2001-04-14

炭水化物

# 炭水化物の定義
# 母体となる単糖
  # 体系的炭水化物名
  # 配置接頭辞と基本アルドース
  # 複数の配置接頭辞を要する糖
  # ラセミ体
  # 番号付け
  # 母体名の選択
  # ケトースの慣用名
# 母体の選択
# 不飽和糖
  # 二重結合をもつ不飽和糖
  # sp炭素をもつ不飽和糖
# 分枝糖
# 参考文献
 炭水化物の配置接頭辞(別の文書)
 炭水化物の体系的名称(別の文書)
 慣用名をもつアルドースの誘導体(別の文書)
 アルジトール(別の文書)
 炭水化物の酸(別の文書)
 単糖の環状形とグリコシド(別の文書)
 単糖の誘導体(別の文書)

1 炭水化物の定義

IUPAC-IUBMB [2-Carb]

炭水化物carbohydrates)という一般名は、単糖オリゴ糖(少糖)、多糖の他、単糖からカルボニル基の還元(アルジトール)、末端基のカルボン酸への酸化、1つ以上のヒドロキシ基の水素原子・アミノ基・チオール基・類似のヘテロ原子基への置換によって誘導される物質を包括する。また、それらの物質の誘導体をも含む。

単糖monosaccharides)は、オリゴ糖 (oligosaccharides) や多糖(polysaccharides)と対照的なものであり、他の同様な単位とのグリコシド結合をもたない単位を指す。

母体となる単糖は、炭素原子3個以上を含み、一般式 H-[CHOH]n-CHO で表されるポリヒドロキシアルデヒド、または、 H-[CHOH]n-CO-[CHOH]m-H で表されるポリヒドロキシケトンである。

アルドース (aldoses)
アルデヒド性カルボニル基または潜在アルデヒド性カルボニル基を一つもつ単糖。
ケトース (ketoses)
ケトン性カルボニル基または潜在ケトン性カルボニル基を一つもつ単糖。
ジアルドース (dialdoses)
アルデヒド性カルボニル基または潜在アルデヒド性カルボニル基を二つもつ単糖。
ジケトース (diketoses)
ケトン性カルボニル基または潜在ケトン性カルボニル基を二つもつ単糖。
ケトアルドース (ketoaldoses)
アルデヒド性カルボニル基または潜在アルデヒド性カルボニル基を一つと、ケトン性カルボニル基または潜在ケトン性カルボニル基を一つもつ単糖。アルドケトース (aldoketoses) またはアルドスロース (aldosuloses) ともいうが、アルドースはケトースよりも優位なので、ケトアルドースというのがよい。

なお、カルボニル基について潜在(potential)とは、ヘミアセタールないしヘミケタール構造をもつ場合を考慮していっている。

CAS

炭水化物の立体母核は、多数のヒドロキシ基をもつカルボン酸、アルデヒド、ケトン、アルカンとそれらの誘導体を命名するのに用いられる。また、骨格炭素原子は5個以上であり、かつ、その半分を超える炭素原子が酸素(または他のカルコゲン)または窒素と結合しており、しかも、末端にない炭素原子の少なくとも半分が不斉であって、かつ、カルコゲン置換基からの結合は、少なくとも1本は、末端にない炭素原子への単結合でなければならない。

環状ヘミアセタール(環状ヘミケタールを含む。CASはケタールにも acetal の語を使う)であるときには、炭水化物の立体母核を使うには、アノマー炭素を含めて、少なくとも3個の不斉炭素原子をもっていなければならない。

2 母体となる単糖

糖と認められるのは、IUPAC-IUBMBでは炭素原子3個から、CASでは炭素原子5個からである。

体系的炭水化物名

母体となる炭水化物の体系的名称([2-Carb]での称。CASでは半体系的名称と称す)は、炭素原子数を表す倍数接頭辞と官能基を表す接尾辞を組み合わせてつくる。具体例は、炭水化物の体系的名称を参照のこと。なお、特に官能基が示されていない主鎖の炭素原子には、ヒドロキシ基が1個ずつ結合しているものとみなす。

