環状グルコースの生成について

質問

環状グルコースからカルボキシ基とアルデヒド基が分子内でへミアセタール構造を形成し、α型とβ型の2種類が生成される反応機構について分からないことがあります。
2種類の異性体が生成される理由を調べたところ、カルボキシ基が両面から求核攻撃を受けるからということでした。上側から攻撃されたらα型に、下側から攻撃されたらβ型になるということらしいのですが、どうにもその感覚がつかめません。
鎖状構造のときは１位の炭素はsp2混成軌道で酸素原子とは同一平面上にあるわけですが、環状構造をとるとsp3になり四面体構造になりますよね？その際に立体的にどのような変化が起こるのかが想像できません。１位と2位の炭素－炭素結合が回転するのでしょうか・・・。
なぜ上から攻撃を受けたらα型に、下から攻撃を受けたらβ型になるのですか？（構造的にどのような過程をたどってそうなるのか）

以上、よろしくお願いします。

回答No.2

windwald

環状になっても1位の炭素と元アルデヒド基に相当する酸素は同一平面上にありますよ。
なぜって、２つの原子ですから、同一平面上にならないわけがありません。

で、ご質問の本題ですが、１行目は
"鎖状"グルコースから"ヒドロキシ"基とアルデヒド基が～
の間違いですよね？
上から攻撃を受けると言うことは

－ＯＨ
　：
－Ｃ－Ｈ
　∥
　Ｏ

と言う状況でしょう。
そうすると、ヘミアセタール化したあとは

－Ｏ
　｜
－Ｃ－Ｈ
　｜
　ＯＨ

となりますね。これはα-グルコースの構造です。

ところで、doc_sundayさんにご指摘いただいている「カルボキシル基」ですが、
現在は「カルボキシ基」のほうが正式名称となっています。
同様にヒドロキシル基も「ヒドロキシ基」が正式名称です。
http://pub.maruzen.co.jp/book_magazine/yuki/web/yuki-kagou/meimei.pdf

回答No.1

noname#160321

>なぜ上から攻撃を受けたらα型に、下から攻撃を受けたらβ型になるのですか？

なぜって、それ以外のかたちを取れないからです。
どうしても分からないなら分子模型を買ってで組み立ててみてください。

それから、
>カルボキシ基とアルデヒド基が分子内でへミアセタール構造を形成し

「カルボキシ基」なんていう基はありません。
カルボン酸ならカルボキシ「ル」基、ケトンならカルボニル基、グルコースの5-位はただのアルコールでヒドロキシル基です。

>１位の炭素はsp2混成軌道で酸素原子とは同一平面上にある

これも言葉足らずですね、1-位の炭素がsp2であるために平面内にあるのは酸素、1-位と2-位の炭素です。
二つの原子だけならいつも直線内にあり、当然平面内にもあります。

補足

>なぜって、それ以外のかたちを取れないからです。
どうしても分からないなら分子模型を買ってで組み立ててみてください。

もちろん、現にそのように生成されているわけですから、それ以外のかたちをとれないということなのは分かります。ですが、どのようにそうなるのかがいまいち分からないのです。

>これも言葉足らずですね、1-位の炭素がsp2であるために平面内にあるのは酸素、1-位と2-位の炭素です。
二つの原子だけならいつも直線内にあり、当然平面内にもあります。

確かに２つの原子ならいつでも平面関係ですね。1-位の炭素がsp2であるために平面内にあるのは酸素、1-位と2-位の炭素ということですが、1位の炭素についている水素も2つの原子だけで見れば、平面内にあると思うのですが、書かれてないということはなにか違うのでしょうか？
「1位と2位の炭素、1位に付いている水素はＣ＝Ｏ平面に対して120°の角度で付いている」という認識で合っていますか？