AB possuem ambas os determinantes A e B. Esses determinantes

são as partes de carboidratos dos antígenos A, B e H.Os ãntígenos são substâncias químicas características que provocam a produção de anticorpos,

quando injetados em animais. Cada anticorpo pode unir pelo menos duas de suas moléculas dos an-

t?genos correspondentes, provocando sua união. A associação das células vermelhas do sangue faz

com que elas se aglutinem (aglomerem-se). Em uma transfusão esta aglomeração pode levar a um

bloqueio fatal dos vasos sangüíneos.Indivíduos com antígeno tipo A em suas células sangüíneas caÍïegam anticorpos anti-B em seu

soro; aqueles com antígenos tipo B em suas células sangüíneas caÍïegam os anticorpos anti-A em seu

soro. Indivíduos com células do tipo AB possuem ambos os antígenos A e B, mas não possuem nem

o anticorpo anti-A nem o anti-B. Os indivíduos do tipo O não possuem nem o antígeno A nem B em

suas células sangüíneas, mas possuem ambos os anticorpos anti-A e anti-B.

Os antígenos A, B e H diferem apenas quanto às unidades de monossacarídeos em seus terminais

não-redutores. O antígeno tipo H (Fig. 22.20) é o precursor oligossacarídeo do antígeno tipo A e B.

Os indivíduos com tipo sangüíneo A possuem uma enzima que adiciona especificamente uma unida-

de N-acetilgalactosamina ao grupo 3-OH da unidade galactose terminal do antígeno H. Indivíduos

com tipo sangüíneo B possuem uma enzima que, por sua vez, adiciona especificamente a galactose.

Nos indivíduos com tipo sangüíneo O, a enzima é inativa.As interações antígèno-antico{po, como aquelas que detetminam os tipos sangüíneos, são a base

do sistema imunológico. Essas interações envolvem sempre o reconhecimento químico de um

glicolipídio ou uma glicoproteína no antígeno por um glicolipídio ou uma glicoproteína do anticor-

po. Em "A Química das... Condensações Aldólicas Catalisadas por Anticorpo" (Cap. 19), contudo,

ui-os u-a dimensão diferente e emergente da química que envolve os anticorpos. Iremos explorar

este tópico mais adiante na vinheta de aberlura do Cap. 24"Os Catalisadores dos Desenhistas" e "A

Química de. . . Alguns Anticorpos Catalíticos".

HO

OHNHCOCH3

HOH?COCHN

358 Carboidratos

D€t€rminante do tipo A

Det€rminant€ do tipo B

Proteína

o-D-Gal(1-; 3)&D'Ga(r +3) ÊD'GlicNAc'etc'

I a(1-+2)

L'Fuc

O_Ì-etc. -Ì-

HO

)csJ-o'l,ort

?-toHOH

p-D-Gal(r-+ 3) ÊD' GlicNAc-etc.

|,rt- trL.Fuc

D€terminante do tipo

Fig.22.20 Os monossacarídeos terminais dos determinantes anúgenos dos tipos sanguíneo-s A' B e O'

Oãeterminante tipo II está presente em indivíduos com tipo sangiiíneo O e é o precursor dos -

determinantes do tipo .l e n. pst"s antígenos oligossacaúdios são ligados aos tipídios cârregadores ou

motCcutus de proteínas que estão âncorãdas na membranâ da célula vermelha do sangue (veja Fig.23'8

;;;; r-" repìesentaçãdda membrana celular). Ac = acetil, Gal = D'galactose' GalNAc = N-

àceülgalactosamina, GticN,q'c = N-acetilglicosamina, Fuc = Fucose'

t*

cHscoNH

J

Carboidratos 359

22.1 7 ClnsotoRAÍos ANnstortcosUma das descobertas importantes na química do carboidrato foi o isolamento (em 1944) do car-

boidrato antibiótico chamado estreptomicina. A estreptomicina é constituída pelas seguintes trêssubunidades:

NHHllN-c-NH2

OH

Todos os três componentes são incomuns: O aminoaçúcar é baseado na L-glicose; a estreptose éum monossacarídeo com cadeia ramificada; e a estreptidina nem é um açúcar, mas um derivado decicloexano chamado aminociclitol.

