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第十章碳水化合物（Carbohydrates）授课对象：临床医学、口腔医学专业（七年制）学时安排：3h教材：医科大学化学下册陈启元梁逸曾主编2004年1月教学目的和要求：1.掌握单糖的开链结构与构型，单糖的环状结构、Haworth式的写法及命名，特别要熟记D-构型的核糖、脱氧核糖、葡萄糖、甘露糖、半乳糖和果糖的开链及环状结构；变旋光现象和单糖的化学性质。2.熟悉麦芽糖、纤维二糖、乳糖、蔗糖的组成、结构特点和性质。3.了解单糖环状结构的构象与稳定性。4.了解淀粉、糖原、纤维素的结构特征和生物学性质。5.了解环糊精的结构特点和功能教学重点：1.单糖的开链结构和构型，特别是环状结构和Haworth式的写法，端基异构体。2.单糖的化学性质（成苷、成脎、还原性、差向异构化）。3.二糖、多糖的结构特点（苷键类型）和化学性质。教学难点：1、单糖的开链结构及其构型判定。2、单糖的环状结构及构型，特别是Haworth式的写法及命名。3、苷键的形成和苷键类型。教学方法：讲授法。1.通过比较结构的异同点，帮助学生熟悉D-葡萄糖、D-甘露糖、D-果糖、D-核糖等重要单糖的开链结构与构型。2.以D-葡萄糖为例，详细分析环状结构的形成及Haworth式的书写要点，使学生“举一反三”，掌握以上几个单糖的环状结构。3.运用“温故而知新”的方法，解释变旋光现象，并讲解单糖的化学性质。4.用分析类比方法，帮助同学掌握四种二糖的组成、苷键及其性质特点。5.举例说明，强调糖类在生物化学元素中的地位，激发学生的学习兴趣。教具：电脑、投影仪、Powerpoint课件、教鞭。教学步骤与时间分配：引言：糖类是生命的重要物质基础和营养物质，是地球上含量最多、分布最广的一类有机化合物，而且是重要的信息物质，突出本章内容的重要性，并激发学生的学习兴趣。糖类又称为碳水化合物，碳水化合物的名称是否准确？强调从化学结构上看，糖类化合物是多羟基的醛或酮以及它们的脱水缩合物。第一节单糖（100分钟）单糖是不能水解成更简单的糖类。引导学生从分子结构的特点和分子中所含碳原子的数目对单糖进行分类。一、糖的开链结构及构型（重点）1.单糖的旋光性，复习手性分子的相关知识，含n个手性碳原子的化合物，其对映异构体的数目（2n个），不同碳原子数的醛糖和酮糖的旋光异构体的数目及其关系。2.单糖的命名：每对对映体具有同一俗名。3.单糖的构型标记及表示方法：复习D/L构型标记法，注意采用规范的Fisher投影式，以编号最大的手性碳原子为决定构型的碳原子。D/L只表示构型并不表示旋光方向。以葡萄糖为例讲解糖的构型的标记。利用多媒体，介绍由三碳糖到六碳糖的D-醛糖系列。强调：自然界中存在的单糖均为D-型糖。4.差向异构体的概念，在含有多个手性碳的非对映异构体中，彼此间只有一个手性碳构型不同而其余都相同，则互称为差向异构体（epmers）。指出甘露糖与葡萄糖、半乳糖与葡萄糖分别是2号、4号碳位的差向异构，提问甘露糖与半乳糖属于差向异构体吗？为什么？引导学生记住几种重要的单糖的结构。5.介绍几种D-酮糖，强调结构特点：酮羰基通常位于C2上。强调D-酮糖的结构，并与D-葡萄糖的结构对比。二、单糖的环状结构（重点、难点）1.从单糖的开链结构无法解释的几个实验事实入手，引出单糖的环状结构。单糖是如何成环的呢？以D-葡萄糖为例，通过分析其分子结构，引导学生回顾并复习醛（酮）与醇的亲核加成反应，D-葡萄糖分子中C5上的醇羟基能与醛基发生亲核加成反应生成较稳定的环状的半缩醛结构。2.利用直立氧环式，并借助球棍模型，解释D-葡萄糖环状结构的形成，α、β两种异构体即端基异构体（也叫异头物）是如何产生的。指导学生正确辨认苷羟基(半缩醛羟基)。α、β两种异构体在水溶液中能通过开链式结构而互变，因而产生变旋光现象。3.利用球棍模型，根据直立氧环式(Fisher投影式)，详细说明D-葡萄糖环状结构的Haworth式的正确书写及构型的判定和命名。