Номер 41, страница 164 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

5.41. Выберите альдогексозу, при восстановлении которой образуется ахиральный альдит:

а) талоза

б) альтроза

в) глюкоза

г) манноза

д) аллоза

Для решения этой задачи необходимо определить, восстановление какой из предложенных альдогексоз приведет к образованию ахирального шестиатомного спирта (альдита). Восстановление альдогексозы (например, с помощью $NaBH_4$) превращает альдегидную группу ($–CHO$) на первом атоме углерода (C1) в первичную спиртовую группу ($–CH_2OH$). Таким образом, у образующегося альдита на обоих концах углеродной цепи будут находиться одинаковые группы $–CH_2OH$.

Молекула альдита будет ахиральной, если она является мезо-соединением, то есть имеет внутреннюю плоскость симметрии, несмотря на наличие хиральных центров. В случае шестиатомных альдитов, представленных в виде проекций Фишера, плоскость симметрии проходит горизонтально между атомами C3 и C4. Это возможно, если конфигурация верхней половины молекулы (C1, C2, C3) является зеркальным отражением нижней половины (C6, C5, C4). В проекции Фишера это означает, что:

• расположение групп у C2 должно быть таким же, как у C5;
• расположение групп у C3 должно быть таким же, как у C4.

Поскольку все предложенные сахара относятся к D-ряду, гидроксильная группа у C5 в их проекциях Фишера находится справа. Следовательно, для образования ахирального альдита необходимо, чтобы у исходной альдогексозы D-ряда гидроксильная группа у C2 также находилась справа, а гидроксильные группы у C3 и C4 были расположены с одной и той же стороны (обе справа или обе слева).

Рассмотрим каждую из предложенных альдогексоз.

а) талоза

D-талоза имеет следующую структуру:

$\begin{array}{c}\text{CHO} \\| \\\text{HO}-\text{C}-\text{H} \\| \\\text{HO}-\text{C}-\text{H} \\| \\\text{HO}-\text{C}-\text{H} \\| \\\text{H}-\text{C}-\text{OH} \\| \\\text{CH}_2\text{OH}\end{array}\quad \xrightarrow{\text{Восстановление}} \quad\begin{array}{c}\text{CH}_2\text{OH} \\| \\\text{HO}-\text{C}-\text{H} \\| \\\text{HO}-\text{C}-\text{H} \\| \\\text{HO}-\text{C}-\text{H} \\| \\\text{H}-\text{C}-\text{OH} \\| \\\text{CH}_2\text{OH}\end{array}$

У D-талозы гидроксильная группа при C2 находится слева. Это нарушает условие симметрии (C2 слева, а C5 справа). Следовательно, образующийся талитол хирален.

Ответ: образуется хиральный альдит.

б) альтроза

D-альтроза имеет следующую структуру:

$\begin{array}{c}\text{CHO} \\| \\\text{HO}-\text{C}-\text{H} \\| \\\text{H}-\text{C}-\text{OH} \\| \\\text{H}-\text{C}-\text{OH} \\| \\\text{H}-\text{C}-\text{OH} \\| \\\text{CH}_2\text{OH}\end{array}\quad \xrightarrow{\text{Восстановление}} \quad\begin{array}{c}\text{CH}_2\text{OH} \\| \\\text{HO}-\text{C}-\text{H} \\| \\\text{H}-\text{C}-\text{OH} \\| \\\text{H}-\text{C}-\text{OH} \\| \\\text{H}-\text{C}-\text{OH} \\| \\\text{CH}_2\text{OH}\end{array}$

У D-альтрозы гидроксильная группа при C2 находится слева, а при C5 - справа. Условие симметрии не выполняется. Образующийся альтритол хирален.

Ответ: образуется хиральный альдит.

в) глюкоза

D-глюкоза имеет следующую структуру:

$\begin{array}{c}\text{CHO} \\| \\\text{H}-\text{C}-\text{OH} \\| \\\text{HO}-\text{C}-\text{H} \\| \\\text{H}-\text{C}-\text{OH} \\| \\\text{H}-\text{C}-\text{OH} \\| \\\text{CH}_2\text{OH}\end{array}\quad \xrightarrow{\text{Восстановление}} \quad\begin{array}{c}\text{CH}_2\text{OH} \\| \\\text{H}-\text{C}-\text{OH} \\| \\\text{HO}-\text{C}-\text{H} \\| \\\text{H}-\text{C}-\text{OH} \\| \\\text{H}-\text{C}-\text{OH} \\| \\\text{CH}_2\text{OH}\end{array}$

У D-глюкозы гидроксильные группы при C2 и C5 находятся справа (условие выполнено). Однако гидроксильные группы при C3 (слева) и C4 (справа) находятся с разных сторон. Условие симметрии не выполняется. Образующийся глюцитол (сорбит) хирален.

Ответ: образуется хиральный альдит.

г) манноза

D-манноза имеет следующую структуру:

$\begin{array}{c}\text{CHO} \\| \\\text{HO}-\text{C}-\text{H} \\| \\\text{HO}-\text{C}-\text{H} \\| \\\text{H}-\text{C}-\text{OH} \\| \\\text{H}-\text{C}-\text{OH} \\| \\\text{CH}_2\text{OH}\end{array}\quad \xrightarrow{\text{Восстановление}} \quad\begin{array}{c}\text{CH}_2\text{OH} \\| \\\text{HO}-\text{C}-\text{H} \\| \\\text{HO}-\text{C}-\text{H} \\| \\\text{H}-\text{C}-\text{OH} \\| \\\text{H}-\text{C}-\text{OH} \\| \\\text{CH}_2\text{OH}\end{array}$

У D-маннозы гидроксильная группа при C2 находится слева, а при C5 - справа. Условие симметрии не выполняется. Образующийся маннитол хирален.

Ответ: образуется хиральный альдит.

д) аллоза

D-аллоза имеет следующую структуру:

$\begin{array}{c}\text{CHO} \\| \\\text{H}-\text{C}-\text{OH} \\| \\\text{H}-\text{C}-\text{OH} \\| \\\text{H}-\text{C}-\text{OH} \\| \\\text{H}-\text{C}-\text{OH} \\| \\\text{CH}_2\text{OH}\end{array}\quad \xrightarrow{\text{Восстановление}} \quad\begin{array}{c}\text{CH}_2\text{OH} \\| \\\text{H}-\text{C}-\text{OH} \\| \\\text{H}-\text{C}-\text{OH} \\\hline\text{H}-\text{C}-\text{OH} \\| \\\text{H}-\text{C}-\text{OH} \\| \\\text{CH}_2\text{OH}\end{array}$

У D-аллозы гидроксильная группа при C2 находится справа, что совпадает с положением группы при C5 (справа). Гидроксильные группы при C3 и C4 также находятся с одной стороны (обе справа). Оба условия симметрии выполняются. Образующийся аллитол имеет плоскость симметрии, проходящую между C3 и C4 (показана линией), и, следовательно, является ахиральным мезо-соединением.

Ответ: образуется ахиральный альдит (мезо-соединение).

Таким образом, единственная альдогексоза из списка, при восстановлении которой образуется ахиральный альдит, — это аллоза.