Outros membros dessa família são os antibióticos chamados canamicinas, neomicinas egentamicinas (não mostradas). Todas baseadas em um aminociclitol ligado a um ou mais aminoaçú-cares. A ligação glicosídica é quase sempre a. Estes antibióticos são especialmente úteis contra asbactérias que são resistentes à penicilina.

As reações dos carboidratos, com poucas exceções, são as reações de grupos funcionais que já

estudamos em capítulos anteriores, especialmente aquelas dos aldeídos, cetonas e álcoois. As princi-pais reações dos carboidratos são aquelas de formação hemiacetal e acetal e a hidrólise. Os gruposdos hemiacetais formam os anéis de piranose e de furanose nos carboidratos, e os grupos de acetalformam os derivados de glicosídio e se unem aos monossacaídeos para formar di-, tri-, olig- e polis-sacaídeos.

Outras reações dos carboidratos incluem aquelas dos álcoois, ácidos carboxflicos e seus deriva-dos. A alquilação dos grupos hidroxila do carboidrato leva aos éteres. A acilação de seus grupos hi-droxila produz os ésteres. As reações de alquilação e acilação são usadas às vezes para proteger osgrupos hidroxila do carboidrato da reação, enquanto uma transformação ocorre em algum lugar difç-rente. As reações de hidrólise são envolvidas na conversão do éster e dos derivados da lactona doscarboidratos de volta à sua forma poliidroxflica. A enolização dos aldeídos e cetonas leva àepimerização e a interconversão das aldoses e cetoses. Reações de adição dos aldeídos e cetonas tam-bém são úteis, tais como a adição dos derivados de amônia na formação da osazona e do cianeto nasíntese de Kiliani-Fischer. A hidrólise das nitrilas da síntese de Kiliani-Fischer leva aos ácidos car-boxílicos.

As reações de oxidação e redução também possuem seu lugar na química dos carboidratos. Asreações de redução dos aldeídos e cetonas, tais como a redução por boroidreto e a hidrogenação ca-talíÍica, são usadas para converter os aldoses e as cetoses em alditóis. A oxidação pelos reagentes deTollens e Benedict é um teste para a ligação do hemiacetal em um açúcar. Aâgta de bromo oxida ogrupo aldeído de uma aldose em um ácido aldônico. O ácido nítrico oxida ambos, o glupo aldeído eo grupo hidroximetila terminal de uma aldose em um ácido aldrírico (um ácido dicarboxflico). Final-mente, a clivagem de carboidratos por periodato fornece fragmentos oxidados que podem ser úteispara o esclarecimento da estrutura.

NH,NH-C-llNH

H

If

Estrentidina

Jìfl-nstrentose

I z-oesoxi-l,2-metilamino-I

c.L-slico-

J plranose

Palavras-chave e Conceitos

MonossacarídeosDissacarídeosOligossacarídeosPolissacarídeos ( glicanos )D-L nomenclaturaProjeções de FischerHemiacetal cíclicoForma de furanoseForma de piranoseCarbono anomêricoAnômero ot, anômero p

Seções 22.14, e 22.2Seções 22.1A e22.12Seção 22.14Seções 22.14 e22.13Seção22.28Seção22.2CSeção22.2CSeção22.2CSeção22.2CSeção22.2CSeção 22.2C

Fórmula de HaworthMutarrotaçãoGlicosídioAglicônioAcetal cíclicoAçúcar redutorEpímerosOsazonasGlicolipídiosGlicoproteínas

Seção22.2CSeção22.3Seção22.4Seção22.4Seção 22.5DSeção 22.64Seções 17.34 e 22.8Seção 22.8Seçáo22.16Seção22.16

P n o e L E M A s 22.20 Dêas fórmulas estruturais apropriadasparailustrarcadaumdos seguintes:AOtCtONAtS* (a) Umaaldopentose

(b) Uma cetoexose(c) Um L-monossacarídeo(d) Um glicosídio(e) Um ácido aldônico(O Um ácido aldrárico(g) Uma aldonolactona(h) Uma piranose(i) Uma furanose0) Um açúcar redutor(k) Um piranosídio0) Um furanosídio(m) Epímeros(n) Anômeros(o) Uma fenilosazona(p) Um dissacarídeo(q) Um polissacarídeo(r) Um açícar não-redutor

22.2t Desenhe as fórmulas conformacionais de cada um dos seguintes: (a) cr-D-alopiranose, (b rmetil B-D- alopiranosídio, e (c) metil 2,3,4,6-tetr a-O-metil- B -D- alopiranosídio.

