第十章糖类（课件）-《有机化学基础》同步教学（人卫版第4版）

糖类 碳水化合物也叫做糖，是自然界分布极为广泛的一类有机化合物。各种植物种子中的淀粉， 根、茎、叶中的纤维素，动物肌肉中的糖元以及葡萄糖、果糖、蔗糖等都属于碳水化合物，它为人类衣、食、住、行的必需的自然资源。 从化学结构的特点来看，碳水化合物是一类多羟基醛或多羟基酮，或经水解可以生成多羟基醛或多羟基酮的一类有机物。 根据碳水化合物在酸中的水解情况可分为以下三类: （1）单糖: 不能再水解的多羟基醛或多羟基酮。如葡萄糖、果糖等。 （2）低聚糖: 能水解生成2-10个单糖分子的碳水化合物。根据水解后生成单糖的数目，低聚糖又可分为二糖、三糖、四糖等。如蔗糖、麦芽糖、棉子糖等。 （3）多糖: 能水解生成10个以上单糖分子的碳水化合物，它们相当于是由许多单糖形成的高聚物，所以也叫高聚糖。如淀粉、纤维素等。 碳水化合物是一切生物体维持生命活动所需能量的主要来源。植物通过光合作用，将太阳能转化为键能贮存于碳水化合物中。而动物须由食物中摄取碳水化合物。因此，碳水化合物既是构成植物的组织基础，又是人类和动物主要食物的来源，是一类很重要的有机化合物。 第一部分 单糖 一、单糖的分类和命名 单糖是多羟基醛或多羟基酮，它可按下列两种方式分类: 1．根据分子中的碳原子数目，可分为丙糖、丁糖、戊糖、己糖等。 2．根据分子中所含的官能团不同，可分为醛糖(aldoses)和酮糖(ketoses)。例如:最简单的醛糖是甘油醛，最简单的酮糖是二羟基丙酮。 这两种分类方法常合并使用。例如:葡萄糖叫己醛糖，果糖叫己酮糖。 单糖的名称一般常采用俗名，如核糖、葡萄糖、果糖，其他低聚糖也采用俗名进行命名。自然界存在的单糖一般含3-8个碳原子，其中存在最多的是戊醛糖、己醛糖和己酮糖。 3 二、单糖的结构 单糖的构型 单糖分子中最简单的两种是丙醛糖 (甘油醛)和丙酮糖 (二羟基丙酮)，其中二羟基丙酮是非旋光性化合物，而甘油醛是旋光性物质，有两个旋光异构体: 确定了甘油醛的构型以后，就可以通过一定的方法，把其他碳水化合物和甘油醛联系起来，确定其相对构型。 D/L型 例如：从D-(+)-甘油醛出发，经与HCN加成、水解、还原等步骤，可以逐步增长碳链，从而把甘油醛与各种单糖之间的构型联系起来。 以此类推，由两种丁醛糖通过类似过程可得到四种D-戊醛糖，由四种D-戊醛糖可得到八种D-己醛糖等。 从D-(+)-甘油醛衍生的一系列D型异构体简称做D系列。D系列糖类的特点是分子中羟甲基邻位碳上的羟基都是在右边的。D系列的各个异构体都各有一个L-构型的对映体，例如D-葡萄糖的对映体是： L-葡萄糖 它们可以从L-(-)-甘油醛衍生出来，所以称为L-系列。因而己醛糖有十六个旋光异构体，共组成八对对映体。上图中单糖的构型采用费歇尔投影式表示。为了简单起见，在构型式中略去了手性碳原子上的H，并以短线“-”代表手性碳原子上的羟基。 对于酮糖也是按同样方法确定构型的。 自然界存在的糖几乎都是D-型的，这一事实也证明了自然界存在着立体化学选择性。 α/β型 由于在D-葡萄糖分子中同时存在醛基和羟基，因此，在分子内也可以发生类似于醛与醇的反应，形成环状半缩醛结构：碳链上一个羟基中的氢原子加到羰基的氧上，而羟基中的氧与羰基的碳原子直接成环。但是D-葡萄糖分子中有五个羟基，究竟哪一个与羰基加成形成半缩醛呢?实验证明，在一般情况下，都是形成六元环，即C5上的羟基与羰基形成半缩醛。例如D-葡萄糖就可以形成下面两种环状半缩醛: 由上式可见，当D-葡萄糖分子形成环状半缩醛结构后，C1由sp2杂化状态转化为sp3杂化状态，这就产生了一个新的手性碳原子。因此对这个新的手性碳原子(C1)来说，就可以有两种构型。一种是半缩醛的羟基 (C1上的羟基)和决定构型的羟基(C5上的羟基)在碳链的同侧，称为α-型;若半缩醛的羟基与决定构型的羟基在碳链的异侧，则称为β-型。它们属于非对映体。 呋喃型/吡喃型 上面所写的糖的各种环形结构式是以费歇尔投影式来表示的，费歇尔投影式在表示链式结构时比较清楚，但表示环式结构时则不能很清楚地反映出原子和基团在空间的相互关系。为了加强糖分子的立体概念，通常采用透视式能较为真实而形象地表达氧环式结构。这一表示方法首先是由哈武斯 (W.N.Haworth)提出的，故又称为哈武斯式。但从费歇尔投影式转变成透视式应注意下述书写规则: (1)将吡喃型氧环式写成垂直于纸面的六元环，氧通常位于环的右上角，环中指向前面的三根键用粗线表示，成环碳原子的位次以顺时针方向排列。 (2)将费歇尔投影式左边的原子或基团写在环平面的上方，右边的原子或基团写在环平面的下方。 (3)D-型糖的尾基-CH2OH应写在环平面的上方; L-构型的放在环平面的下方。 现将D-葡萄糖两种异