《基础化学》课程教学资源（教案讲义）二糖和多糖

二糖和多糖 二糖 低聚糖中最简单又最重要的一类是二糖。二糖是能水解生成两分子单糖的化 合物，这两分子单糖可以相同也可以不同。从结构上看，二糖是一种特殊的糖苷， 连接两个单糖的苷键可以是一分子单糖的苷羟基与另一分子单糖的醇羟基脱水， 也可以是两分子单糖都用苷羟基脱水而成，二糖分子中是否保留有苷羟基，在其 性质上有很大差别， 常见的二糖有麦芽糖、乳糖和蔗糖，它们的分子式均为C12H2O1,均有甜 味，广泛存在于自然界。 一、麦芽糖 麦芽中含有淀粉酶，它可催化淀粉水解生成麦芽糖，麦芽糖也因此而得名。 在人体中，麦芽糖是淀粉水解的中间产物。淀粉在稀酸中部分水解时，也可得到 麦芽糖。 麦芽糖是由一分子Q-D-吡喃葡萄糖C上的苷羟基与另一分子D-吡喃葡萄 糖C4上的醇羟基脱水，通过α-1,4-苷键连接而成的糖苷。 CHOH r14#健H,OH H -0H H 0 8H H OH aD-毗响葡萄糖 D-吡喃葡萄糖(@~型或B-型) 麦芽糖分子中还保留着一个苷羟基，所以仍有α-型和B型两种异构体，并 且在水溶液中可以通过链状结构相互转变。这一结构特点决定了麦芽糖仍保持单 糖的一般化学性质，如具有变旋光现象和还原性，是还原性二糖：也可以生成糖 脎和糖苷。 麦芽糖是右旋糖，易溶于水，在酸或酶的作用下可水解生成两分子葡萄糖。 麦芽糖是饴糖的主要成分，甜度约为蔗糖的70%，常用作营养剂和细菌培养基。 二、乳糖 乳糖存在于哺乳动物的乳汁中，牛乳中含4%~5%，人的乳汁中含7%~8%

二糖和多糖 二糖 低聚糖中最简单又最重要的一类是二糖。二糖是能水解生成两分子单糖的化 合物，这两分子单糖可以相同也可以不同。从结构上看，二糖是一种特殊的糖苷， 连接两个单糖的苷键可以是一分子单糖的苷羟基与另一分子单糖的醇羟基脱水， 也可以是两分子单糖都用苷羟基脱水而成，二糖分子中是否保留有苷羟基，在其 性质上有很大差别。 常见的二糖有麦芽糖、乳糖和蔗糖，它们的分子式均为 C12H22O11，均有甜 味，广泛存在于自然界。 一、麦芽糖 麦芽中含有淀粉酶，它可催化淀粉水解生成麦芽糖，麦芽糖也因此而得名。 在人体中，麦芽糖是淀粉水解的中间产物。淀粉在稀酸中部分水解时，也可得到 麦芽糖。 麦芽糖是由一分子 α-D-吡喃葡萄糖 C1 上的苷羟基与另一分子 D-吡喃葡萄 糖 C4 上的醇羟基脱水，通过 α-1,4-苷键连接而成的糖苷。 H OH H H H OH OH CH2OH H O H H H OH OH CH2OH H O 1 3 2 4 5 6 1 3 2 4 5 6 O -1,4-苷键 ～OH α -D-吡喃葡萄糖 D-吡喃葡萄糖（α-型或β -型） 麦芽糖分子中还保留着一个苷羟基，所以仍有 α-型和 β-型两种异构体，并 且在水溶液中可以通过链状结构相互转变。这一结构特点决定了麦芽糖仍保持单 糖的一般化学性质，如具有变旋光现象和还原性，是还原性二糖；也可以生成糖 脎和糖苷。 麦芽糖是右旋糖，易溶于水，在酸或酶的作用下可水解生成两分子葡萄糖。 麦芽糖是饴糖的主要成分，甜度约为蔗糖的 70％，常用作营养剂和细菌培养基。 二、乳 糖 乳糖存在于哺乳动物的乳汁中，牛乳中含 4％～5％，人的乳汁中含 7％～8％