22.22 Desenhe as estruturas para as formas furanose e piranose da D-ribose. Mostre como você po-deria usar a oxidação por periodato para distinguir entre um metil ribofuranosídio e um meri.ribopiranosídio.

22.23 Um manual de referência lista a D-manose como sendo dextrogira; um outro, o lista comt,sendo levogira. Ambas opções são corretas. Explique.

22.24 A matéria-primapata a síntese comercial da vitamina C é a L-sorbose (veja a reação a se-guir); ela pode ser sintetizada a paÍtir da D-glicose através da seguinte seqüência de reaçào

cH,oHIc:o

o" HO-C-H-----3 |:;í,:::;::: H-C_OH

"lHO-C-H

cH2oH

L-Sorbose

A segunda etapa desta seqüência ilustra o uso de uma oxidação bacteriana; o microorganir-mo Acetobacter suborydans efetua esta etapa com rendimento degOVo. O resultado global d;

D-Glicose t'

> D-Gli.itolNi

N;

*Os problemas mrcados com asterisco são "problemas de desafio"

Carboidratos 361

síntese é a transformação de uma D-aldoexose (D-glicose) em uma L-cetoexose (L-sorbose).O que isto significa quanto à especificidade da oxidação bacteriana?

22,25 Que duas aldoses iriam render a mesma fenilosazona que a L-sorbose (Problema 22.24)?

22,26 Alémda frutose (Prob1ema22.I2) e da sorbose (Problema22.24)hâ dttas outras 2-cetoexoses,apsicose e atagatose. A D-psicose produz a mesma fenilosazona que a D-alose (ou D-altrose);a D-tagatose produz a mesma osazona que a D-galactose (ou D-talose). Quais são as estrutu-ras da D-psicose e da D-tagatose?

22.27 ^,

B e C são três aldoexoses. Compostos A e B produzem o mesmo alditol opticamente ativoquando são reduzidos com o hidrogênio e um catalisador; A e B fornecem fenilosazonas di-ferentes quando tratadas com fenilidrazina;B e C fomecem a mesma fenilosazona mas aditóisdiferentes. Assumindo que todos são D-açúcares, dê os nomes e as estÍuturas para A, B e C.

22.28 O xilitol é um adoçante usado em chicletes que não contêm açúcar. Iniciando com um mo-nossacarídeo apropriado, esquematize uma síntese possível do xilitol.

cH2oH

Xilitol

22.29 Apesar de os monossacarídeos sofrerem isomerização complexa na base (veja Seção 22.5),os ácidos aldônicos são epimerizados especificamente emC2, quando são aquecidos com pi-ridina. Mostre como você poderia usaÍ esta reação em uma síntese da D-manose a partir daD-glicose.

22.30 Aconformação mais estável da maioria dos aldopiranoses é aquela na qual o maior grupo, o-CH2OH, é equatorial. Contudo, a D-idopiranose existe principalmente em uma conforma-

ção com um grupo -CHTOH na posição axial. Escreva as fórmulas para as duas conforma-

ções de cadeira da o-D-idopiranose (uma com o grupo -CHTOH na posição axial e uma como grupo -CH2OH em posição equatorial) e ofereça uma explicação.

22.31 (a) Aquecendo a D-altrose com ácido diluído, produz-se um açúcar anidro não-redutor(C6H10O5). A metilação do açúcar anidro seguida pela hidrólise ácida fomece o 2,3,4-tn-O-metil-D-altrose. A formação do açúcar anidro ocorre através de uma conformação de cadeirada B-D-altropiranose, na qual o grupo -CHTOH é axial. Qual é a esffutura do açúcar anidro ecomo é formado? (b) A D-glicose também forma um açúcar aniúo mas as condições necessá-rias são muito mais drásticas do que para a reação correspondente da D-altrose. Explique.

