第十九章 碳水化合物( CARBOHYDRATES 第一节:概论 含义:元素组成C.HO 碳水化合物使是具有C和H2O组成的化合物,通式为Cn(H2O)n。但是符合 通式却不一定是糖类,例如: 葡萄糖:C6H12O6 C6(H2O)6 蔗糖 CHoo C12(H2O)11 鼠李糖:C6H12O C6(H2O) 乳酸 CHO C3(H2O)3 (CH3 CHOHCOOH) 这样碳水化合物这个名称就成为不确切的概念,但是沿用已久,所以大 家仍然用它来表征这一类重要的化合物,不过涵义已经起了变化,现在 所说的碳水化合物是指多羟基醛和多羟基酮以及它们的缩聚产物和衍生 物
第十九章 碳水化合物(CARBOHYDRATES) 第一节：概论 碳水化合物使是具有C和H2O组成的化合物，通式为Cn (H2O)m。但是符合 通式却不一定是糖类，例如： 一、含义：元素组成C. H. O 这样碳水化合物这个名称就成为不确切的概念，但是沿用已久，所以大 家仍然用它来表征这一类重要的化合物，不过涵义已经起了变化，现在 所说的碳水化合物是指多羟基醛和多羟基酮以及它们的缩聚产物和衍生 物。 葡萄糖: C6 H12 O6 C6 (H2 O) 6 蔗糖 : C12H22O11 C12 (H2O) 11 鼠李糖: C6 H12 O6 C6 (H2 O) 6 乳酸 : C3 H6 O3 C3 (H2 O) 3 (CH3 CHOHCOOH)
、重要性 存在方式:广泛存在于自然界中,是分布最广的一类天然产物 成 光合作用,叶绿素 6C0+6HO nC6H12O6+502 动物,呼吸作用 绿色植物能转化和贮存太阳能—-光合作用 糖类是人体三大营养要素之一,例如: 小麦,大米—~主要成分是淀粉 棉花,麻竹—主要成分是纤维素 其表达式为:(C6H1oO5)n+nH20 nC6H12O6(葡萄糖)
二、重要性 存在方式：广泛存在于自然界中，是分布最广的一类天然产物 合成： 绿色植物能转化和贮存太阳能 光合作用 糖类是人体三大营养要素之一，例如： 小麦，大米 主要 成分是淀粉 棉花，麻竹 主要成分是纤维素 其表达式为：(C6 H10 O5 )n + nH2 O nC6 H12 O6 (葡萄糖） 6CO2 + 6H2 O 光合作用，叶绿素 动物，呼吸作用 nC6 H12 O6 + 5O2
碳水化合物在人体内不能直接合成,只能直接吸收 碳水化合物的作用: 供作能源:能量主要是由糖类在降解代谢过程中提供的, 如:淀粉多糖在消化道中水解成葡萄糖,葡萄糖在细胞内 氧化,能提供大量的能量 (C6H0O)n+nH2O粉酶 n(C6H12O6) (葡萄糖 在细胞内氧化(O2+H2O+能量 lg葡萄糖在体内氧化能产生4千卡的热量,可使1000g的水 升高4℃,正常人体所需要的能量由糖供给60-70%,其它由 蛋白质和脂肪供给
碳水化合物在人体内不能直接合成，只能直接吸收 碳水化合物的作用： 1、供作能源：能量主要是由糖类在降解代谢过程中提供的， 如：淀粉多糖在消化道中水解成葡萄糖，葡萄糖在细胞内 氧化，能提供大量的能量 (C6 H10 O5 )n + nH2 O n(C6 H12 O6 ) CO2 + H2 O + 能量 淀 粉 酶 在 细 胞 内 氧 化 （ 葡 萄 糖 ） 1g葡萄糖在体内氧化能产生4千卡的热量，可使1000g的水 升高4℃ ，正常人体所需要的能量由糖供给60-70%，其它由 蛋白质和脂肪供给
2、对植物的作用 充当结构性物质,在植物中茎秆的主要成分是纤维素,是 起支柱作用的物质 、分类(按分子的大小) 单糖:最简单的糖,不能再水解的糖。如:葡萄糖,果糖 双塘:能水解成两个分子的单糖。如:遮糖,麦芽糖 多糖:能水解成多个分子的单糖。如:淀粉,纤维素 单糖是碳水化合物的基本结构单位,研究单糖的结构就是研 究碳水化合物的基础,所以首先要掌握葡萄糖的结构。 第一节,单糖( Monosaccharides) 单糖分醛糖和酮糖,常见的单糖有以下几种:
2、对植物的作用 充当结构性物质，在植物中茎秆的主要成分是纤维素，是 起支柱作用的物质。 三、分类（按分子的大小） 单糖：最简单的糖，不能再水解的糖。如：葡萄糖，果糖 双塘：能水解成两个分子的单糖。如：遮糖， 麦芽糖 多糖：能水解成多个分子的单糖。如：淀粉， 纤维素 单糖是碳水化合物的基本结构单位，研究单糖的结构就是研 究碳水化合物的基础，所以首先要掌握葡萄糖的结构。 第一节，单糖(Monosaccharides) 单糖分醛糖和酮糖, 常见的单糖有以下几种：
