Ciclizzazione del glucosio e mutarotazione

Il glucosio o D-glucopiranosio, può essere rappresentato graficamente come un composto a sei atotmi di carbonio con quattro centri chirali la cui catena è aperta. In soluzione acquosa il glucosio permane per poco tempo nella forma aperta e tende ad essere più presente nella sua conformazione chiusa che prende il nome di alpha-D-glucosio oppure, in base alla posizione dell'ossidrile legato al carbonio numero 1, beta-D-glucosio. La mutarotazione del glucosio è un fenomeno che comporta la rotazione, rispetto al piano medio, del gruppo ossidrilico per raggiungere in soluzione acquosa un equilibrio tra beta-D-Glucosio ed alha-D-Glucosio.

Il glucosio.

. La formula minima del glucosio è C₆H₁₂O₆. Questa molecola ha una elevata valenza dal punto di vista della bioenergetica in quanto è una tra le fonti principali per l'alimentazione e il metabolismo. E' un composto apprezzato dai batteri che lo metabolizzano in modo efficace operando nei terreni di coltura verso esso fenomeni di chemiotassi oltre ad essere presente, in forma di lunghi polimeri di beta-D-glucosio, nella parete cellulare delle cellule vegetali sotto forma di  cellulosa.

Forma lineare.

La formula lineare del glucosio prevede la molecola aperta con nessuna continuità tra gli atomi di carbonio da 1 a 5.  Può essere ottimamente rappresentata mediante la proiezione di Fischer.

Proiezioni di Fischer del glucosio.

La proiezione di Fischer del D-Glucosio è la seguente. Osservando l'ossidrile in posizione 5 che stabilisce che il glucosio appartiene alla serie D.

Forma chiusa.

In soluzione acquosa il glucosio si piega e l'ossidrile in posizione 5, durante il ripiegamento,  si avvicina al carbonio carbonilico. E' possibile un solo tipo di ripiegamento per motivi di ingombro sterico e di repulsione elettronica tra il doppietto non condivisio dell'ossidrile in 5 e il doppietto dell'ossigeno carbonilico. Nella prima fase si assiste al ripiegamento della molecola del glucosio:

L'attacco del carbonio porta alla formazione di glucosio con catena chiusa ed è caratterizzato dalla reazione tra aldeidi ed alcoli che forma i cosidetti emiacetali. I carboidrati a catena aperta hanno un gruppo aldeico in posizione 1 ed un gruppo alcolico localizzato nell'ultimo carbonio chirale. Nel glucosio il gruppo alcolico è rappresentato dall'ossidrile in posizione 5.  Sono possibili due ulteriri configurazioni del glucosio chiuso aventi come punto di riferimento la posizione dell'ossidrile formatosi in seguito alll'aggiunta di un idrogeno all'ossigeno carbonilico. Se l'ossidrile risiede nel piano inferiore rispetto all'asse centrale della molecola la configurazione sarà detta alpha (alpha-D-Glucosio) se, invece, risiederà nel piano superiore sarà definita beta (beta-D-Glucosio). La freccia rossa tratteggiata indica il piano in cui avviene la mutarotazione.

Mutarotazione del glucosio

La mutarotazione è un fenomeno di spostamento stereoisomero del gruppo ossidrilico in 1 che, in soluzione acquosa, avviene con lo scopo di raggiungere un equilibrio di presenza tra alpha-D-Glucosio e beta-D-Glucosio.