22.32 MosÍre como a seguinte evidência experimental pode ser usada para deduzir a estrutura dalactose (Seção 22.I2D).1. A hidrólise âcida da lactose (C12H22O') fornece quantidades equimolares da D-glicose e

da D-galactose. A lactose sofre uma hidrólise semelhante na presença de uma B-galacto-sidase.

2. A lactose é um açúcar redutor e forma uma fenilosazona; que também sofre a mutarrotação.3. A oxidação da lactose com água de bromo, seguida pela hidrólise com ácido diluído, for-

nece a D-galactose e ácido D-glicônico.4. A oxidação por água de bromo da lactose seguida pela metilação e a hidrólise fornece a

2,3,6-tn- O -metilgliconolactona e da 2,3,4,6-tetra'O-meti1-D-galactose.5. A metilação e a hidrólise da lactose fornece a2,3,6-tri-O-metil-D-glicose e a2,3,4,6-tetra-

O-metil-D-galactose.

22.33 Dedttza a estrutura do dissacarídeo melibiose a partir das seguintes informações:1. A melibiose é um açícar redutor que sofre a mutarrotação e forma uma fenilosazona.2. A hidrólise da melibiose com o ácido ou com a cr-galactosidase, fornece a D-galactose e a

D-glicose.3. A oxidação por água de bromo da melibiose fornece o ácido melibiônico. A hidrólise do

ácido melibiônico fornece a D-galactose e ácido D-glicônico. A metilação do ácidomelibiônico seguido pela hidrólise fornece a2,3,4,6-tetra-O-metil-D-galactose e o ácido2,3,4,5 -teÍr a-O-metil-D- glicônico.

OH

362 Carboidratos

22.34

t, a<

4. A metilação e a hidrólise da melibiose fornecem a2,3,4,6-tetta-O-metil-D-galactose e a

2,3,4 -tn- O -metil-D- glicose.

A trealose é um dissacarídeo que pode ser obtido da levedura, dos fungos, dos ouriços-do-

mar, algas e insetos. Deduza aèstrutura da trealose a partt das seguintes informações:

1. A hidrólis e âcida da trealose só fornece a D-glicose'

2. A trealose é hidrolisada pela ct-glicosidase mas não pelas enzimas B-glicosidase3. A trealose é um açúcar não-reduior; não sofre a mutarrotação. Não forma uma fenilosazona

nem Íeage com água de bromo.4. Ametiliçãodatráoseseguidapelahidróliseproduzdoisequivalentesmolaresda2,3'4'6-

tetra-O-metil-D- glicose.

Esquematize os testes químicos que irão distinguir entre os membros de cada um dos seguintes

pEìres:(a) D-Glicose e D-glicitol(b) D-Glicito e ácido D-glicárico(c) D-Glicose e D-frutose(d) D-Glicose e D-galactose(e) Sacarose e maltose(f) Maltose e ácido maltônico

Ìg) Metil B-D-glicopiranosídio e 2,3,4,6-tetra-O-metil-B-D-glicopiranose'

ÌËl U"tit cr-D-ãbofuranosídio (I) e metil 2-desoxi-a-D-ribofuranosídio (II)

ocH3

OH

1

22.36 rJmgrupo de oligossacarídeos chamados dextrinas de Schardinger pode ser isolado_a panu

do Bacillus ^oríronr,quando

o bacilo se desenvolve em um meio rico em amilose. Nenhun'

destes digossacarídeos è redutor. Uma dextrina de Schardinger típica sofre a hidrólise quan-

do tratada com um ácido ou uma cr-glicosidase para produzir seis, sete ou oito moléculas de

D-glicose. A metilação completa de uma dextrina de Schardinger, seguida pela hidrólise áci-

da, fomece apenas a-2,3,6-tn-O-metil-D-glicose. Proponha a estrutura geral para uma dextrin:

de Schardinger.