CH,OH CHO CHO CH2OH CHOH CH2OH CHOH =0 CHOH CH CHOH C=0 CHOH CHOH CHOH CHOHCHOH CHOH CHOH CHOH CHOH CHOH CH,OH CH2OH CH,OH CHOH CH,OH CH2OH CH2OH An aldose aldotetrose A ketose Aldopentose ketopentose ketohexose Aldohexose (甘油醛醣)(丁醛糖)(丁酮糖)(戊戈醛糖)(戊酮糖)(己酮糖)(已醛糖) 、葡萄糖的结构及有关反应 1、结构的推测:分子式:CH1206分子量为:180 ACH,0.5(CH2C+0过量 HoNOH BC2H1206 CsHlO(CHNOI
CHO CHOH CHOH CH2OH O CH CHOH CH2OH CH2OH C CHOH O CH2OH CH2OH C O CHOH CHOH CH2OH An aldose (甘油醛醣) A ketose (丁酮糖） aldotetrose (丁醛糖） ketopentose (戊酮糖） CHO CHOH CHOH CHOH CH2OH Aldopentose (戊醛糖） CHO CHOH CHOH CHOH CHOH CH2OH CH2 OH C O CHOH CHOH CHOH CH2OH (己酮糖) (己醛糖) ketohexose Aldohexose 一、葡萄糖的结构及有关反应 1、结构的推测： 分子式 ：C 分子量为 ：180 6 H12 O6 A B C2H12O6 C2H12O6 CH3 C O O 2 5 过量 H2NOH C5H11O5 (CHNOH)
C C2H12Ok Ag(NH3)2"oH 一C5H12O3COOH+Ag DC2H206NBH4己六醇 E C2H12O6 HI 正己烷 P 有醛基 HCN、Ⅲ,正庚酸 H2O 由此可推出它的结构中有五个羟基,一个醛基,其结构为 CHO HCOH CHO CHO OH IO△H HeCOH H+H=H<OH≡ HODCCH H OH HDCKOH H OH HOOH HCOH CH,OH CH,OH CH,OH
由此可推出它的结构中有五个羟基，一个醛基，其结构为： CHO H OH HO H H OH H OH CH2 OH CHO H C OH C C HO H C H OH H OH CH2 OH CHO HO H H OH H OH H OH CH2 OH C D E C2H12O6 C2H12O6 C2H12O6 Ag(NH3 ) 2 +OHC5H12O5 COOH + Ag NaBH4 HI 己六醇 正己烷 P HCN H2O HI 正庚酸 有醛基
2、确定C=O双键的位置。 通过与HCN的加成,水解和还原确定。 COOH HO CN COOH CH CH CH CHOH CHOH HCN CHOH H,O HI CH2 CHOH CH2OH CH2OH H CH CH,OH CHa CHOH CH2OH CH,OH CH2OH C=O HCN NC-C-OH CHOH CHO、HO、HO-C- COOH HI CH-COOH CHOH CH2 CHOH CHOH CH,OH 、单糖构型的确立 、相对构型(D和L,以甘油醛为标准
2、确定C=O双键的位置。 通过与HCN的加成，水解和还原确定。 O CH CHOH CH2 OH CH CHOH CH2OH COOH CHOH CHOH CH2 OH HO CN COOH CH2 CH2 CH2 HCN H2 O H + HI CH3 CH2 OH C CHOH O CH2 OH CH2OH C CHOH CH2OH CH2 OH CH CH2 CH3 HCN H2 O H + HI CH2 OH C CHOH OH CH2 OH NC HO COOH COOH 二、单糖构型的确立 1、相对构型(D和L)，以甘油醛为标准