牛奶变酸是因为其中所含乳糖变成了乳酸的缘故。 乳糖是由一分子阝-D-吡喃半乳糖C1上的苷羟基与另一分子D-吡喃葡萄糖 C4上的醇羟基脱水，通过B1,4-苷键连接而成的糖苷。 总oHB-14苷键oH OH -0 8H入 o 1 品 BD吡喃半乳糖D一t喇葡萄糖(@-型或B型) 由于乳糖分子中也保留了一个苷羟基，因此它也有变旋光现象，具有单糖的 一般化学性质，是还原性二糖。 乳糖也是右旋糖，没有吸湿性，微甜，可溶于水，在酸或酶的作用下可水解 生成半乳糖和葡萄糖。它是婴儿发育必需的营养物质，可从制取乳酪的副产物乳 清中获得，在医药上常用作散剂、片剂的填充剂。 三、蔗糖 蔗糖是自然界分布最广的二糖，尤其在甘蔗和甜菜中含量最丰富，所以蔗糖 又有甜菜糖之称。普通食用的白糖就是蔗糖。 蔗糖是由一分子a-D-吡喃葡萄糖C1上的苷羟基与另一分子B-D-呋喃果糖 的C2上的苷羟基脱水，通过a-1,2-苷键（他可称为B-2,1-苷键）连接而成的糖苷。 CH-OH 人a HOCHH 8加H OH 1_o☐日H0/H,oH 6 OH α-D-吡喃葡萄糖1,2苷键6D-呋晴果糖 由于蔗糖分子结构中已没有苷羟基，在水溶液中不能互变异构化为开链结构， 所以蔗糖没有变旋光现象，不能成脎，也没有还原性，是非还原性二糖。 蔗糖在酸或酶的作用下可水解生成果糖和葡萄糖的等量混合物。 C2H01+H,0本解CsH20s+C6H,06 蔗糖 D葡萄糖D-果糖 [a1+6,7° t52.7° -92° -19.7°

牛奶变酸是因为其中所含乳糖变成了乳酸的缘故。 乳糖是由一分子 β-D-吡喃半乳糖 C1 上的苷羟基与另一分子 D-吡喃葡萄糖 C4 上的醇羟基脱水，通过 β-1,4-苷键连接而成的糖苷。 ～OH OH H H H H OH OH CH2OH H O H H H OH OH CH2OH H O 1 3 2 4 5 6 1 3 2 4 5 6 O β－1,4－苷键 β-D- 吡喃半乳糖 D－吡喃葡萄糖(-型或 -型） 由于乳糖分子中也保留了一个苷羟基，因此它也有变旋光现象，具有单糖的 一般化学性质，是还原性二糖。 乳糖也是右旋糖，没有吸湿性，微甜，可溶于水，在酸或酶的作用下可水解 生成半乳糖和葡萄糖。它是婴儿发育必需的营养物质，可从制取乳酪的副产物乳 清中获得，在医药上常用作散剂、片剂的填充剂。 三、蔗 糖 蔗糖是自然界分布最广的二糖，尤其在甘蔗和甜菜中含量最丰富，所以蔗糖 又有甜菜糖之称。普通食用的白糖就是蔗糖。 蔗糖是由一分子 α-D-吡喃葡萄糖 C1 上的苷羟基与另一分子 β-D-呋喃果糖 的C2上的苷羟基脱水，通过α-1,2-苷键(也可称为β-2,1-苷键)连接而成的糖苷。 -D-吡喃葡萄糖 1,2-苷键 -D-呋喃果糖 H OH H H H OH OH CH2OH H O 1 2 3 4 5 6 O O CH2OH H H HO OH H 1 2 3 4 5 6 HOCH2 由于蔗糖分子结构中已没有苷羟基，在水溶液中不能互变异构化为开链结构， 所以蔗糖没有变旋光现象，不能成脎，也没有还原性，是非还原性二糖。 蔗糖在酸或酶的作用下可水解生成果糖和葡萄糖的等量混合物。 [α] 20 D 蔗糖 D-葡萄糖 D-果糖 19.7° C12H22O11+ H2O C6H12O6 + C6H12O6 水解 +66.7° +52.7° -92°