22.37 A isomaltose é o dissacarídeo que pode ser obtido pela hidrólise enzimáúica da amilopectina

Deduza a estrutura da isomaltose a partir dos seguintes dados:

1. Hidrólise de 1 mol da isomaltose por ácido ou por uma a-glicosidase, fornece 2 mol de D-

glicose.2. A isomaltose é um açúcar redutor.3. A isomaltose é oxidado pela água de bromo em ácido isomaltônico. A metilação do ácitl,:

isomaltônico e ahidrólisê subseqüente fomecema2,3,4,6-tefta-O-metil-D-glicose e o ácid,:

2,3,4,5 -tetra-O-metil-D- glicônico'4. A metilação da própria iiomaltose, seguida pela hidrólise, fornece a2,3,4,6-tetra-O-me-

til-D- glicose e a 2,3,4 -tn- O-metil-D- glicose'

22.38 A estaquiose ocorre nas raízes de várias espécies de vegetais. Deduza a estrutura da estaquio:t

a partir dos seguintes dados:t. e niOrOlsJacídica de 1 mol de estaquiose produz 2 mol da D-galactose, 1 mol da D-gh-

cose e 1 mol da D-frutose.2. A estaquiose é um açúcar não-redutor'3. Tratando a estaquioie com uma cr-galactosidase, produz-se uma mistura contendo a D

galactose, a ruc-ot" e um trissacarídeo não-redutor chamado rafinose.

+. Á tridrOtise acídica da rafinose fornece a D-glicose, a D-frutose e a D-galactose' Tratand:

a rafinose com uma cr-galactosidase, produz-se a D-galactose e a sacarose' Tratando i

rafinose com a inverturé 1o-u enzimf que hidrolisa a sacarose), produz-se a frutose e :

melib io s e (vej a Problem a 22.33)'5. A metilação áa estaquiose, seguida pela hidrólise, fornecg a 2,3'4,6-tetta-O-metil-D-g*

lactose, íZ,Z,q-tA-O--meril-D-Éalactóse,a2,3,4-ti-O-metil-D-glicosee aI,3,4'6-tetra-Ct'

metil-D-frutose.

22.39 A arbutina, um composto que pode ser isolado das folhas da uva-espim, do arando, assLr:

como da pereira, posiui a fórmula molecular C12H16O?. Quando a arbutina é tratada com áct-

Carboidratos 363

do aquoso ou com a B-glicosidase, a reação produz a D-glicose e um composto X com a fór-mula molecular CuHuOr. O espectro de tH RMN do composto X consiste em dois singletos,um em ô 6,8 (4H) e um em ô 7,9 (2H). A metilação da arbutina seguida pela hidrólise acídicaproduz a2,3,4,6-tetra-O-metil-D-glicose e um composto Y (CrHrOr). O composto Y é solú-vel em solução diluída de NaOH aquoso mas é insolúvel em NaHCO3 aquoso. O espectro delH RMN do Y mostra um singleto em ô 3,9 (3H), um singleto em ô 4,8 (1H) e um multipleto(se parece com um singleto) em ô 6,8 (4H). Tratanto o composto Y com o NaOH aquoso e o(CH3)2SO4, produz-se o qomposto Z (C8Hr.O). O espectro de 'H RMN de Z consiste em doissitgletos, um em ô 3,75 (6H) e um em ô 6,8 (4H). Proponha as estruturas para a arbutina epaÍa os compostos X,Y e Z.

22,40 Quando submetida à degradação de Ruff, uma D-aldopentose A é convertida em umaaldotetrose B. Quando reduzida com o boroidreto de sódio, a aldotetrose B forma um alditolopticamente ativo. O espectro de 13C RMN deste alditol apresenta dois sinais apenas. O alditolobtido pela redução direta do A com o boroidreto de sódio não é opticamente ativo. Quandoo A é usado como matéria-prima paÍa a síntese de Kiliani-Fischer, dois aldoexosesdiastereoméricos, C e D, são produzidos. Ao serem tratados com o boroidreto de sódio, o Cleva a um alditol E, e o D leva ao F. O espectro de 13C RMN de E consiste em três sinais;aquele de F consiste em seis. Proponha as estruturas para A-F.