炭水化物の接尾辞
総称 官能基 接尾辞
アルドース HOCH2〜CHO -ose
-オース
ジアルドース HCO〜CHO -odialdose
-オジアルドース
ケトース 〜CO〜 -ulose
-ウロース
ジケトース 〜CO〜CO〜 -odiulose
-オジウロース
ケトアルドース 〜CO〜CHO -os-ulose
-オース-ウロース
アルドン酸 HOCH2〜CO2H -onic acid
-オン酸
ウロン酸 HO2C〜CHO -uronic acid
-ウロン酸
アルダル酸 HO2C〜CO2H -aric acid
-アル酸
アルジトール HOCH2〜CH2OH -itol
-イトール
HOCH2-CHOH-CHOH-CHOH-CHOH-CHOH-CHO
heptose ヘプトース [2-Carb/CAS]
HCO-CHOH-CHOH-CHOH-CHO
pentodialdose ペントジアルドース [2-Carb/CAS]
HOCH2-CHOH-CHOH-CHOH-CO-CH2OH
hex-2-ulose ヘキソ-2-ウロース [2-Carb]
2-hexulose 2-ヘキスロース [CAS]
※hex-2-ulose の字訳は、字訳規準の通りには ヘキス-2-ウロースであるが、but-2-ene ブタ-2-エンのような場合と同様に母音を補ったほうが意味が取りやすいと思われる。補う母音は、ア(cf. buta-diene ブタ-ジエン)ではなく、オ(cf. hexo-diulose ヘキソ-ジウロース)にしてみた。
HOCH2-CO-CHOH-CHOH-CO-CH2OH
hexo-2,6-diulose ヘキソ-2,6-ジウロース [2-Carb]
2,6-hexodiulose 2,6-ヘキソジウロース [CAS]
HOCH2-CHOH-CHOH-CHOH-CO-CHO
hexos-2-ulose ヘキソース-2-ウロース [2-Carb/CAS]
2-hexosulose 2-ヘキソスロース [Carb]
[Carb]では -osuloseが1つの語尾であった。これではケトアルドースの環状形の命名に難があるので、[2-Carb]では [CAS]と同じように、アルデヒド部分の -os- と ケトン部分の -ulose が独立して扱えるようになった。

アルドン酸・ウロン酸・アルダル酸アルジトールの命名例はリンク先を参照せよ。

アルドースの慣用名(後述)から誘導される名称は慣用名をもつアルドースの誘導体を参照せよ。

配置接頭辞と基本アルドース

炭水化物の配置接頭辞(configurational prefix)はアルドースの慣用名に基づいて作られており、イタリック体で示される(それゆえ、索引配列のABC順には無関係である)。これらは半体系的炭水化物命名法に用いられ、>CHOH, >CHOMe, >CHNH2 などの不斉炭素原子1個から4個(これらの不斉炭素原子の間に不斉でない炭素原子があってもよい)のD, L の相対配置を表現する。

配置接頭辞に配置記号(configurational symbol [IUPAC] / configurational descriptor [CAS])を加えることによって絶対配置を表現する。配置記号はD-またはL-であり、位置番号が最大の炭素原子における配置を特定する。

炭水化物の配置接頭辞と基本的なアルドース
炭素原子数 配置接頭辞 アルドースの慣用名
3 glycero Glyceraldehyde [2-Carb]
グリセルアルデヒド
4 erythro Erythrose [2-Carb]
エリトロース
threo Threose [2-Carb]
トレオース
5 ribo Ribose [2-Carb/CAS]
リボース
arabino Arabinose [2-Carb/CAS]
アラビノース
xylo Xylose [2-Carb/CAS]
キシロース
lyxo Lyxose [2-Carb/CAS]
リキソース
6 allo Allose [2-Carb/CAS]
アロース
altro Altrose [2-Carb/CAS]
アルトロース
gluco Glucose [2-Carb/CAS]
グルコース
manno Mannose [2-Carb/CAS]
マンノース
gulo Gulose [2-Carb/CAS]
グロース
ido Idose [2-Carb/CAS]
イドース
galacto Galactose [2-Carb/CAS]
ガラクトース
talo Talose [2-Carb/CAS]
タロース