蔗糖是右旋糖。蜂蜜的主要成分是转化糖。蔗糖水解前后旋光性的转化，是 由于水解产物中果糖的左旋强度大于葡萄糖的右旋强度所致。 蔗糖是白色晶体，溶于水而难溶于乙醇，甜味仅次于果糖。它富有营养，主 要供食用，在医药上常用作矫味剂和配制糖浆。 多糖 多糖是能水解生成许多（几百、几千甚至上万个）单糖分子的一类天然高分子 化合物。由相同的单糖组成的多糖称为均多糖（或同多糖），例如淀粉、糖原和纤 维素，他们都是由葡萄糖组成的，可用通式(CH1oO)n表示。由不同单糖组成的 多糖称为杂多糖，例如阿拉伯胶是由半乳糖和阿拉伯糖组成的。 多糖的结构单位是单糖，相邻结构单位之间以苷键相连接，常见的苷键有 a-1,4-苷键、阝-1,4-苷键和a-1,6-苷键三种。 在多糖分子中保留了苷羟基的单糖单位极少，所以其性质与单糖和二糖有较 大差别。多糖没有甜味，一般为无定形粉末，大多不溶于水，个别能与水形成胶 体溶液，没有变旋光现象和还原性，不能生成糖脎。多糖属于糖苷类，在酸或酶 催化下也可以水解，生成分子量较小的多糖直到二糖，最终完全水解成单糖。 一、淀粉 淀粉是植物体中贮存的养分，广泛存在于植物的种子和块茎中，如大米含 75%~85%,小麦含60%~65%，玉米约含65%，马铃薯约含20%。淀粉是人 类的主要食物，也是酿酒、制醋和制造葡萄糖的原料，在制药上常用作赋形剂。 淀粉是无臭、无味的白色粉末。用热水处理可将淀粉分离为两部分，可溶性 部分为直链淀粉，不溶而膨胀成糊状的部分为支链淀粉。 两类淀粉都能在酸或酶的作用下逐步水解，生成较小分子的多糖（糊精），最 终产物是D葡萄糖。其水解过程大致为： (C6HoOh→(C6 HioOs)→C2H2O1→C6H06 淀粉→紫糊精→红糊精一无色糊精→麦芽糖→葡萄糖 两类淀粉的结构单位都是D-葡萄糖，但在结构和性质上有一定区别。天然 淀粉是直链淀粉和支链淀粉的混合物，两者比例因植物品种不同而异。 (一)直链淀粉

蔗糖是右旋糖。蜂蜜的主要成分是转化糖。蔗糖水解前后旋光性的转化，是 由于水解产物中果糖的左旋强度大于葡萄糖的右旋强度所致。 蔗糖是白色晶体，溶于水而难溶于乙醇，甜味仅次于果糖。它富有营养，主 要供食用，在医药上常用作矫味剂和配制糖浆。 多 糖 多糖是能水解生成许多(几百、几千甚至上万个)单糖分子的一类天然高分子 化合物。由相同的单糖组成的多糖称为均多糖(或同多糖)，例如淀粉、糖原和纤 维素，他们都是由葡萄糖组成的，可用通式(C6H10O5) n 表示。由不同单糖组成的 多糖称为杂多糖，例如阿拉伯胶是由半乳糖和阿拉伯糖组成的。 多糖的结构单位是单糖，相邻结构单位之间以苷键相连接，常见的苷键有 α-1,4-苷键、β-1,4-苷键和 α-1,6-苷键三种。 在多糖分子中保留了苷羟基的单糖单位极少，所以其性质与单糖和二糖有较 大差别。多糖没有甜味，一般为无定形粉末，大多不溶于水，个别能与水形成胶 体溶液，没有变旋光现象和还原性，不能生成糖脎。多糖属于糖苷类，在酸或酶 催化下也可以水解，生成分子量较小的多糖直到二糖，最终完全水解成单糖。 一、淀 粉 淀粉是植物体中贮存的养分，广泛存在于植物的种子和块茎中，如大米含 75％～85％，小麦含 60％～65％，玉米约含 65％，马铃薯约含 20％。淀粉是人 类的主要食物，也是酿酒、制醋和制造葡萄糖的原料，在制药上常用作赋形剂。 淀粉是无臭、无味的白色粉末。用热水处理可将淀粉分离为两部分，可溶性 部分为直链淀粉，不溶而膨胀成糊状的部分为支链淀粉。 两类淀粉都能在酸或酶的作用下逐步水解，生成较小分子的多糖(糊精)，最 终产物是 D-葡萄糖。其水解过程大致为： (C6H10O5)n (C6H10O5)n-x C12H22O11 → C6H12O6 淀粉 →紫糊精→红糊精→无色糊精 → 麦芽糖 →葡萄糖 两类淀粉的结构单位都是 D-葡萄糖，但在结构和性质上有一定区别。天然 淀粉是直链淀粉和支链淀粉的混合物，两者比例因植物品种不同而异。 (一)直链淀粉