22.41 AFig.22.2l mostra o espectro de 13C RMN para o produto da reação da D-(*)-manose comacetona, contendo um traço de ácido. Este composto é uma manofuranose com alguns gruposhidroxila protegidos como acetais de acetona (como os acetonídeos). Use o espectro de 13CRMN, para determinar quantos grupos acetonídeos estão presentes no composto.

22.42 AD-(*)-manose pode ser reduzida com o boroidreto de sódio para formar o D-manitol. Quan-do o D-manitol é dissolvido em acetona contendo um traço de ácido e o produto desta reaçãose oxida subseqüentemente com a NaIOo, um composto com o espectro de r3C RMN queconsiste em seis sinais é produzido. Um desses sinais está perto do ô 200. Qual é a estruturadeste composto?

*22.43 Dos dois anômeros de metil 2,3-anidro-D-ribofuranosídeo, I, a forma B possui um ponto deebulição incrivelmente mais baixo. Dê uma explicação usando suas fórmulas estruturais.

HOCH,

H

140 120 100Òc (PPm)

Fig.22.2l Espectro de 13C RMN, desacoplado de próton, para o produto da reação do Problema 22.41.

364 Carboidratos

PnoeLEMAsPARA

TnaeALHo EMGnupo

H.C. ,/X

cH,cocH, H,C' tr-----i---------:+

*22.44 A seguinte seqüência da reação representa um método elegante da síntese da 2-desoxi-D-n-bose, IV, publicada por D. C. C. Smith, em 1955:

CHO

H-f-oHHo-ï-H

H-]-oH

H-J-oHcHroH

D-Glicose

at,torat ,II

c5HsN

H,o''

CUSO+'anidrido

H

ryH

H

Quais são as estruturas de II e III?Proponha um mecanismo para a conversão do III em IV.

Aniúido aceticoD-Glicose--j=-:-: D-Glicopiranosepentaacetato,

Acetato de sódio,

aaidrido anômero V

H

OH

OH

cH2oH

HO

HrO tr rl

(a)(b)

*22.45

Anidrido acético

PiridinaD-Glicopiranose pentaacetatg

anômero VI

Os dados de 1H RMN paÍa os dois anômeros incluíam picos bastante comparáveis nas regi-ões de ô 2,0- a 5 ,6, mas diferentes. o pico ô mais alto do anômero v possuía um dupleto en-.ô 5,8 (1H, J : 12 Hz), enquanto o do anômero VI possuía um dupleto em ô 6,3 (1H, J : -lHz).(a) Nesses anômeros, qual próton possuiria os valores de ô mais altos?(b) Por que os singletos pÍÌra esses prótons apaÍecem como dubletos?(c) A relação entre a magnitude da constante de acoplamento observada e o ângulo diedrai

(quando medido, usando umaprojeção de Newman) entre as ligações C-H sobre os car-bonos adjacentes de uma ligação C-c é dada pela equação de Karplus. Ela indica queum relacionamento axial-axial resulta em uma constante de acoplamento de cerca de 9Hz (a vanaçáo observada é 8- 14 Hz) e um relacionamento equatorial-axial resulta ernuma constante de acoplamento de cerca de 2Hz (a variação observada é de I-7 Hzt.Qual dos V e VI é um cr-anômero e qual é o B-anômero?

(d) Desenhe a conformação mais estável para cada um, o V e o VI.

l. (a) Os membros de uma classe de adoçantes de baixa caloria são chamados polióis. A síntese deum desses adoçantes, poliol, envolve a redução de um certo dissacarídeo em uma mistura deglicosídios diastereoméricos. A parcela de álcool (na verdade o poüol) do glicosídio diastereoméricoé derivado de uma das partes de açúcar do dissacarídeo original. A metilação exaustiva dos ado-çantes (por exemplo, com sulfato de dimetila na presença do hidróxido), seguida pela hidrólise.iria, provavelmente, produztr a2,3,4,6-tetra-O-metil-a-D-glicopiran ose, o 1 ,2,3,4,5-penta-O-metil-D-sorbitol e o 1,2,3,4,5-penta-O-metil-D-manitol, em uma proporção de 2:l:1. Com base nesrainformação, dedtza a estrutura dos dois dissacarídeos glicosídios que formam a misturadiastereomérica neste adoçante poliol.(b) Sabendo que a mistura de dois dissacarídeos glicosídios neste adoçante resultam da reduçãoda matéria-prima de um dissacarídeo simples (por exemplo, a redução pelo bromoidreto de só-dio), qual seria a estrutura do reagente dissacarídeo para a etapa de redução? Explique como aredução deste composto iria produzir os dois glicosídios?