COD(+)甘油醛 CHOL-(-)-甘油醛 OH HO H CHOO R(+)-甘油醛 CH2OHS+(甘油醛 单糖的构型以甘油醛为标准,最后一个手性碳与D(+)-甘油醛相同就是D 型糖,反之就是L型糖 COOH H-OH H,0 H-OH H-OH H-Oh H-十OH H-oH CHO CH,OH CH,OH CH,OH OH HCN D(-)-赤藓糖 CHOH D(什+)甘油醛 CN COoH HOH H20 20HO+ H Na-Hg、HO+H H-OH H-+OH H-Oh CH,OH CHOH CHOH D(+)苏阿糖
H * OH CHO CH2 OH HO * H CHO CH2 OH D-(+)-甘油醛 L-(-)-甘油醛 R-(+)-甘油醛 S-(-)-甘油醛 H * OH CHO CH2OH D-(+)-甘油醛 + HCN H OH CN H OH CH2OH H2 O H OH Na-Hg COOH H OH CH2OH H OH CHO H OH CH2OH HO H CN H OH CH2 OH H2 O HO H COOH H OH CH2 OH Na-Hg HO H CHO H OH CH2 OH D-(-)-赤藓糖 D-(+)-苏阿糖 单糖的构型以甘油醛为标准，最后一个手性碳与D-(+)-甘油醛相同就是D- 型糖，反之就是L-型糖
2、构型的标记和表示方法 CHO H-toh CHO CHO HO H H OH H OH CH,OH H-toh CH,OH CH,OH D(+)-甘油醛 D-(+)葡萄糖 R(+)-甘油醛 (2R,3S,4R,5R-2,3,4,5,6五羟基醛) 、单糖的反应( reaction of monosaccharides 与苯肼反应——生成糖脎( osazones) CHO CHEN-NH-Ph CHEN-NH-Ph CH=N-NH-Ph H-OH OH C=NNHPh PhNHNH HO→H 本m0+ HHNNHPh,ho十HINE+H HOAc H H H-OH HH OH OH H OH H-OH OH H-Oh CH,OH CH,OH CH,OH CH,OH
三、单糖的反应(reaction of Monosaccharides) 1、与苯肼反应——生成糖脎(osazones) H OH CHO HO H H OH CH2OH H OH H OH CH=N-NH-Ph HO H H OH CH2OH H OH PhNHNH2 HOAc H2NNHPh [O] H2NNHPh O CH=N-NH-Ph HO H H OH CH2OH H OH C=NNHPh CH=N-NH-Ph HO H H OH CH2OH H OH H * OH CHO CH2OH D-(+)-甘油醛 R-(+)-甘油醛 H OH CHO HO H H OH CH2OH H OH D-(+)-葡萄糖 (2R,3S,4R,5R-2,3,4,5,6五羟基醛) CHO CH2OH 2、构型的标记和表示方法
N—Ph CH=N-NH-Ph HC C=NNHPh H N HO H 分子内氢键作用使 H· OH OH 糖脎变成稳定的鳌 环,不易被继续氧 H OH OH 化 CH,OH CH,OH (黄色结晶) 生成糖脎的反应主要发生在C1和C2上 CHO CHO CHOH OH CH=N-NH-Ph 差向异构体HO+H C=NNHPh HO HO→H H OH H Ho-H H-OH H H OH H-OH OH CHOH CH,OH H-OH CH2OH CH,OH 同分异构体 3H.N-NHPh
分子内氢键作用使 糖脎变成稳定的鳌 环，不易被继续氧 化 生成糖脎的反应主要发生在C1和C2上 C=NNHPh CH=N-NH-Ph HO H H OH CH2OH H OH C HC HO H H OH CH2OH H OH N N N H Ph (黄色结晶） C=NNHPh CH=N-NH-Ph HO H H OH CH2OH H OH H OH CHO HO H H OH CH2OH H OH HO H CHO HO H H OH CH2OH H OH 差向 异构体 O CH2 OH HO H H OH CH2OH H OH 同分异构体 3H2 N-NHPh