2 Fragen zu Strukturformeln

Halbketale sind chemische Verbindungen, die entstehen, wenn ein Alkohol mit einem Keton reagiert. In der Strukturformel von D-(−)-Fructose und β-D-(−)-Fructofuranose kann man diesen Prozess gut nachvollziehen. 1. **D-(−)-Fructose**: - D-(−)-Fructose ist eine Ketohexose, was bedeutet, dass sie sechs Kohlenstoffatome und eine Ketogruppe (C=O) an Position 2 hat. - Die offene Kettenform von D-(−)-Fructose zeigt die Ketogruppe an C2 und Hydroxylgruppen (OH) an den anderen Kohlenstoffatomen. 2. **β-D-(−)-Fructofuranose**: - β-D-(−)-Fructofuranose ist die zyklische Form von Fructose, die entsteht, wenn die Hydroxylgruppe am C5-Atom mit der Ketogruppe am C2-Atom reagiert. - Diese Reaktion führt zur Bildung eines intramolekularen Halbketals. Ein Halbketal entsteht, wenn ein Alkohol (OH-Gruppe) mit einem Keton (C=O) reagiert, wobei ein neues chirales Zentrum entsteht. **Strukturformeln:** - **D-(−)-Fructose (offene Kettenform)**: ``` HOCH2-CHOH-CHOH-CHOH-CO-CH2OH ``` - **β-D-(−)-Fructofuranose (zyklische Form)**: ``` O / \ HO-C2 C5-OH | | C3 C4 | | HO H ``` In der zyklischen Form von Fructose (β-D-(−)-Fructofuranose) reagiert die Hydroxylgruppe am C5-Atom mit der Ketogruppe am C2-Atom, wodurch ein Fünfring (Furanose) entsteht. Das Sauerstoffatom der Hydroxylgruppe am C5-Atom bindet an das Kohlenstoffatom der Ketogruppe, und es bildet sich ein neues chirales Zentrum am C2-Atom. Dies ist ein typisches Beispiel für die Bildung eines Halbketals. Zusammengefasst: Ein Halbketal entsteht, wenn eine Hydroxylgruppe (Alkohol) mit einer Ketogruppe innerhalb desselben Moleküls reagiert, was zur Bildung eines zyklischen Moleküls führt, wie es bei der Umwandlung von D-(−)-Fructose in β-D-(−)-Fructofuranose der Fall ist.

Aldosen und Ketosen können im alkalischen Milieu über eine Zwischenverbindung, das sogenannte Enediol, miteinander in Beziehung stehen. Hier ist eine Beschreibung des Prozesses mit Strukturformeln: 1. **Aldose (z.B. Glucose)**: - Strukturformel:  2. **Enediol-Zwischenverbindung**: - Strukturformel:  3. **Ketose (z.B. Fructose)**: - Strukturformel:  **Reaktionsmechanismus:** 1. **Aldose zu Enediol**: - Im alkalischen Milieu kann die Aldose (z.B. Glucose) ein Proton abgeben und eine Enediol-Zwischenverbindung bilden. Dies geschieht durch die Deprotonierung des α-Hydrogens und die Bildung einer Doppelbindung zwischen den beiden Kohlenstoffatomen, die ursprünglich die Aldehydgruppe und das benachbarte Kohlenstoffatom trugen. 2. **Enediol zu Ketose**: - Das Enediol kann sich dann durch Protonierung und Umlagerung in eine Ketose (z.B. Fructose) umwandeln. Dabei wird die Doppelbindung verschoben und eine neue Ketogruppe gebildet. **Gleichgewicht**: - Das Gleichgewicht zwischen Aldosen und Ketosen im alkalischen Milieu wird durch die Bildung und Reaktion des Enediols vermittelt. Beide Zuckerarten können über diese Zwischenverbindung ineinander umgewandelt werden. Diese Reaktionen sind Teil der Lobry-de Bruyn-van Ekenstein-Umlagerung, die die Isomerisierung von Aldosen zu Ketosen und umgekehrt beschreibt.