スクロースの構造

質問

スクロースの構造について質問です。
スクロースは、αグルコースとβフルクトースから成っていますが、それが、結合して、スクロースとなったときの、上下関係が？です。
立体構造を平面で書いているので、？です。問題は、スクロースの構造式を書けなのですが、私が書いたのと解答では、βフルクトースが上下逆転していました。が、どうして解答のようになるのかわかりません。

βフルクトースには、エーテル結合がありますよね？で、グリコシド結合をつくる、２番炭素に結合しているOHとoはβフルクトースの段階では同じ側にあります。が、スクロースとなったときには、そのoh基とフルクトースのoが逆の側にあります。つまり、なんだかフルクトースはひっくりかえっているような気がします。ですが、これはおかしくないでしょうか。どうして、逆転するんでしょうか？

私のスクロースの書き方は、
まず、βフルクトースの段階で、エーテル結合が上、２番炭素が右にあるとすると、ヒドロキシ基は、右上にあるので、アルファグルコースと結合させるために、ヒドロキシ基は左下にこないといけないので、βフルクトースを左右に逆転させ、その後、上下に逆転させます。これで、ヒドロキシ基が左下にきました。このとき、エーテル結合は下にきます。が、解答では、上にくるのです。。。

かなりわかりにくい説明ではありますが、どなたかご存知の方アドバイスをよろしくお願いいたします。

回答No.6

DexMachina · ベストアンサー

No.2,No.5です。

> 私の書いた図のようになると思うのですが。。。

すみません、その通りです。
No.2とNo.5で同じものを描いているはずなのに、違っていました(汗)
大変失礼致しました。

> 「「A→B」を軸とした回転」とは、面ABを軸とした上下の回転ということでしょうか？

いえ、面ではなく、『「Θ」を中心点とした回転』です。
(より正確には、『「3-4」の結合の中点』と『環内酸素』を結ぶ直線を軸とした回転；
　軸を真上(又は真下)から見ているので、Θという点になって見えている、ということ)

「団扇(うちわ)」の紙部分に糖の環が描いてあったとしたら、その団扇の柄の部分を
両手で挟んで回すような感じの回転になります。
(或いは竹とんぼを飛ばすときのような・・・といっても、竹とんぼになじみがない
　でしょうか・・・(汗))

お礼

最後までお付き合いいただきありがとうございました。
今回団扇の話がでたので、実際に団扇でやってみました。
そこで、やっとわかりました。
でも、これって、こんなわかりにくいんでしょうか？
慣れたらもっと早く回転できるようになるでしょうか？
かなり落ち込みです。
今回は、かなりわかりにくい説明に最後までお付き合いいただきありがとうございました。感謝します。

回答No.5

DexMachina

No.2です。
では、ひとつずつ説明していきます。

1)「1つ目→2つ目」は、裏返しではなく「環の中心(・)を回転軸とした回転」です；

　　　　　　→
　　　　　　Ｏ
　　　　／　　 ＼
　↑ 5　　 ・　　 2　↓
　　　　＼＿_ ／
　　　　 4　　 3
　　　　　　←

　　　　　　↓　時計回りで180°回転

　　　　　4＿_3
　　　　／　　　＼
　　　5　　 ・　　 2
　　　　＼　　 ／
　　　　　　Ｏ

で、C2～C5に結合したCとOの位置ですが、前回の図で「｜」で示された結合は、
環を平面で見たとき、環に突き立った形になっています。
(他結合は全て環平面に含まれるので、「｜」は特殊な位置関係にあることになる)

　　　　　　　　　B
　　　　　 ＿＿＿＿
　　　　／　O　　 ／
　　 ／5　 　 2／　←環を含む平面
　／　 4 　3／
　￣￣￣￣
　　A

この平面を、「A→B」方向(=平面が線に見えるような方向)から眺めると；

　　　6　　　　　　Ｏ　Ｏ
　　　|　　　　　　 |　　|
　　　5─4─Θ─3─2　←環を含む平面
　　　　　｜　　　　　　|
　　　　　Ｏ　　　　　　 1

といった感じになっています。(「Θ」は、環の向こう側にある酸素)

上の回転では、環平面に対する上下関係は変化しないので、
　　C2・C3と結合したO、C6　＝　環の上
　　C1、C4と結合したO　　　 ＝　環の下
といった関係はそのまま保たれます。
で、「｜」で結合された原子の上下関係は、環(の構成原子)と環外の原子の
上下関係を表すので、回転後も「C1はC2の下」「C2に結合したOはC2の上」と
いうように書き足していってできたのが、前回の2つ目の図になります。

