1.1 Structure and Conformation
of Carbohydrates
T. Bruce Grindley
Department of Chemistry, Dalhousie University,
Halifax, NS B3H 4J3, Canada
Bruce.Grindley@Dal.Ca
1
Conformational Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.1
Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.2
Conformations of Cycloalkanes and Heterocycles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.2.1 Conformations of Cyclohexanes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.2.2 Conformations of Tetrahydropyran Derivatives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.2.3 Conformations of Cyclopentanes and Tetrahydrofurans . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.3
Conformations of Monosaccharides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.3.1 Conformations of Acyclic Carbohydrates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.3.2 Conformations of Pyranoses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.3.3 Conformations of Furanoses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
1.3.4 Conformations of Septanoses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
1.4
Conformations of Disaccharides, Trisaccharides, and Oligosaccharides . . . . . . . . . . 32
1.4.1 Conformations of Disaccharides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
1.4.2 Conformations of Trisaccharides and Oligosaccharides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
2
Physical Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
2.1
Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
2.2
X-Ray Crystallography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
2.3
NMR Spectroscopy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
2.3.1 Chemical Shifts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
2.3.2 Scalar Coupling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
2.3.3 Dipolar Coupling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
2.3.4 Nuclear Overhauser Effect . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
2.4
Circular Dichroism and Optical Rotatory Dispersion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
2.5
Molecular Modeling. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
Abstract
The conformational analysis of monosaccharides, disaccharides, and oligosaccharides is
reviewed. Conformational terms are introduced through examination of the conformations
of cyclohexane and cyclopentane then applied to the pyranose, furanose, and septanose
rings. Concepts such as the anomeric effect are discussed. Topics of current interest, such
as hydroxymethyl group and hydroxyl group rotation and disaccharide conformations are
summarized. Physical methods for studying conformation are outlined.
In: Glycoscience. Fraser-Reid B, Tatsuta K, Thiem J (eds)
Chapter-DOI 10-1007/978-3-540-30429-6_1: © Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2008
of Carbohydrates
T. Bruce Grindley
Department of Chemistry, Dalhousie University,
Halifax, NS B3H 4J3, Canada
Bruce.Grindley@Dal.Ca
1
Conformational Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.1
Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.2
Conformations of Cycloalkanes and Heterocycles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.2.1 Conformations of Cyclohexanes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.2.2 Conformations of Tetrahydropyran Derivatives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.2.3 Conformations of Cyclopentanes and Tetrahydrofurans . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.3
Conformations of Monosaccharides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.3.1 Conformations of Acyclic Carbohydrates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.3.2 Conformations of Pyranoses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.3.3 Conformations of Furanoses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
1.3.4 Conformations of Septanoses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
1.4
Conformations of Disaccharides, Trisaccharides, and Oligosaccharides . . . . . . . . . . 32
1.4.1 Conformations of Disaccharides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
1.4.2 Conformations of Trisaccharides and Oligosaccharides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
2
Physical Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
2.1
Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
2.2
X-Ray Crystallography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
2.3
NMR Spectroscopy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
2.3.1 Chemical Shifts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
2.3.2 Scalar Coupling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
2.3.3 Dipolar Coupling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
2.3.4 Nuclear Overhauser Effect . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
2.4
Circular Dichroism and Optical Rotatory Dispersion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
2.5
Molecular Modeling. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
Abstract
The conformational analysis of monosaccharides, disaccharides, and oligosaccharides is
reviewed. Conformational terms are introduced through examination of the conformations
of cyclohexane and cyclopentane then applied to the pyranose, furanose, and septanose
rings. Concepts such as the anomeric effect are discussed. Topics of current interest, such
as hydroxymethyl group and hydroxyl group rotation and disaccharide conformations are
summarized. Physical methods for studying conformation are outlined.
In: Glycoscience. Fraser-Reid B, Tatsuta K, Thiem J (eds)
Chapter-DOI 10-1007/978-3-540-30429-6_1: © Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2008