直链淀粉又称可溶性淀粉或糖淀粉，在淀粉中的含量为10%~30%。直链淀 粉一般是由200~980个D-葡萄糖单位通过α-1,4-苷键连接而成的链状化合物， 很少或没有分支，分子量为15万~60万。 CH-OH -1,4-苷键 直链淀粉分子的长链并非直线型，这是因为单键可以自由旋转，分子内的羟 基间又可形成氢键，所以直链淀粉借助分子内羟基间的氢键有规则地卷曲形成螺 旋状空间排列，每一圈螺旋有6个α-D-葡萄糖单位。直链淀粉的螺旋状结构如 下图所示。 0000 短支酰a-4一接捷 图直链淀粉的螺旋状结构示意图 图淀粉一碘复合物结构示意图 直链淀粉遇碘显深蓝色，这个反应非常灵敏，且加热反应液时蓝色消失，冷 却后蓝色又复现。目前认为这是由于直链淀粉螺旋状结构中间的通道正好适合碘 分子钻进去，并依靠分子间的引力形成蓝色的淀粉-碘配合物（见上图）。当直链 淀粉受热时，维系其螺旋状结构的氢键就会断开，淀粉碘配合物分解，因此蓝 色消失：冷却时淀粉-碘配合物的结构和蓝色能自动恢复。 (二)支链淀粉 支链淀粉又称胶淀粉，在淀粉中的含量为70%~90%，不溶于冷水，与热 水作用则膨胀成糊状。在黏性较强的糯米中就含有较多的支链淀粉。支链淀粉分 子中一般含600~6000个D-葡萄糖单位，D-葡萄糖单位通过a-1,4-苷键连接成 直链，直链上每隔20~25个葡萄糖单位出现一个支链，而支链上还有分支，分 支处是通过-1,6-苷键连接的，形成高度分支化的结构（下图），分子结构比直 链淀粉复杂得多

直链淀粉又称可溶性淀粉或糖淀粉，在淀粉中的含量为 10%～30%。直链淀 粉一般是由 200～980 个 D-葡萄糖单位通过 α-1,4-苷键连接而成的链状化合物， 很少或没有分支，分子量为 15 万～60 万。 -1,4-苷键 n O H H H OH OH CH2OH H O H H H H OH OH CH2OH H O O H H H H OH OH CH2OH H O H OH H H H OH OH CH2OH H O O ～OH 直链淀粉分子的长链并非直线型，这是因为单键可以自由旋转，分子内的羟 基间又可形成氢键，所以直链淀粉借助分子内羟基间的氢键有规则地卷曲形成螺 旋状空间排列，每一圈螺旋有 6 个 α-D-葡萄糖单位。直链淀粉的螺旋状结构如 下图所示。 图 直链淀粉的螺旋状结构示意图 图 淀粉-碘复合物结构示意图 直链淀粉遇碘显深蓝色，这个反应非常灵敏，且加热反应液时蓝色消失，冷 却后蓝色又复现。目前认为这是由于直链淀粉螺旋状结构中间的通道正好适合碘 分子钻进去，并依靠分子间的引力形成蓝色的淀粉-碘配合物(见上图)。当直链 淀粉受热时，维系其螺旋状结构的氢键就会断开，淀粉-碘配合物分解，因此蓝 色消失；冷却时淀粉-碘配合物的结构和蓝色能自动恢复。 (二)支链淀粉 支链淀粉又称胶淀粉，在淀粉中的含量为 70％～90％，不溶于冷水，与热 水作用则膨胀成糊状。在黏性较强的糯米中就含有较多的支链淀粉。支链淀粉分 子中一般含 600～6000 个 D-葡萄糖单位，D-葡萄糖单位通过 α-1,4-苷键连接成 直链，直链上每隔 20～25 个葡萄糖单位出现一个支链，而支链上还有分支，分 支处是通过 α-1,6-苷键连接的，形成高度分支化的结构(下图)，分子结构比直 链淀粉复杂得多

