15.1 糖类的定义和分类(课件）-《有机化学》同步教学（高教版）

第十五章 糖 类 糖类的定义与分类； 葡萄糖的开链式、氧环式的结构； 糖的变旋现象； 单糖的结构与性质； 蔗糖、麦芽糖、纤维二塘的结构与性质； 淀粉、纤维素的结构和性质。 主要内容： 了解糖的分类，理解糖的变旋现象； 掌握葡萄糖、果糖的费歇尔投影式及哈沃斯结构式； 掌握单糖、二糖的性质； 理解多糖结构与性质。 学习目标： 　　糖是自然界分布最广、数量最大的天然有机化合物，几乎存在于所有的生物体中。葡萄糖、果糖、蔗糖、淀粉、纤维素等都属于糖类，是植物光合作用的产物。它们对于维持动植物的生命起着至关重要的作用，是构成植物细胞壁的主要材料，还是食品、酿造、纺织、造纸、建筑等工业不可缺少的原料。 　　糖类的通式Cn(H2O)m来表示，也称碳水化合物。但后来发现有些化合物在结构和性质方面都和糖类相似，但它们的分子组成并不符合通式，如 鼠李糖是一种甲基戊糖，它的分子式是C6H12O5。 第一节 糖类的定义和分类 有些分子组成符合上述通式的化合物，如乙酸，其分子式为C2H4O2，符合通式，但从结构和性质上看，不属于糖类，所以，“碳水化合物”不能确切地代表糖类化合物，但因沿用已久，所以至今仍普遍使用。 根据其能否水解及水解后产物的情况将其分成三大类。 1.单糖：最简单的碳水化合物，是不能水解的多羟基醛或酮，如葡萄糖、果糖。 2.低聚糖：是水解后产生2个或几十个单糖分子的糖类。最常见的是二糖，如麦芽糖、蔗糖。 3.多糖：是水解后产生数十、数百乃至成千上万个单糖分子的糖类。如淀粉、纤维素等。 　 单糖分为两类：醛糖和酮糖。并按其分子中所含碳原子的数目称为某醛糖或某酮糖。 1.葡萄糖的结构 （1）开链式结构 一、单糖的结构 第二节 单糖 葡萄糖是己醛糖，它的构造式为： 葡萄糖的构造式中有四个不同的手性碳原子，这种构造式有16个光学异构体，其中一个是葡萄糖的结构式： 葡萄糖是D型右旋糖，它的构型（结构）用费歇尔投影式表示，为书写简便，手性碳原子可省去不写。手性碳原子上的氢也可省去，甚至羟基、 醛基、甲醇基都可省去，用相应的符号代表。这样D－（＋）葡萄糖就可写成如下形式： （2）氧环式结构（哈沃斯式结构） 　　变旋现象：某些旋光性化合物的旋光度在放置过程中会逐渐上升或下降，最终达到恒定值而不再改变的现象。 　　实验发现，结晶葡萄糖有两种。一种是从乙醇溶液中析出的晶体（熔点146℃），配成水溶液测得其比旋光度为+112度，通常称为α-D-（+）-葡萄糖，该水溶液在放置过程中，其比旋光度逐渐下降到+52.7度的恒定值；另一种是从吡啶溶液中析出的晶体（熔点150℃），配成水溶液测得其比旋光度为+19度，称为β-D-（+）-葡萄糖，该水溶液在放置过程中，比旋光度逐渐上升到+52.7度的恒定值。 化学家提出：葡萄糖具有分子内的醛基与醇羟基形成半缩醛的环状结构。因六元环最稳定，故由C5上的羟基与醛基进行加成，形成半缩醛，并构成六元环状结构，组成环的原子中除了碳原子外，还有一个氧原子。所以糖的这种环状结构又叫做氧环式结构。 D-（+）-葡萄糖由链状结构转变为环状半缩醛结构时，醛基中的碳原子由SP2杂化转变为SP3杂化，而且该碳原子上连有4个不相同的基团，从而产生一个新的手性碳原子。 这个新引入的手性中心使得葡萄糖的半缩醛式可以有两个光学异构体，它们是非对映体关系，两者之间只是C1构型不同，其它构型均相同，故称之为端基异构体，也称异头物。C1羟基称为苷羟基。通常苷羟基位于碳链右边的构型称为α-型，位于碳链左边的称为β-型。 由于葡萄糖存在两种环状结构，在水溶液中，两种环状结构中任何一种均可通过开链结构相互转变，最后达到动态平衡状态。此时其比旋光度为+52.7度，此即葡萄糖变旋光现象产生的原因。 　　糖的氧环式结构有三种表示方法：费歇尔投影式、哈沃斯（Haworth）式和构象式。哈沃斯式时采用平面六元环来表示单糖的环状半缩醛结构。 β-D-吡喃葡萄糖的椅式构象有N-式和A-式两种：β-D-吡喃葡萄糖的N-式也比A-式稳定，而且因为环上所有的基团都取代在e键上（所有氢原子都在α键上），所以它是D-吡喃葡萄糖是所有构象中最稳定的一个。 2.果糖的结构 　　果糖是已酮糖8个立体异构体中的1个。天然果糖属于D-型糖，果糖具有左旋性，故称为D-（-）-果糖。 与葡萄糖相似，D-果糖开链结构中的C5或C6上的羟基可以和酮基结合生成半缩酮，因而可以形成呋喃环或吡喃环两种环状结构的果糖。这些环状结构都有各自的α型和β型异构体。在水溶液中，D-果糖也可以由一种环状结构通过开链结构转变成另一种环状结构，形成互变平衡体系。因此，果糖也具有变旋光现象，达到