有机化学精品课件 第十八章碳水化合物 10100011 o o110 x011 7 9010:00 B CH
第十八章 碳水化合物
第一节碳水化合物的涵义及分类 、碳水化合物的涵义 糖——多羟基醛和多羟基酮及其缩合物,或水解后能产生多羟基 醛、酮的一类有机化合物 因这类化合物都是由C、H、O三种元素组成,且都符合Cn(H2Om的 通式,所以称之为碳水化合物。例如 葡萄糖的分子式为C6H12O,可表示为C6(H2O)k, 蔗糖的分子式为C12H2O1,可表示为C12(H2O)1等。 但有的糖不符合碳水化合物的比例,例如:鼠李糖C5H12O5(甲基 糖);脱氧核糖CsHI0O4 有些化合物的组成符合碳水化合物的比例,但不是糖。例如甲酸 (CH2O)、乙酸(C2HO3)、乳酸(C3H6O3)等。因此,最好还 是叫做糖类较为合理, ZProfessorwangkangchengEmaIl:w518@sohu.com
第一节 碳水化合物的涵义及分类 一、碳水化合物的涵义 糖 —— 多羟基醛和多羟基酮及其缩合物，或水解后能产生多羟基 醛、酮的一类有机化合物。 因这类化合物都是由C、H、O三种元素组成，且都符合Cn(H2O)m的 通式，所以称之为碳水化合物。例如： 葡萄糖的分子式为C6H12O6，可表示为C6 (H2O)6， 蔗糖的分子式为C12H22O11，可表示为C12(H2O)11等。 但有的糖不符合碳水化合物的比例，例如：鼠李糖C5H12O5（甲基 糖）；脱氧核糖C5H10O4。 有些化合物的组成符合碳水化合物的比例，但不是糖。例如甲酸 （CH2O）、乙酸（C2H4O2）、乳酸（C3H6O3）等。因此，最好还 是叫做糖类较为合理
二、分类 根据其单元结构分为: 单糖——不能再水解的多羟基醛或多羟基酮 低聚糖——含2~10个单糖结构的缩合物。以二糖最为多见,如蔗糖 麦芽糖、乳糖等 多糖——含10个以上单糖结构的缩合物。如淀粉、纤维素等 ZProfessorwangkangchengEmaIl:w518@sohu.com
二、分类 根据其单元结构分为： 单糖 —— 不能再水解的多羟基醛或多羟基酮。 低聚糖——含2~10个单糖结构的缩合物。以二糖最为多见，如蔗糖、 麦芽糖、乳糖等。 多糖 ——含10个以上单糖结构的缩合物。如淀粉、纤维素等
存在与来源 糖类化合物广泛存在于自然界,是植物进行光合作用的产物。植物 在日光的作用下,在叶绿素催化下将空气中的二氧化碳和水转化成葡 萄糖,并放出氧气: 6CQ2+6Ho-光,cH2O+6O2 叶绿素 葡萄糖在植物体内还进一步结合生成多糖-—淀粉及纤维素。地球 上每年由绿色植物经光合作用合成的糖类物质达数千亿吨。它既是构 成掌握的组织基础,又是人类和动物赖以生存的物质基础,也为工业 提供如粮、棉麻、竹、木等众多的有机原料 我国物产丰富,许多特产均是含糖衍生物,具有特殊的药用功效, 有待我们去研究、开发。 ProfessorwangkangchengEmaiL:w518@sohu.com
三、存在与来源 糖类化合物广泛存在于自然界，是植物进行光合作用的产物。植物 在日光的作用下，在叶绿素催化下将空气中的二氧化碳和水转化成葡 萄糖，并放出氧气： 葡萄糖在植物体内还进一步结合生成多糖——淀粉及纤维素。地球 上每年由绿色植物经光合作用合成的糖类物质达数千亿吨。它既是构 成掌握的组织基础，又是人类和动物赖以生存的物质基础，也为工业 提供如粮、棉麻、竹、木等众多的有机原料。 我国物产丰富，许多特产均是含糖衍生物，具有特殊的药用功效， 有待我们去研究、开发。 6CO2 + 6H2O C6H12O6 + 6O2 叶绿素 日光