2)「4つ目→5つ目」の回転ですが、これは上の「A→B」を軸とした回転です。

　　　　　　　←

　　　6　　　　　　Ｏ　Ｏ
　　　|　　　　　　 |　　|
　↓ 5─4─Θ─3─2　↑
　　　　　｜　　　　　　|
　　　　　Ｏ　　　　　　1

　　　　　　　→

　　　　　　　↓

　　　1　　　　　　Ｏ
　　　|　　　　　　 |
　　　2─3─Θ─4─5
　　　|　 ｜　　　　　　｜
　　　Ｏ　Ｏ　　　　　　 6

従って、まず、環を構成するC2～C5が左右入れ替わります。
で、更にこの回転では環の上下も入れ替わるので、「｜」で示された結合
の上下関係も入れ替えて「C1はC2の上」「C2に結合したOはC2の下」と
いうように書き加えた結果が、前回の6つ目の図になります。

・・・以上です。
「｜」で示された結合とそれ以外の結合の、環平面に対する位置関係の違い
(＝「｜」は環平面の中にあるのではなく、環から突き出している)を把握すること
が、ポイントになると思います。

お礼

度々のご回答ありがとうございます。

＞1)「1つ目→2つ目」は、裏返しではなく「環の中心(・)を回転軸とした回転」です
とのことなのですが、平面上でそのまま時計回りに180度まわしたのですよね？
でも、そうすると、
3＿_4
／ ＼
2 ・ 5
＼ ／
Ｏ

となりませんか。。。
下の方で「上の回転では、環平面に対する上下関係は変化しないので、」とあるので、やはり平面上で回転させているのですよね？そうだとすると、ただぐるっと円を回転させただけだと、私の書いた図のようになると思うのですが。。。

＞C2～C5に結合したCとOの位置ですが、前回の図で「｜」で示された結合は、
＞環を平面で見たとき、環に突き立った形になっています。
これはわかりました。

2)「4つ目→5つ目」の回転ですが、これは上の「A→B」を軸とした回転です。
「「A→B」を軸とした回転」とは、面ABを軸とした上下の回転ということでしょうか？
でもそうすると回転の→の意味がよくわかりません。
もし面ABを軸として上下の回転をすると、↓のようになると思います。

O 1
| |
5 – 4 – Θ – 3 – 2
| | |
6 0 0

なんだかわかりませんでした。すみません。

回答No.4

noname#62864

補足します。
＞αグルコースのヒドロキシ基は右下にでているので、β-フルクトースは、左下にヒドロキシ基がこないとだめです。
ここで、β-フルクトースのヒドロキシ基は左下ではなく、左上になると思います。その状態でエーテル結合を形成すれば良いと思います。
関係部分のみを書けば、
Ｃ（グルコース側）
┃　　　　　　　　　　　Ｃ（グルコース側）
ＯＨ　　　　　　　　　　┃　
　　　　　　　　→　　　Ｏ　　＋　H2O
ＯＨ　　　　　　　　　　┃
┃　　　　　　　　　　　Ｃ（フルクトース側）
Ｃ（フルクトース側）
のように、単純にエーテル結合に変換すれば良いだけだと思います。
右上と左上の関係に関しては、紙面の上下を結ぶ線を対称軸として回転させれば解決します。

お礼

ご回答ありがとうございます。
もうちょっと考えてみます。

回答No.3

c80s3xxx

いちど立体模型を作って眺めることを薦めます．
なにもまじめに作らなくても，紙テープでわっかを二つ作り，炭素と酸素を書き込み，OH はセロテープでも貼り付ければいいのです．

お礼

ご回答ありがとうございました。
やはり実際にやってみるのは大事ですよね。
今回は団扇でやってみたら、少しわかりました。
でも、みんなはこれを頭の中で？？？
すばらしいですね。もっと練習したいと思います。
ありがとうございました。

回答No.2

DexMachina

> このとき、エーテル結合は下にきます。が、解答では、上にくるのです。。。

「左右反転＆上下反転」したら、その時点で酸素は上にきていないと変なはずです。
どちらかの反転で、うっかり鏡像反転をしていませんか?

