Mutarotazione
Che cosa è la mutarotazione?
La mutarotazione è un fenomeno chimico-fisico che si manifesta nei monosaccaridi otticamente attivi e che consiste in una progressiva variazione, da un valore iniziale fino a un valore stazionario, del potere rotatorio specifico di tali composti, quando vengono disciolti in un solvente polare.
Il fenomeno si riscontra per esempio nel glucosio che, come tutti i glucidi, può esistere in due forme isomere α e ß le quali, appena sciolte in acqua, presentano rispettivamente un potere rotatorio specifico di +112° e di +18,7°.
Lasciando però in riposo le due soluzioni, il loro potere rotatorio varia fino a raggiungere il valore di +52,5° corrispondente all'equilibrio tra le due forme.
Il fenomeno è quindi dovuto al fatto che esistono per il D-glucosio come per tutti gli zuccheri riducenti diverse strutture isomere in equilibrio tra loro in soluzione, una a catena aperta nella quale è presente il gruppo carbonilico e due emiacetaliche nelle quali è presente un anello a 6 atomi di tipo piranosidico, con un centro chirale in più rispetto alla struttura a catena aperta.
La mutarotazione è dovuta alla isomerizzazione che avviene per apertura dell'anello dello zucchero e successiva chiusura fino a che si raggiunge l'equilibrio in soluzione tra le due forme.
Raggiunto l'equilibrio cessa la variazione del potere rotatorio specifico.
Rappresentazione dell'equilibrio chimico del D-glucosio in soluzione, sia attraverso le formule di Fischer (le prime tre, in alto) che attraverso la proiezione di Haworth (le tre in basso).
Nel caso particolare del D-glucosio, all'equilibrio è presente per circa due terzi l'isomero ß e per circa un terzo l'isomero α.
Mutarotazione del D-glucosio
Il D-glucosio esiste in due forme cristalline; una fonde a 150°C l'altra a 146°C.
I cristalli che fondono a 150°C sono il ß-D-glucosio, e si vede che, nella rappresentazione delle conformazioni, il loro gruppo ossidrilico anomerico è in posizione equatoriale.
I cristalli dell'α-D-glucosio fondono a 146°C e l'esame cristallografico indica la stessa struttura molecolare, tranne che per l'ossidrile anomerico (relativo al carbonio anomerico), che è in posizione assiale.
Rappresentazione dell'equilibrio chimico del D-glucosio in soluzione
Una soluzione preparata di fresco, sciogliendo cristalli di ß-D-glucosio, in acqua, dà una rotazione specifica di +18,7°.
Questo valore cresce lentamente col passare del tempo fino al valore limite di + 52,5°.
L'α-D-glucosio, appena sciolto in acqua, mostra una rotazione specifica di +112°, ma anche in questo caso il valore cambia lentamente con il tempo, diminuendo via via fino a raggiungere un valore finale che è ancora eguale a + 52,5° (come nel caso precedente).
Il lento cambiamento del potere ottico rotatorio della soluzione viene chiamato mutarotazione del D-glucosio e può essere interpretato come coinvolgente la interconversione delle due forme emiacetaliche attraverso la forma aldeidica intermedia.
Come detto in precedenza, la miscela di equilibrio è presente per circa due terzi l'isomero ß e per circa un terzo l'isomero α e soltanto lo 0,02 % circa della forma aldeidica libera.
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