第二节单糖 、单糖的结构 (一)、单糖的构造式 葡萄糖、果糖等的结构已在上个世纪由被誉为“糖化学之父”的费歇 尔( Fischer)及哈沃斯( Haworth)等化学家的不懈努力而确定 实验证明,葡萄糖的分子式为C6H12O6,为2,3,4,5,6,-五羟 基己醛的基本结构。果糖为1,3,4,5,6,-五羟基己酮的基本结构。 其构造式如下 CH2-CH-CH-CH-CH-CHo CH2 -CH-CH-CH-C-CH2 OHOHOH OHOH OHOHOH OHO OH 葡萄糖 果糖 ZProfessorwangkangchengEmaIl:w518@sohu.com
第二节 单 糖 一、单糖的结构 （一）、单糖的构造式 葡萄糖、果糖等的结构已在上个世纪由被誉为“糖化学之父”的费歇 尔（Fischer）及哈沃斯（Haworth）等化学家的不懈努力而确定。 实验证明，葡萄糖的分子式为C6H12O6，为2，3，4，5，6，-五羟 基己醛的基本结构。果糖为1，3，4，5，6，-五羟基己酮的基本结构。 其构造式如下： CH2 CH CH CH CH CHO OH OH OH OH OH * * * * CH2 CH CH CH C CH2 OH OH OH OH O * * * OH 葡萄糖 果糖
(二)、单糖的构型 葡萄糖有四个手性碳原子,因此,它有24=-16个对映异构体。所以 测定糖的构造式是不够的,还必须确定它的构型 相对构型的确定 糖的相对构型(D系列和L系列)是以D-(+)甘油醛和L(-)甘油醛作为 标准,将其进行与糖类化合物有关联的一系列反应联系,得到相应 的糖类。这样糖类的相对构型也就可以确定了 ZProfessorwangkangchengEmaIl:w518@sohu.com
（二）、单糖的构型 葡萄糖有四个手性碳原子，因此，它有2 4=16个对映异构体。所以， 只测定糖的构造式是不够的，还必须确定它的构型。 1．相对构型的确定 糖的相对构型(D系列和L系列)是以D-(+)甘油醛和L-(-)甘油醛作为 标准，将其进行与糖类化合物有关联的一系列反应联系，得到相应 的糖类。这样糖类的相对构型也就可以确定了
19世纪末,20世纪初,费歇尔( E. Fischer)首先对糖进行了系统的 研究,确定了葡萄糖的结构。葡萄糖的构型如下 CHO CHO OH HO HoHH H H H OH HoHH OH HO CHOH CHOH D-(+)葡萄糖 L-(-)葡萄糖 十六个己醛糖都经合得到,其中十二个是费歇尔一个人取得的(于 1890年完成合成)。所以费歇尔被誉为“糖化学之父”。也因而获得了 1902年的诺贝尔化学奖。(38岁出成果,50岁获诺贝尔化学奖) ZProfessorwangkangchengEmaIl:w518@sohu.com
19世纪末，20世纪初，费歇尔（E•Fischer）首先对糖进行了系统的 研究，确定了葡萄糖的结构。葡萄糖的构型如下： 十六个己醛糖都经合得到，其中十二个是费歇尔一个人取得的（于 1890年完成合成）。所以费歇尔被誉为“糖化学之父”。也因而获得了 1902年的诺贝尔化学奖。（38岁出成果，50岁获诺贝尔化学奖） H CHO OH HO H H OH H OH CH2OH HO CHO H H OH HO H HO H CH2OH D-(+) 葡萄糖 L ( ) 葡萄糖