I

&t'

CHO

Carboidratos 365

(c) Escreva a estrutura conformacional da cadeia de energia mais baixa para a 2,3,4,6-tetra-O-metil-a-D-glicopiranose.

2. O âcido esiquímico é um intermedirário biossintético chave nos vegetais e nos microorganismos.Vimos nos Problemas para Trabalho em Grupo do Cap. 2I, que nanattxeza o ácido esiquímico éconveftido em corismato, que é então convertido em prefenato, e finalmente levando a aminoáci-dos aromáticos e outros, essenciais pÍÌra os vegetais e paÍa o metabólito microbial. Durante a pes-quisa sobre os çaminhos biossintéticos envolvendo o ácido esiquímico, H. Floss (Universidade deV/ashington) precisou de ácido esiquímico marcado com 13C para traçar o destino dos átomos decarbono marcados em transformações bioquímicas posteriores. Para sintetizar o ácido esiquímicomarcado, Floss adaptou uma síntese do ácido esiquímico opticamente ativo a partir da D-manose,que havia sido reportada anteriormente por G.W.J. Fleet (Universidade de Oxford). Esta síntese éum ótimo exemplo de como os açúcares naturais podem ser excelentes matérias-primas quiraispara a síntese de moléculas-alvo, opticamente ativas. Trata-se também de um excelente exemplode reações clássicas na química dos carboidratos. A síntese de Fleet-Floss da D-(-)-[ï,7-t3C]-ácido esiquímico (1) a partir da D-manose é mostrada no Esquema 1.(a) Comente sobre as diversas transformações que ocorrem entre a D-manose e 2. Que novos gru-pos funcionais são formados?(b) O que é conseguido nas etapas de 2 a 3, 3 a 4 e 4 a 5?(c) Deduza a estrutura do composto 9 (um reagente usado para converter 5 em 6), sabendo que foium carbânion que deslocou o grupo trifluorometanossulfonato (triflato) de 5. Observe que foi ocomposto 9 que trouxe os átomos de 13C necessários para o produto final.(d) Explique a transformaçáo de7 em 8. Escreva a estrutura do composto em equilíbrio com 7 queseria necessiário paÍa que ocorra o processo de 7 em 8. Qual é o nome dado à reação deste interme-diário em 8?(e) Marque os átomos de carbono da D-manose e 1 pelo número ou letra de tal modo que mostraquais átomos em 1 vieram de tais átomos da D-manose.

HO

HO

H

H

CHO

-ï-"

-ï-"

--]- o"

-J-o"cH2oH

D-Manose

HO-.- ,,.O.,.j5 í><\ s,

\17ò"'

oso2cF3

H^C ,o..'2".'\ le\'\9"9/ò""

\J

5

* = marcado por 13C

*COO-l-Bu

*CHPO(OMe),

",i ,ro\L,' '.,,' \

\lá",6

*COO-r-BuI*CHPO(OMe),

HrÇ ,,'o\r \2, \

\3ó"

*COO-r-Buxl

(i). <> üf-+l l -oN'\zâon\ :\-õ

*COOH* l<>

HoN9os=OH

Ácido D-(-)tl,7-r3 Cl-esiquímico

Esquema I A síntese do ácido D-(-)-[1,7-13c]-esiquímico (1) por II.G. Floss, baseado na rotâ de Fleet,et al. Condições: (a) acetona, H*; (b) BzCt, NaII; (c) HCI' aq. MeOII; (d) NaIO*; (e) NaBIü; (ft(CF3SO)2O, piridina.; (g) 9, NaII; (h) HCOO- NAn*, PüC; (i) NaH; Q) 60Vo aq. CFTCOOH.