Les oses, à partir des pentoses, i.e. à 5 atomes de carbone, prennent une structure cyclique en équilibre avec leur structure linéaire, structures qui s'interconvertissent facilement.
Les oses, au-dessus de 4 carbones, prennent une structure cyclique en équilibre avec leur structure linéaire, i.e. structures qui s'interconvertissent facilement.
1. Les expériences l'ont montré avec la fonction aldéhyde ($\ce{-CH=O}$).
Un aldéhyde, en milieu acide, forme deux fonctions alcool, par le passage à un hémiacétal, puis un acétal.
Le glucose, par exemple, ne peut se combiner qu'avec une seule molécule d'alcool, i.e. il est déjà sous forme hémiacétalique.
2. En effet, le groupe carbonyle, i.e. $\ce{-C=O}$, i.e. aldéhyde ($\ce{-CH=O}$) ou cétone ($\ce{-C=O}$), et les fonctions alcool secondaire $\ce{RR'CHOH}$ sont proches les unes des autres.
Une liaison hémiacétalique replie alors la molécule pour former un hétérocycle.
a. Il perd sa fonction aldéhyde, mais garde ses propriétés réductrices.
Épimères et anomères
(Figure : vetopsy.fr)
b. Il se forme un nouveau carbone asymétrique (C*) qui est dit carbone anomérique.
Dans les aldohexoses, comme le glucose ou le galactose, c'est le carbone C1 qui est le centre anomérique, le plus éloigné du carbone D ou L qui est le C5.
Dans les cétohexoses, comme le D-fructose par exemple, c'est le carbone C2 dérivé du carbonyle de la cétone.
La forme est dite α si le groupe hydroxyle ($\ce{-OH}$) anomérique et le groupe $\ce{CH2OH}$ terminal sont de part et d’autre du cycle.
La forme est dite β s’ils sont du même côté.
Remarque : la mutarotation est la variation de la rotation optique d’un matériau chiral dans une solution en raison d’une modification de la proportion des deux anomères constitutifs jusqu’à ce que l’équilibre soit atteint.
Les sucres cycliques présentent une mutarotation lorsque α et β formes anomériques s’interconvertissent.
La rotation optique de la solution dépend de la rotation optique de chaque anomère et de son rapport dans la solution.
3. Ces différentes formes s'interconvertissent facilement.
La représentation des diverses formes cycliques selon Norman Haworth (18783-1950) utilise un certain nombre de conventions.
1. Le cycle est perpendiculaire au plan de l'écran, les liaisons en avant étant épaissies.
2. Le carbone le plus oxydé (fonction hémiacétalique) est à droite.
3. La position des groupements hydroxyles dépend de leur position dans la représentation de Fischer.
Les OH se trouvant à droite dans la représentation de Fischer se retrouvent en dessous du plan du cycle.
Les OH se trouvant à gauche dans la représentation de Fischer se retrouvent au-dessus du plan du cycle.
4. La position par rapport au plan du cycle de la fonction alcool primaire détermine la série.
Série D et L du glucopyranose
(Figure : vetopsy.fr) Série D pour $\ce{CH2OH}$ au-dessus du plan.
Série L pour $\ce{CH2OH}$ en dessous du plan.
Conformation spatiale des oses
Comme pour les alcanes, les structures cycliques des oses ne sont pas planes, car il existe de nombreuses contraintes, i.e. on parle de tension de cycle (cycle strain).