H OH H O H OHH入 OH F 一a-1.6-苷键 H OH H OH CH-OH CH2OH 一QH 0入o OH H H OH H OH 图支链淀粉结构示意图 无直链淀粉混杂的纯支链淀粉遇碘显紫红色，而天然淀粉是直链和支链的混 合物，故遇碘呈蓝紫色。各种淀粉与碘的显色反应均可用于检验淀粉和碘的存在。 二、糖原 糖原是动物体内合成的一种多糖，所以也称为动物淀粉，主要存在于动物的 肌肉和肝脏中，分别称为肌糖原和肝糖原。肝脏中糖原的含量为10%~20%， 肌肉中糖原的含量约为4%。 糖原水解的最终产物是D-葡萄糖，因此糖原的结构单位同淀粉一样，也是 D-葡萄糖.上糖原与支链淀粉的结构很相似，结构单位也是由α-1,4-苷键和 a-1,6-苷键相连而成，但糖原分子中结构单位数目更多(6000~20000个)，分支 更短、更密集。 三、纤维素 纤维素是自然界含量最多、分布最广的一种多糖，是构成植物细胞壁的主要 成分，也是植物体的支撑物质。木材中约含纤维素50%，棉花中含量高达98%， 脱脂棉和滤纸几乎是纯的纤维素制品。 纤维素的结构单位也是D-葡萄糖，葡萄糖单位之间通过阝-1,4-苷键相连而 成直链，一般不存在分支，每个纤维素分子至少含有1500个葡萄糖单位

α-1,4-苷键 O H H H H OH OH CH2OH H O H H H H OH OH CH2 H O O H H H H OH OH CH2OH H O H H H H OH OH CH2OH H O O H H H H OH OH CH2OH H H H O H H OH OH CH2OH H O O O O O O α-1,6-苷键 图 支链淀粉结构示意图 无直链淀粉混杂的纯支链淀粉遇碘显紫红色，而天然淀粉是直链和支链的混 合物，故遇碘呈蓝紫色。各种淀粉与碘的显色反应均可用于检验淀粉和碘的存在。 二、糖 原 糖原是动物体内合成的一种多糖，所以也称为动物淀粉，主要存在于动物的 肌肉和肝脏中，分别称为肌糖原和肝糖原。肝脏中糖原的含量为 10％～20％， 肌肉中糖原的含量约为 4％。 糖原水解的最终产物是 D-葡萄糖，因此糖原的结构单位同淀粉一样，也是 D-葡萄糖.上糖原与支链淀粉的结构很相似，结构单位也是由 α-1,4-苷键和 α-1,6-苷键相连而成，但糖原分子中结构单位数目更多(6000～20000 个)，分支 更短、更密集。 三、纤维素 纤维素是自然界含量最多、分布最广的一种多糖，是构成植物细胞壁的主要 成分，也是植物体的支撑物质。木材中约含纤维素 50％，棉花中含量高达 98％， 脱脂棉和滤纸几乎是纯的纤维素制品。 纤维素的结构单位也是 D-葡萄糖，葡萄糖单位之间通过 β-1,4-苷键相连而 成直链，一般不存在分支，每个纤维素分子至少含有 1500 个葡萄糖单位

CHOH CH:OH 8H H-OH H OH H OH HO加 B-1,4-苷键 纤维素是白色固体，有较强的韧性。不溶于水、稀酸、稀碱和一般的有机溶 剂，能溶于浓氢氧化钠溶液和二硫化碳。遇碘不显色。 纤维素的用途很广，用于制造纸张、纺织品、火棉胶、电影胶片、羧甲基纤 维素等。医用脱脂棉和纱布是临床上的必需品

～OH H H H H OH OH CH2OH H O O H H H OH OH CH2OH H H O H H H OH OH CH2OH H H O OH H H H OH OH CH2OH H O O O n β -1,4-苷键 纤维素是白色固体，有较强的韧性。不溶于水、稀酸、稀碱和一般的有机溶 剂，能溶于浓氢氧化钠溶液和二硫化碳。遇碘不显色。 纤维素的用途很广，用于制造纸张、纺织品、火棉胶、电影胶片、羧甲基纤 维素等。医用脱脂棉和纱布是临床上的必需品