2.构型的标记和表示方法 (1)构型的标记 糖类的构型习惯用D/L名称进行标记。即编号最大的手性碳原子 上OH在右边的为D型,OH在左边的为L型。八个D型的己醛糖的名 称及构型见P581,另有八个L型异构体 (2)构型的表示方法 糖的构型一般用费歇尔式表示,但为了书写方便,也可以写成省 写式。其常见的几种表示方法为 CHO CHO △ H-OH OH HO-H H-OH CH2OH CH2OH CHoH ZProfessorwangkangchengEmaIl:w518@sohu.com
2．构型的标记和表示方法 （1）构型的标记 糖类的构型习惯用D / L名称进行标记。即编号最大的手性碳原子 上OH在右边的为D型，OH在左边的为L型。八个D型的己醛糖的名 称及构型见P581，另有八个L型异构体。 （2）构型的表示方法 糖的构型一般用费歇尔式表示，但为了书写方便，也可以写成省 写式。其常见的几种表示方法为： OH CH2OH OH HO OH CHO CH2OH CHO OH CH2OH H H OH HO H H OH CHO
另一种表示方法是用楔型线表示指向纸平面的键,虚线表示指向纸 平面后面的键。如D(+)葡萄糖可表示为 CHO H--C-OH H OC-H sc—CH2OH OH HD-C-OH 4C、 OH H CHO HD-C-OH OH C-C CH2OH H OH 应当注意的是:碳链上的几个碳原子并不在一条直线上,这可从分 子模型看出。把结构式横写更容易看出分子中各原子团之间的立体关 系 ZProfessorwangkangchengEmaIl:w518@sohu.com
另一种表示方法是用楔型线表示指向纸平面的键，虚线表示指向纸 平面后面的键。如D-(+)葡萄糖可表示为： 应当注意的是：碳链上的几个碳原子并不在一条直线上，这可从分 子模型看出。把结构式横写更容易看出分子中各原子团之间的立体关 系。 C C C C OH H OH OH H HO H H CH2OH CHO C C CH2OH H H OH C C OH CH H H OH O OH 1 2 3 4 5 6
(三)、单糖的环状结构 单糖的开链结构是由它的一些性质而推出来的,因此,开链结构能说明 单糖的许多化学性质,但开链结构不能解释单糖的所有性质,如 ①不与品红醛试剂反应、与 NaSO4反应非常迟缓(这说明单糖分子内无 典型的醛基)。 ②单糖只能与一分子醇生成缩醛(说明单糖是一个分子内半缩醛结构) ③变旋光现象,如: 葡萄糖晶体常温下用乙醇结晶而得(α型)髙温下用醋酸结晶而得(β型) 146℃ 150℃ 新配溶液的[a]D +112° +19° 新配溶液放置[α]D逐渐减少至52° [a]D逐渐增高至52° 变旋现象 由变旋现象说明,单糖并不是仅以开链式存在,还有其它的存在形式 1925~1930年,由X射线等现代物理方法证明,葡萄糖主要是以氧环式(环 状半缩醛结构)存在的。 ZnprOfessorwangkangchengEmaIl:W518@Sohu.com
（三）、单糖的环状结构 单糖的开链结构是由它的一些性质而推出来的，因此，开链结构能说明 单糖的许多化学性质，但开链结构不能解释单糖的所有性质，如： ① 不与品红醛试剂反应、与NaHSO4反应非常迟缓（这说明单糖分子内无 典型的醛基）。 ② 单糖只能与一分子醇生成缩醛（说明单糖是一个分子内半缩醛结构）。 ③ 变旋光现象，如： 葡萄糖晶体 常温下用乙醇结晶而得（α型） 高温下用醋酸结晶而得（β型） m.p 146℃ 150℃ 新配溶液的[α]D +112° +19° 新配溶液放置 [α]D 逐渐减少至52° [α]D 逐渐增高至52° 由变旋现象说明，单糖并不是仅以开链式存在，还有其它的存在形式。 1925~1930年，由X射线等现代物理方法证明，葡萄糖主要是以氧环式（环 状半缩醛结构）存在的。 变旋现象