不斉中心1個には、D-glycero-でD-配置を、L-glycero-で L-配置を表現する。その他の接頭辞は、リンク先を参照。

複数の配置接頭辞を要する糖

不斉中心が5個以上ある場合は、位置番号の小さい端から4個ずつ区切り、位置番号の大きいほうから配置接頭辞を並べる。

   CHO 
   |   
HO―C―H 
   |   
 H―C―OH
   |   
 H―C―OH
   |   
HO―C―H 
   |   
HO―C―H 
   |   
 H―C―OH
   |   
   CH2OH
D-threo-L-galacto-Octose [2-Carb/CAS]
D-threo-L-galacto-オクトース
※2-5位の配置に相当するのがL-galactoで、6,7位に相当するのがD-threoである。

ケトン性カルボニル基や(デオキシ糖において)メチレン基が主鎖にある場合は、配置接頭辞を決める時には無視する。旧版 [Carb] のようにカルボニル基やメチレン基ごとに主鎖を区切ってそれぞれに配置接頭辞を割り当てることは、もはや認めない。

   CH2OH
   |   
HO―C―H 
   |   
   C=O 
   |   
 H―C―OH
   |   
   CH2 
   |   
 H―C―OH
   |   
   CH2OH
5-Deoxy-D-arabino-hept-3-ulose [2-Carb]
5-デオキシ-D-arabino-ヘプト-3-ウロース
5-Deoxy-D-arabino-3-heptulose [CAS]
5-デオキシ-D-arabino-3-ヘプツロース
5-Deoxy-D-glycero-D-glycero-L-glycero-3-heptulose [Carb]
5-デオキシ-D-glycero-D-glycero-L-glycero-3-ヘプツロース

ラセミ体

ラセミ体は配置記号 DL- によって表現する。IUPAC-IUBMBでは、光学的表示 (±)- を用いてもよい。

   CHO       CHO 
   |         |   
 H―C―OH   HO―C―H 
   |         |   
HO―C―H     H―C―OH
   |    +    |    (1:1)
 H―C―OH   HO―C―H 
   |         |   
 H―C―OH   HO―C―H 
   |         |   
   CH2OH      CH2OH
DL-Glucose DL-グルコース [IUPAC-IUBMB/CAS]
(±)-Glucose (±)-グルコース [IUPAC-IUBMB]

番号付け

単糖の番号付けは、次のように行う。

  1. アルデヒド基または潜在アルデヒド基があればそれを1位とする(ウロン酸のように優位な官能基があったとしてさえ)。
  2. 優先順位の高い官能基の位置番号を小さくする。すなわちカルボン酸(または誘導体)はケトン性カルボニル基(潜在的なものを含む)より位置番号を小さくする。
  3. 配置接頭辞またはそれと同等な慣用名がアルファベット順で早くなるようにする。
  4. 配置記号が L より D になるようにする。
  5. アノマー記号。αはβより順位が高い。

母体名の選択

すべての不斉中心が立体化学的に変化がない場合、慣用名が認められているなら、炭水化物の体系的名称より優先して用いる(詳しくは慣用名をもつアルドースの誘導体を参照せよ。)。例えば、D-Glucose D-グルコース(慣用名)は好ましい名称であり、D-gluco-Hexose D-gluco-ヘキソース(体系名)は好ましくない。ただし、ジアルドースの名称は、慣用名から誘導せず、体系的名称を用いる。

   CHO 
   |   
 H―C―OH
   |   
HO―C―H 
   |   
 H―C―OH
   |   
 H―C―OH
   |   
   CHO 
D-gluco-Hexodialdose [IUPAC-IUBMB/CAS]
D-gluco-ヘキソジアルドース
D-Glucodialdose D-グルコジアルドースではない。

ケトースの慣用名

炭素原子6個を含むケトースには以下の慣用名が使われる。絶対配置を表すには、配置記号 DL を用いる。

HOCH2-CHOH-CHOH-CHOH-CO-CH2OH
Psicose プシコース [IUPAC-IUBMB/CAS]ribo-配置)
Fructose フルクトース [IUPAC-IUBMB/CAS]arabino-配置)
Sorbose ソルボース [IUPAC-IUBMB/CAS]xylo-配置)
Tagatose タガトース [IUPAC-IUBMB/CAS]lyxo-配置)

