Les sucres, comme le glucose, peuvent exister sous différentes formes appelées anomères. En solution, ces formes sont en équilibre constant, un phénomène appelé mutarotation. Comprendre cet équilibre est essentiel en biochimie pour étudier le comportement des glucides.
Anomère
Une forme d'un sucre cyclique qui diffère par la position du groupe -OH sur le carbone anomérique (C1 pour les aldoses, C2 pour les cétoses). On distingue les anomères α et β.
Mutarotation
Le changement du pouvoir rotatoire d'une solution de sucre au fil du temps, dû à l'interconversion des formes anomériques (α et β) jusqu'à atteindre un équilibre.
Pouvoir rotatoire spécifique ([α])
Une propriété physique d'une substance chirale qui mesure sa capacité à faire dévier le plan de la lumière polarisée. Il dépend de la température, du solvant et de la longueur d'onde de la lumière.
Loi de Biot
Une loi qui décrit la relation entre le pouvoir rotatoire observé d'une solution, le pouvoir rotatoire spécifique de la substance, sa concentration et la longueur du trajet optique. Elle est additive pour un mélange.
Carbone anomérique
Le carbone qui devient asymétrique lors de la cyclisation d'un ose. C'est le C1 pour les aldoses et le C2 pour les cétoses.
L'équilibre des anomères en solution Quand un sucre comme le glucose est dissous dans l'eau, il ne reste pas sous une seule forme. Il se transforme constamment entre ses différentes formes cycliques, appelées anomères. Pour le glucose, il existe principalement deux anomères : l'anomère alpha (α) et l'anomère bêta (β).
Ce processus de transformation est appelé mutarotation. Il se poursuit jusqu'à ce que la solution atteigne un état stable où les proportions des anomères α et β ne changent plus. C'est l'équilibre anomérique.
Chaque anomère a un pouvoir rotatoire spécifique différent, ce qui permet de suivre leur interconversion.
Pouvoirs rotatoires spécifiques des anomères du glucose et de la solution à l'équilibre
La loi de Biot pour mesurer l'équilibre Pour déterminer les proportions des anomères α et β à l'équilibre, on utilise la loi de Biot. Cette loi relie le pouvoir rotatoire que l'on observe dans une solution à la nature et à la quantité des substances chirales qu'elle contient.
Le pouvoir rotatoire observé ([α]) d'une solution est la somme des contributions de chaque substance chirale présente. Si une solution contient un mélange d'anomères α et β, le pouvoir rotatoire total est la somme des pouvoirs rotatoires de l'anomère α et de l'anomère β, chacun pondéré par sa concentration.
Formule de la loi de Biot
Dans cette formule :
[α]est le pouvoir rotatoire observé.[α]^T_λest le pouvoir rotatoire spécifique (caractéristique de la molécule, dépend de la température T et de la longueur d'onde λ).cest la concentration de la substance.lest la longueur du trajet optique.
Dans un mélange, la loi de Biot est additive : le pouvoir rotatoire total de la solution est la somme des pouvoirs rotatoires de chaque anomère.
Calcul des pourcentages des anomères Nous utilisons les données suivantes pour le D-glucopyranose à 25°C :
[α]α = 112°(pouvoir rotatoire spécifique de l'anomère α)[α]β = 19°(pouvoir rotatoire spécifique de l'anomère β)[α]sol = 52°(pouvoir rotatoire spécifique de la solution à l'équilibre)
Nous cherchons les pourcentages de Cα et Cβ dans la solution. Nous savons que la somme des pourcentages est 100%.
Équation 1 :
Cα + Cβ = 100 (la somme des pourcentages est 100)Équation 2 :
[α]sol * 100 = [α]α * Cα + [α]β * Cβ (loi de Biot adaptée aux pourcentages)Remplaçons les valeurs dans l'Équation 2 :
52 * 100 = 112 * Cα + 19 * Cβ5200 = 112 Cα + 19 CβDe l'Équation 1, on peut écrire
Cα = 100 - Cβ. Substituons cette expression dans l'équation précédente :5200 = 112 * (100 - Cβ) + 19 Cβ5200 = 11200 - 112 Cβ + 19 Cβ5200 = 11200 - 93 Cβ93 Cβ = 11200 - 520093 Cβ = 6000Cβ = 6000 / 93 ≈ 64.5 %Maintenant, calculons Cα :
Cα = 100 - Cβ = 100 - 64.5 = 35.5 %À l'équilibre, la solution de D-glucose contient environ 35.5% d'anomère α et 64.5% d'anomère β.
Tableau des pourcentages des formes cycliques des oses à l'équilibre
A retenir :
- Les sucres existent sous des formes α et β appelées anomères.
- En solution, ces anomères s'interconvertissent jusqu'à un équilibre (mutarotation).
- La loi de Biot permet de mesurer le pouvoir rotatoire des solutions.
- Grâce à l'additivité de la loi de Biot et aux pouvoirs rotatoires spécifiques, on peut calculer les pourcentages de chaque anomère à l'équilibre.
- Pour le D-glucose, l'anomère β est majoritaire à l'équilibre (environ 64.5%).