La prova di Fischer

La prova passo passo

Sapendo che il glucosio era un aldoesoso, Fischer poteva scrivere fin da subito una formula di struttura generica. Infatti:

• gli atomi di carbonio dovevano essere 6 (zucchero esoso)
• il primo gruppo doveva essere un CHO (zucchero aldoso)
• l’ultimo gruppo doveva essere un CH₂OH (funzione alcolica primaria)
• il penultimo gruppo doveva essere un HCOH con il gruppo OH orientato a destra (convenzione della serie D)
• dovevano esserci altri 3 gruppi HCOH per completare la catena di cui era incognito l’orientamento

Con queste informazioni, tutte le combinazioni possibili candidate sono 8; Fischer poteva ipotizzarle tutte da subito e procedere per esclusione. Esse corrispondono all’ultima riga del grafico del paragrafo precedente.

Come prima osservazione Fischer nota che sia il glucosio che il mannosio, qualunque fosse la loro struttura, se fatti reagire con fenilidrazina producevano la stessa sostanza detta Osazone.

Questo significa che glucosio e mannosio hanno le strutture dei gruppi C3, C4 e C5 uguali e differiscono solo per il carbonio C2, perchè il C1 è impegnato sicuramente nel gruppo CHO.
Delle possibili configurazioni sopra riportate, possiamo creare 4 raggruppamenti aventi i C3, C4 e C5 in comune:

L’esperienza ci dice anche che, ossidando sia il D-glucosio che il D-mannosio con acido nitrico, si ottengono degli acidi otticamente attivi, cosa che Fischer poteva controllare attraverso il polarimetro.
L’ossidazione comporta infatti che sia il gruppo CH₂OH che il CHO vengano trasformati in COOH.

Nei gruppi 1-2 e 7-8 vi è uno dei due composti che ossidato produce un acido la cui molecola è perfettamente simmetrica, per questo motivo non è otticamente attiva e quindi il gruppo può essere scartato dai candidati possibili.

Rimangono in lizza i gruppi 3-4 e 5-6.
Qui Fischer fa un’ulteriore osservazione sperimentale, applicando la reazione di Kiliani-Fischer al D-arabinosio.
Egli non sa ancora quale sia la struttura di questo zucchero, ma sa che si tratta di un aldopentoso, cioè un aldoso a 5 atomi di carbonio. La reazione di Kiliani-Fischer gli permette di aggiungere un gruppo HCOH e di trasformarlo in un aldoesoso e in seguito ossidando il gruppo CHO in COOH produce gli stessi acidi monocarbossilici che si producono a partire dalla coppia glucosio/mannosio.

Questo significa che il D-arabinosio è effettivamente il capostipite della coppia D-glucosio/D-mannosio.
Rimane però ancora da definire la struttura del D-arabinosio. Le possibilità sono due, ma si può applicare lo stesso procedimento dell’ossidazione utilizzato prima:

Delle due configurazioni, quella in basso, una volta che le estremità sono ossidate, produce un acido bicarbossilico perfettamente simmetrico, mentre noi sappiamo che ossidando il D-arabinosio si produce un acido otticamente attivo, quindi asimmetrico. Di conseguenza la struttura in basso non può essere quella appartenente al D-arabinosio.
In questo modo la struttura del D-arabinosio è chiara e risulta anche individuata la coppia glucosio/mannosio che sarà quindi quella indicata come 3-4.

L’ultimo passaggio, è quello che permette di distinguere finalmente il D-glucosio dal D-mannosio ed è leggermente più complicato da visualizzare.
Consideriamo le strutture 3 e 4 e immaginiamo di scambiare il gruppo CHO con il gruppo CH₂OH agli estremi della molecola.
Dopo aver effettuato lo scambio ruotiamo le molecole modificate per riallinearle con la loro versione antemodifica.
Notiamo che nel caso 3 si ottiene un aldoesoso diverso da quello di partenza mentre nel caso 4 la molecola finale risulta identica.

Fischer mise a punto un complesso di reazioni chimiche che realizzavano esattamente questo “scambio” nelle estremità delle molecole e lo applicò al glucosio reale.
Il risultato fu di ottenere un aldoesoso diverso da quello di partenza, di conseguenza la struttura del glucosio doveva corrispondere a quella che abbiamo identificato come “3”.