3 母体の選択

  1. 有機化学における官能基の優先順位に従う。すなわち、アルダル酸>ウロン酸・ケトアルドン酸・アルドン酸>ジアルドース>ケトアルドース・アルドース>ジケトース>ケトースの順。
  2. 炭素原子数が多いもの。例えば、ヘプトースはヘキソースより順位が高い。
  3. 次のものがアルファベット順で早いほう。
    1. 配置接頭辞またはそれと同等な慣用名。Allose は Glucose より、glucogulo より順位が高い。
    2. 配置記号。DL より順位が高い。
    3. アノマー記号。αはβより順位が高い。
  4. 置換基が最多の母体。多価基の置換(例えば 2,3-O-methylene)は、この場合には複数の置換とみなす。
  5. 置換基接頭辞の位置番号が最小なもの。
  6. 最初に示される置換基接頭辞の位置番号が最小なもの。

IUPAC-IUBMBでは、母体は次の規則を順に適用して、最も優先順位の高い部分を母体とする。
しかし、炭水化物命名法を有効に利用できるように、官能基の優先順位を厳密には適用しないこともときには許される。例えば、カルボキシメチル基置換の糖は、(酢酸ではなく糖部分を母体として)そのように命名してよい。

2-O-(Carboxymethyl)-β-D-glucopyranose [IUPAC-IUBMB/CAS]
2-O-(カルボキシメチル)-β-D-グルコピラノース
(β-D-Glucopyranos-2-O-yl)acetic acid [IUPAC-IUBMB]
(β-D-グルコピラノース-2-O-イル)酢酸
[IUPAC-IUBMB]では、グリコシル基とは異なる位置から結合が出ている置換基を、糖の名称に接尾辞 -yl を添えて命名することも許される。位置番号を省略してはいけない(グリコシル基と区別がつかなくなる)。

CASでは、母体は次のように決める。開環形は立体母核を母体とする。順位の高い官能基があっても置換基や修飾句で表現する。
環状糖の誘導体は、グリコシル基が糖として(β-D-glucopyranosyl β-D-グルコピラノシルのような通常の基名を用いて)表現できる限り、立体母核であるかないかに拘らず官能基の優先性で決める。この場合、糖残基は、非グリコシド性ケトンやアルデヒドなどのより優先性の高い官能基が含まれていない限り、多価アルコールとみなされる。
立体母核が複数あれば、官能基の優先順位に従う。

4 不飽和糖

二重結合をもつ不飽和糖

骨格に二重結合をもつ糖は、炭素原子数を表す倍数接頭辞の後に、不飽和を表す語尾 -en- を挿入して命名する(二重結合をもつ炭水化物の体系的名称を参照)。この結果、形式的には -C(OH)=C(OH)- というエンジオール形になる。ヒドロキシ基がない誘導体なら、デオキシ糖と同様に接頭辞 deoxy を用いて余分なヒドロキシ基を除く(エーテルやアセタールなどになることもあるし、アスコルビン酸はエンジオール形が安定であるしということで、deoxy操作が必要でない誘導体ももちろんある)。

   CHO  
   |    
 H―C―OH 
   |    
   C―OH 
   ||    
   C―OH 
   |    
 H―C―OH 
   |    
   CH2OH
D-erythro-Hex-3-enose [2-Carb/CAS]
D-erythro-ヘキサ-3-エノース
※二重結合の幾何異性を示す必要があれば、通常通り、EZで表示する。しかし環を形成していて、表示の必要がないことも不飽和糖には多い。
Ph―C――┐ 
   ||  | 
 E―C  |    E:EtO2C―
   |  O 
   CH | 
   ||  | 
   C――┘ 
   |    
HO―C―H  
   |    
 H―C―OH 
   |    
 H―C―OH 
   |    
   CH2OH
1,4-Anhydro-2,3-dideoxy-2-(ethoxycarbonyl)-1-C-phenyl-D-arabino-octa-1,3-dienitol [2-Carb/CAS]
1,4-アンヒドロ-2,3-ジデオキシ-2-(エトキシカルボニル)-1-C-フェニル-D-arabino-オクタ-1,3-ジエニトール
※図が見にくいので判りにくいかもしれないが、C-1からC-4はフラン環を形成している。接頭辞 anhydro アンヒドロについては、分子内エーテルを参照せよ。

