碳水化合物 理学院 杨晰 PDF文件使用"pdfFactory”试用版本创建ww.fineprint.cn
碳水化合物 理学院 杨晰
第十三章 碳水化合物 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、0三种元素组成，且都符合Cn(H0)m的通式，所 以称之为碳水化合物。例如： 葡萄糖的分子式为CH1206,可表示为C(0)6? 蔗糖的分子式为C12H2011,可表示为C12(20)1等。 但有的糖不符合碳水化合物的比例，例如：鼠李糖 CH120,（甲基糖)；脱氧核糖CH104 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(CH0)、乙酸(C,H,02)、 乳酸(CH03)等。 因此， 最好还是叫做糖类较为合理。 PDF文件使用"pdfFactory”试用版本创建ww,fineprint.cn
第十三章 碳水化合物 w一、碳水化合物的涵义 w 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： w 葡萄糖的分子式为C6H12O6，可表示为C6(H2O)6， w 蔗糖的分子式为C12H22O11，可表示为C12(H2O)11等。 w 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。 w 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： 单糖一不能再水解的碳水化合物，如葡萄糖、果 糖 等 低聚糖一可水解成几分子单糖的碳水化合物，以二 糖 等 最为多见，如蔗糖、麦芽糖、乳糖 多糖一水解后生成许多个单糖分子的碳水化合物 (含 10个以上单糖结构的缩合物)。如淀 粉、纤 维素等。 PDF文件使用"pdfFactory”试用版本创建ww.fineprint.cn
w 二、分类 w 根据其单元结构分为： w 单糖 ——不能再水解的碳水化合物，如葡萄糖 、果 糖 w 等。 w w 低聚糖——可水解成几分子单糖的碳水化合物,以二 糖 w 最为多见，如蔗糖、麦芽糖、乳糖 等。 w 多糖 ——水解后生成许多个单糖分子的碳水化合物 (含 w 10个以上单糖结构的缩合物)。如淀 粉、纤 w 维素等
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： 日光 6C02+6H20 C6H206+602 叶绿素 葡萄糖在植物体内还进一步结合生成多糖一淀粉及 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。 PDF文件使用"pdfFactory”试用版本创建ww,fineprint.cn
w 三、存在与来源 w 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 w 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 w 萄糖，并放出氧气： w 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。 w 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
第一节单糖 一、单糖的分类 根据单糖分子里所含官能团的不同，可将其分为醛糖和酮糖 两大类。按照分子中碳原子的多少，又分为丙糖、丁糖、戊 糖、己糖等。最重要的己醛糖是葡萄糖，最重要的己酮糖是 果糖。 米 米米 米 米 米米 CH2-CH-CH-CH-CH-CHO CH2-CH-CH-CH-C-CH2 OH OHOH OH OH OHOHOH OH O OH 葡萄糖 果糖 PDF文件使用"pdfFactory”试用版本创建ww,fineprint..cn
第一节 单糖 w 一、单糖的分类 w 根据单糖分子里所含官能团的不同，可将其分为醛糖和酮糖 两大类。按照分子中碳原子的多少，又分为丙糖、丁糖、戊 糖、己糖等。最重要的己醛糖是葡萄糖，最重要的己酮糖是 果糖。 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C。H206,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： 米 米 米米米 CH-CHCH-CHCHCHO CH-CH-CH-CH-C-CH OHOHOHOHOH OHOHOH OHO OH 葡萄糖 果糖 PDF文件使用"pdfFactory”试用版本创建ww,fineprint.cn
w 二、单糖的结构 w （一）单糖的构造式 w 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。 w 实验证明，葡萄糖的分子式为C6H12O6，为2，3，4， 5，6，-五羟 w 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。 w 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，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 (一)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。 PDF文件使用"pdfFactory”试用版本创建ww,fineprint.cn
w （二）单糖的构型 w 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，只测定糖的构造式是不够的，还必须确定 它的构型。 w 1．相对构型的确定 w 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 型下： CHO CHO H OH HO -H HO H H OH H OH HO H H OH HO H CH 2OH CH 2OH 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 “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)。 PDF文件使用"pdfFactory”试用版本创建ww,fineprint.cn
w 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 型下： w w 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 “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 CH 2 OH HO CHO H H OH HO H HO H CH 2 OH 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。(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 以写成简写。其常见的几种表示方法为： CHO CHO CHO H LOH -OH HO -H 三 HO 三 OH OH OH -OH CH2OH CH2OH CH2OH PDF文件使用"pdfFactory”试用版本创建ww,fineprint.cn
w 2、 构型的标记和表示方法 w （1）构型的标记 w 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。（2） 构型的表示方法 w 糖的构型一般用费歇尔式表示，但为了书写方便，也可 以写成简写。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
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 说明单糖的许多化孚性质，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得（α型)高温下用醋酸结晶得 (B型) m.p 146℃ 150℃ 新配溶液的 [a]D +112 +19° 新配溶液放置 [a]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，宙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。 PDF文件使用"pdfFactory”试用版本创建ww,fineprint.cn
w 三、单糖的环状结构 w 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： w 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）。 w 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） w ③ 变旋光现象，如： w 葡萄糖晶体常温下用乙醇结晶得（α型）高温下用醋酸结晶得 （β型） w m.p 146℃ 150℃ w 新配溶液的 [α]D +112° +19° w 新配溶液放置 [α]D 逐渐减少至52° [α]D 逐渐增高至52° w 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