非常に雑な図で済みませんが・・・これがβ-フルクトース；

　 6　　Ｏ　　 Ｏ　　←右上にある水酸基
　｜／　　 ＼｜
　 5　　　Ｏ　 2
　　 ＼＿| ／｜
　　 4|　　3　 1
　　　Ｏ

2-位の酸素が下側に来ない形で左右反転をさせているのでしたら、
この時点で環内酸素は下に来ているはずです(環の上下は反転させて
いないので、環と環外原子の上下関係は変化しないことに注意)；

　　　Ｏ
　Ｏ　|3　4　 6
　 | ／￣| ＼|
　 2　　　Ｏ　5
　 | ＼　　／
　 1　　Ｏ

次に上下反転させると、環内酸素は再び上に戻るはずです(ここでは環の
上下をひっくり返すので、環と環外原子の上下関係は逆になります)；

　 1　　Ｏ
　｜／　　 ＼
　 2　　　Ｏ　 5
　 | ＼＿｜／|
　Ｏ　 |3　4　 6
　↑　Ｏ
　｜
　└左下に来た水酸基

・・・さて、どこが違っていたか、わかりますか?

反転させるのは1段階だけにした方が、考えやすいかもしれません；

　　　 ｜　←この軸を中心にして回転
　6　　Ｏ　　 Ｏ
　| ／ ｜　＼|
　5　　｜　　 2
　 ＼ ｜　／|
　　　4┼3　 1
　　　　｜

　　　　↓

　　　 ｜
　1　　Ｏ
　| ／ ｜　＼
　2　　｜　　 5
　| ＼ ｜　／|
Ｏ　 3┼4　 6
　　　　｜

お礼

ご回答いただきありがとうございました。ですがやはりよくわからないのです。

一つ目の図から二つ目の図へはどう移動させているのでしょうか？
裏返しているのでしょうか？
裏返したと考えると・・・右上にある水酸基とC2, C1はわかりますが、裏返しただけだと、どうして、エーテル結合している酸素原子が二つ目の図では下にきているのでしょうか？
いまだによくわからなくて、申し訳ないのですが、一つ目の図では、C6とグリコシド結合をしているoは同じ側（上）にありますよね？でも、二つ目の図では、互い違い（C6は上、グリコシド結合をしているOは下）がどうしてそうなるのかわかりません。。。愚問でしたら、すみません。

二つ目から三つ目の図へは上下反転ですね。これはよくわかりました。

４つ目の図から5つ目の図への移動に関して
これは、縦の真ん中を軸として、左右に反転させたら、という意味ですよね？
ですが、わかりません。
左右に回転させただけなのに、どうして４つ目の図では、一番右が上からO-C2－C1となっているのに、次の図では、上からC1-C2-Oとなっているのですか？左右回転させただけなのに、上下が逆になるのはわかりません。同じように４つ目の図では、左端が上からC6-C5となっているのに、次の図では、上からC5-C６となっています。

私の頭の中の立体構造がおかしいのでしょうか？平面で考えてるだけなのでしょうか。すみませんが、アドバイスお願いできませんか。よろしくお願いいたします。

回答No.1

noname#62864

「βフルクトースの段階で・・・ヒドロキシ基は左下にこないといけないので・・」というのがよくわかりませんね。結合の相手がα-グルコースなので、普通は下側に伸びているOHがβ-フルクトースと結合を作るはずです。したがって、普通に書けば、フルクトース由来のOHが上方向（あるいは斜め上方向）に伸びた状態でグルコースと結合を作るはずです。
だとすれば、「βフルクトースの段階で・・・ヒドロキシ基は左下にこないといけないので・・」の認識が誤っているように思えます。
ただし、分子をどの方向から眺めるかということに厳密な取り決めがあるわけではないので、見る方向を変えれば話が違ってきます。また、単結合は回転しますので、その違いによって、異なって見えているのかもしれませんが・・
いずれにせよ、言葉ではわかりにくいですね。

お礼

ご回答ありがとうございます。
＞「βフルクトースの段階で・・・ヒドロキシ基は左下にこないといけ＞ないので・・」というのがよくわかりませんね。結合の相手がα-グル
＞コースなので、普通は下側に伸びているOHがβ-フルクトースと結合を
＞作るはずです。
そのとおりです。αグルコースのヒドロキシ基は右下にでているので、β-フルクトースは、左下にヒドロキシ基がこないとだめです。
でも、問題文中に与えられているβフルクトースは右上にヒドロキシ基がきているので、それを左下にもってきたいのですが、そのもってくる途中で回転させたときにどうも正確に回転させていないのだと思います。そこで、回転のさせ方について教えていただけたらと思っています。