不飽和の位置番号は、選択規則に従って配置記号や配置接頭辞を決めたあとに決める。不飽和の位置番号は、-en- の前に置く。配置接頭辞と語幹の間ではない。

1,2,3,4-Tetra-O-acetyl-2,6-anhydro-D-arabino-hex-5-enitol [2-Carb]
1,2,3,4-テトラ-O-アセチル-2,6-アンヒドロ-D-arabino-ヘキサ-5-エニトール
2,6-Anhydro-D-arabino-hex-5-enitol tetraacetate [CAS]
2,6-アンヒドロ-D-arabino-ヘキサ-5-エニトール=テトラアセタート
※1,5-anhydro-L-lyxo-hex-1-enitol 1,5-アンヒドロ-L-lyxo-ヘキサ-1-エニトールの誘導体とはしない。arabino は lyxo よりアルファベット順で早い。

sp炭素をもつ不飽和糖

三重結合や集積二重結合を含む糖は、IUPAC-IUBMBでは -yn- や -dien- を用いて命名してよい(三重結合をもつ炭水化物の体系的名称を参照)。不飽和結合の位置番号は、-yn- や -dien- の前に置く。配置接頭辞と語幹の間ではない。

またこれらを飽和な糖を母体として、脱水素を表す接頭辞 dehydroで表してもよい。このとき、deoxy操作が dehydro操作より先に行われるものとして扱う。

3-O-Benzyl-5,6-dideoxy-1,2-O-isopropylidene-α-D-xylo-hex-5-ynofuranose [2-Carb]
3-O-ベンジル-5,6-ジデオキシ-1,2-O-イソプロピリデン-α-D-xylo-ヘキサ-5-イノフラノース
3-O-Benzyl-5,5,6,6-tetradehydro-5,6-dideoxy-1,2-O-isopropylidene-α-D-xylo-hexofuranose [2-Carb]
3-O-ベンジル-5,5,6,6-テトラデヒドロ-5,6-ジデオキシ-1,2-O-イソプロピリデン-α-D-xylo-ヘキソフラノース
5,5,6,6-Tetradehydro-5,6-dideoxy-1,2-O-(1-methylethylidene)-3-O-(phenylmethyl)-α-D-xylo-hexofuranose [CAS]
5,5,6,6-テトラデヒドロ-5,6-ジデオキシ-1,2-O-(1-メチルエチリデン)-3-O-(フェニルメチル)-α-D-xylo-ヘキソフラノース

CASでは -yn- は使えない。なぜなら三重結合があれば、末端炭素原子を除いては、置換基は置けない(そもそも元の水素原子がない)が、deoxyは分離接頭辞なので見出しの母体が仮想的にすらあり得ない構造になるからである。

   CHO  
   |    
 H―C―OH 
   |    
 H―C―OH 
   |    
   C―OH 
   |||    
   C    
   |    
   OH
D-erythro-Pent-4-ynose(構造が誤り。C-4が五価)
D-erythro-ペンタ-4-イノース

そこで、次のようにしなければならない。-yn- を使うと接頭辞の分離・非分離の区別があいまいになるような気がしないでもないが、判りやすいということで [2-Carb] に採用されたのだろうか?

   CHO  
   |    
 H―C―OH 
   |    
 H―C―OH 
   |    
   C    
   |||    
   C    
   |    
   OH
4-Deoxy-D-erythro-pent-4-ynose [2-Carb]
4-デオキシ-D-erythro-ペンタ-4-イノース
4,4,5,5-Tetradehydro-4-deoxy-D-erythro-pentose [2-Carb/CAS]
4,4,5,5-テトラデヒドロ-4-デオキシ-D-erythro-ペントース
D-erythro-Pentose, 4,4,5,5-tetradehydro-4-deoxy- [CAS倒置名]
D-erythro-ペントース、4,4,5,5-テトラデヒドロ-4-デオキシ-

5 分枝糖

分枝糖は、C-置換単糖として命名する。母体糖は、選択規則に従って決める。IUPAC-IUBMBでは、分枝部分の立体配置を配置接頭辞で表してもよい(一般的にはRS表示のほうが好ましい)。