（难点）规律：“左上右下，α下β上，C6也在上。”构型：羟甲基（伯醇基）在环上方为D-构型，若伯醇基参与成环，则看编号最大的手性碳上的羟基，朝下的为D-构型。命名：端基异构体（苷羟基的类型，α/β）-糖的构型（D/L）-糖环的类型（吡喃/呋喃）和糖的名称。4.类型：吡喃糖（glycopyranose）和呋喃糖（glycofuranose）。5.举例并让学生反复练习：如何从单糖的开链式写出Haworth式或反之，命名并能说明名称中各种符号和词的意义。6.单糖（主要是吡喃糖）的构象，复习环己烷的构象和取代环己烷的优势构象，结合单糖的Haworth式，说明为什么葡萄糖在自然界中存在最广？同时解释前面用开链式不能说明几个实验现象。三、单糖的物理性质（自学）四、单糖的化学性质（重点）根据结构推断其可能的化学性质。1.成苷反应（难点）单糖的半缩醛羟基与其它含羟基或活泼氢（如-NH2、-SH等）的化合物脱水，生成的产物称为糖苷（或称糖甙）（glycoside）。此反应称为成苷反应。强调糖苷的结构，苷键的结构和类型，糖成苷后性质的变化，有无变旋光现象等。2.在碱性条件下的反应——差向异构化介绍葡萄糖、甘露糖、果糖之间在碱性条件下的相互转化，说明何为差向异构化。烯二醇结构为异构化之必经中间体。3.酸性条件下的脱水反应糖类的共性。在弱酸性性条件下，β羟基的羰基化合物中α氢与β羟基易发生脱水反应，生成α、β不饱和羰基化合物。因此，糖在该条件下易脱水生成二羰基化合物。在强酸性条件下，戊醛糖和己醛糖则发生分子内脱水生成呋喃甲醛及其衍生物。4.氧化反应单糖都能被Tollens、Benedict和Fehling试剂等弱碱性氧化剂氧化，单糖均为还原糖。什么是还原糖？什么是非还原糖？如何鉴别？与溴水的反应，如何鉴别醛糖与酮糖？与稀硝酸的反应，葡萄糖二酸的生成。葡萄糖醛酸的生理作用。第二节双糖和多糖（40分钟）一、双糖介绍几种双糖，主要是弄清双糖的构成单元，苷键的类型，有无游离半缩醛羟基（苷羟基）及其与性质的关系。1.麦芽糖全名：4-O-(α-D-吡喃葡萄糖基)-D-吡喃葡萄糖组成单元：两分子D-葡萄糖。苷键类型：α-1，4-苷键。因存在一个苷羟基，故麦芽糖具有变旋光现象，有还原性，是还原糖。2.纤维二糖全名：4-O-(β-D-吡喃葡萄糖基)-D-吡喃葡萄糖组成单元：两分子D-葡萄糖。苷键类型：β-1，4-苷键。因存在一个苷羟基，故纤维糖具有变旋光现象，有还原性，是还原糖。3.乳糖全名：4-O-(β-D-吡喃半乳糖基)-D-吡喃葡萄糖组成单元：D-葡萄糖和D-半乳糖。苷键类型：β-1，4-苷键。因存在一个苷羟基，故半乳糖具有变旋光现象，有还原性，是还原糖。4.蔗糖全名：α-D-吡喃葡萄糖基-β-D-呋喃果糖苷或β-D-呋喃果糖基-α-D-吡喃葡萄糖苷组成单元：D-葡萄糖和D-果糖。苷键为葡萄糖的苷羟基和果糖的苷羟基脱水而成。因不存在苷羟基，故蔗糖不具有变旋光现象，没有还原性，是非还原糖。二、多糖主要介绍多糖的结构单元，苷键类型及特性。多糖的共性：彻底水解均生成单糖；均无还原性和变旋光现象。1.淀粉结构单元：D-葡萄糖。苷键类型：α-1，4-苷键（含少数α-1，6-苷键）直链淀粉与支链淀粉的结构异同；直链淀粉的螺旋状结构及其与I2的络合反应，淀粉的鉴别。淀粉的生物学意义。2.糖元结构单元：D-葡萄糖；苷键：α-1，4-苷键及α-1，6-苷键。糖元的生物学意义。3.纤维素结构单元：D-葡萄糖。苷键：β-1，4-苷键。纤维素的生物学意义。第三节综合与扩展（10分钟）简略介绍：1.几种单糖（特别是氨基糖）与血型物质。2.环糊精的结构特点及其特殊作用（分子识别和催化作用）。课堂练习（20分钟）引导学生解答P282中的习题1、2、3（基本结构和基本概念题）。总结：[示投影：单糖、二糖和多糖的结构单元以及连接苷键的类型]参考资料：《有机化学》（七、八年制医学类专业用）魏俊杰主编高等教育出版社课后札记：