Quelltext der Seite Mutarotation

Als '''Mutarotation''' (von {{laS|''mutare''}}, dt. ‚ändern‘) bezeichnet man die spontane Änderung des Drehwinkels einer Lösung eines [[Optische Aktivität|optisch aktiven]] Stoffes vom Zeitpunkt des Ansetzens der Lösung bis zum Erreichen eines festen Wertes.<ref name="Ebel">[[Siegfried Ebel|S. Ebel]], [[Hermann J. Roth|H. J. Roth]] (Herausgeber): ''Lexikon der Pharmazie'', Georg Thieme Verlag, 1987, ISBN 3-13-672201-9, S. 450.</ref> An diesem Punkt ist das [[Thermodynamik|thermodynamische Gleichgewicht]] erreicht. Ursache für die Mutarotation kann [[Epimerisierung]] oder eine sonstige asymmetrische Umwandlung sein.

== Mutarotation bei Kohlenhydraten ==
[[Datei:Mutarotation D-Glucose V.1.png|mini|650px|<small>Mutarotation: D-Glucose-Moleküle liegen als cyclische Halbacetale vor, die zueinander epimer (= diastereomer) sind. Das Epimerenverhältnis α:β beträgt 36:64. In der α-D-Glucopyranose (links) steht die <span style="color:blue;font-weight:bold">blau</span> markierte Hydroxygruppe am anomeren Zentrum in axialer Position, in der β-D-Glucopyranose (rechts) hingegen steht die <span style="color:blue;font-weight:bold">blau</span> markierte Hydroxygruppe am anomeren Zentrum in äquatorialer Position. Die offenkettige Form der [[Aldose]] mit der freien [[Aldehydgruppe]] steht in der Mitte. Nur 0,02 % der D-Glucose-Moleküle liegen so vor.</small>]]
Viele [[Kohlenhydrate]] sind optisch aktiv, d.&nbsp;h., sie drehen linear [[Polarisation|polarisiertes Licht]] um einen für jede Struktur [[Spezifischer Drehwinkel#Spezifischer Drehwinkel|spezifischen Drehwinkel]]. Löst man z.&nbsp;B. kristalline <small>D</small>-[[Glucose]] in [[Wasser]], so beobachtet man im [[Polarimeter]] bei der frisch zubereiteten Lösung eine kontinuierliche Änderung des Drehwinkels, bis schließlich ein konstanter Wert erreicht ist. Die Geschwindigkeit der Gleichgewichtseinstellung ist temperatur- und pH-abhängig.

Ursache ist, dass Aldopentosen, Aldohexosen und längerkettige Kohlenhydrate (Zuckermoleküle mit einer [[Aldehydgruppe]] und fünf, sechs bzw. mehr Kohlenstoffatomen) in wässriger Lösung im Wesentlichen nicht offenkettig, sondern ringförmig als [[Halbacetal]] vorliegen, d.&nbsp;h., die Aldehydgruppe geht eine Bindung mit der vorletzten [[Hydroxygruppe]] ein. Hier entsteht ein neues [[Chiralität (Chemie)|Chiralität]]szentrum und zwei mögliche [[Isomere]] (genauer: [[Diastereomere]]), das α- oder β-[[Anomer]], die sich entsprechend auch in ihrem optischen Drehwinkel unterscheiden.
Nun liegt die offenkettige Form mit der Ringform in einem dynamischen [[Chemisches Gleichgewicht|Gleichgewicht]], das allerdings sehr auf Seiten der Ringform liegt. Weil bei jeder Ringbildung die α- oder β-Form entstehen kann, liegen also auch diese beiden in einem Gleichgewicht mit einer ganz bestimmten Konstante. Eine solche chemische Umwandlung, bei der die Konfiguration nur eines stereogenen Zentrums eines Diastereomers geändert wird, bezeichnet man als Epimerisierung. Findet im Falle von Kohlenhydraten eine Epimerisierung am anomeren Zentrum statt, spricht man auch von ''Anomerisierung''.

Zum Beispiel liegt die Glucose im Gleichgewicht ihrer offenkettigen Form (0,02 % in neutraler Lösung), der α-<small>D</small>-[[Glucopyranose]] und der β-<small>D</small>-Glucopyranose vor.<ref name="Gossauer">[[Albert Gossauer]]: ''Struktur und Reaktivität der Biomoleküle'', Verlag Helvetica Chimica Acta, Zürich, 2006, ISBN 978-3-906390-29-1, S. 322–324.</ref> Eine Lösung von α-<small>D</small>-Glucopyranose (Drehwinkel +109°) wird also durch kontinuierliche Ringspaltung zu einem Gemisch mit der β-<small>D</small>-Glucopyranose (Drehwinkel +20°), und der Drehwinkel der Lösung erreicht nach einiger Zeit, wenn das Gleichgewicht herrscht, den Wert von +52°.<ref>{{BibISBN|978-3-540-92205-6|Seiten=400–401}}</ref> Es liegt offensichtlich kein 1:1-Gemisch vor, das Epimerenverhältnis α:β ist vielmehr 36:64.

[[Datei:generalmutamech.png|mini|center|hochkant=2.5|Reaktionsmechanismus für die Mutarotation von α- und β-Anomere.]]

== Andere Beispiele ==
<small>D</small>-[[Gluconsäure]] ([α]<sup>20</sup><sub>D</sub>&nbsp;=&nbsp;−6,72°) liegt im Gleichgewicht mit [[Glucono-1,5-lacton|γ-Glucono-1,5-lacton]] ([α]<sup>20</sup><sub>D</sub>&nbsp;=&nbsp;+67,8°) und δ-Glucono-1,6-lacton vor ([α]<sup>20</sup><sub>D</sub>&nbsp;=&nbsp;+63,5°).<ref>{{Literatur|Autor=K. Rehorst|Titel=Zur Kenntnis einiger Oxy‐säuren der Zuckergruppe, I.: d‐Zuckersäure und d‐Glykonsäure|Sammelwerk=Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft (A and B Series)|Band=61|Nummer=1|Jahr=1928|Seiten=163–171|DOI=10.1002/cber.19280610126}}</ref> Im Gleichgewicht liegt die optische Drehung bei +12°.<ref>W. Bähr, H. Theobald: ''Organische Stereochemie.'' Springer-Verlag, 1973.</ref> Die Gleichgewichtseinstellung erfolgt in diesem Fall über eine [[Lakton]]-Bildung.

== Einzelnachweise ==
<references />

[[Kategorie:Stereochemie]]