   CHO  
   |    
 H―C―OH 
   |    
   CH2   
   |    
 R―C―OH  R:MeCH(OH)―
   |         (R)
HO―C―H  
   |    
   CH2   
   |    
 H―C―OH 
   |    
 H―C―OH 
   |    
 H―C―OH 
   |    
   Me   
3,6,10-Trideoxy-4-C-[(R)-1-hydroxyethyl]-D-erythro-D-gulo-decose [2-Carb]
3,6,10-トリデオキシ-4-C-[(R)-1-ヒドロキシエチル]-D-erythro-D-gulo-デコース
3,6,10-Trideoxy-4-C-(D-glycero-1-hydroxyethyl)-D-erythro-D-gulo-decose [2-Carb]
3,6,10-トリデオキシ-4-C-(D-glycero-1-ヒドロキシエチル)-D-erythro-D-gulo-デコース
(R)-3,6,10-Trideoxy-4-C-(1-hydroxyethyl)-D-erythro-D-gulo-decose [CAS]
(R)-3,6,10-トリデオキシ-4-C-(1-ヒドロキシエチル)-D-erythro-D-gulo-デコース

分枝糖の環状形は、環を形成している部分を優先して母体鎖を選ぶ(下の例は、上の鎖状形と配置が同じ糖の環状形である。環部分を優先するため短い鎖を母体に選んでいる)。

3,6-Dideoxy-4-C-(D-altro-1,3,4,5-tetrahydroxyhexyl)-α-D-xylo-hexopyranose [2-Carb]
3,6-ジデオキシ-4-C-(D-altro-1,3,4,5-テトラヒドロキシヘキシル)-α-D-xylo-ヘキソピラノース
3,6-Dideoxy-4-C-[(1S)-2,6-dideoxy-D-ribo-hexitol-1-C-yl]-α-D-xylo-hexopyranose [2-Carb]
3,6-ジデオキシ-4-C-[(1S)-2,6-ジデオキシ-D-ribo-ヘキシトール-1-C-イル]-α-D-xylo-ヘキソピラノース
[4(1S)]-3,6-Dideoxy-4-C-(2,6-dideoxy-D-ribo-hexitol-1-C-yl)-α-D-xylo-hexopyranose [CAS]
[4(1S)]-3,6-ジデオキシ-4-C-(2,6-ジデオキシ-D-ribo-ヘキシトール-1-C-イル)-α-D-xylo-ヘキソピラノース
※長い分枝部分には、アルジトールから誘導した基を用いることができるが、この場合、1位の配置は配置接頭辞に含まれない(アルジトール自体、1位は CH2OH であるから不斉でない)ことに注意。そこは R S表示で示す必要がある。

慣用名をもつ分枝糖

鎖に枝分かれがある単糖としては次の分枝糖の慣用名が、IUPAC-IUBMBとCASに共通して用いられる。絶対配置を表すには、配置記号 DL を用いる。

(HOCH2)2C(OH)-CHOH-CHO
Apiose アピオース [2-Carb/CAS]

アピオースの環状形は、閉環したときに C-3 が新たに不斉になるので、IUPAC-IUBMBでは体系的に命名することを勧める。CASはC-3の配置を表すために、更に配置記号を添える。アノマー記号 α,βは、C-3とC-1の配置の関係を示す。

3-C-(Hydroxymethyl)-β-D-erythrofuranose [2-Carb]
3-C-(ヒドロキシメチル)-β-D-エリトロフラノース
D-Apio-β-D-furanose [CAS]
D-アピオ-β-D-フラノース
3-C-(Hydroxymethyl)-β-L-threofuranose [2-Carb]
3-C-(ヒドロキシメチル)-β-L-トレオフラノース
D-Apio-β-L-furanose [CAS]
D-アピオ-β-L-フラノース

参考文献

  1. IUPAC-IUBMB JCBN, Nomenclature of Carbohydrates. Pure Appl. Chem., 68, 1919-2008 (1996). [2-Carb]
  2. IUPAC-IUB CBN, Tentative Rules for Carbohydrate Nomenclature, Part I. Biochemistry, 10, 3983-4004 (1969). [Carb]
  3. IUPAC-IUBMB JCBN, Nomenclature of Unsaturated Monosaccharides. Pure Appl. Chem., 54, 207-210 (1982).
  4. IUPAC-IUBMB JCBN, Nomenclature of Branched-Chain Monosaccharides. Pure Appl. Chem., 54, 211-215 (1982).
  5. CAS. Chemical Abstracts, Index Guide, 1992. Appendix IV, ¶208.
  6. 日本化学会化合物命名小委員会、化合物命名法、補訂7版 (2000).

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