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2020/5/251第一节概述第二节单糖的化学结构第三节单糖的性质第四节寡糖第五节多糖2020/5/252一.糖的定义二.糖的分类三.糖类物质的生物学功能糖类物质以前统称为碳水化合物糖类由碳、氢、氧三种元素组成，可由实验式Cn(H2O)m表示。由于式中碳氢比例与水相同，故过去将糖类称为碳水化合物一.糖的定义糖类是自然界含量最丰富的有机物质，淀粉和纤维素是植物中的主要糖类，而动物和人体中则含有糖原，此外在动植物和微生物中还存在一些复杂的糖类定义糖类是多羟醛或多羟酮以及它们的聚合物和衍生物但甲醛(HCHO)，醋酸(CH3COOH)等不属于糖类，也符合此实验式而脱氧核糖(C5H10O4)，鼠李糖(C6H12O5)等糖类碳氢比例又不是2：1故“碳水化合物”一词用于糖类并不确切一.糖的定义多羟醛（酮）是指含有两个或以上的羟基的醛或酮CHOCH2OHCHOHCHOCH2OHCHOHCH2OHCHOHCH3C＝OCH2OHCHCH2OHCH2OH－下列哪些属于糖类化合物？（1）(2)（3）（4）（1）和（3）不是糖类化合物，（2），（4）是糖类化合物问题糖类物质是一大类物质的总称根据能否水解和水解后的产物将糖类分为：糖类二.糖的分类单糖多糖寡糖单糖1.单糖单糖（monosaccharides）是最简单的糖，不能再被水解为更简单的糖类物质根据所含碳链的长短单糖分为以下几种：丙糖(triose)丁糖(butose)戊糖（pentose)己糖(hexose)葡萄糖(glucose)果糖(fructose)核糖(ribose)脱氧核糖(deoxyribose)二.糖的分类其中最重要的是二糖，水解时产生两分子单糖，常见的有：二糖寡糖(oligosaccharides)是由2～6个单糖分子缩合而成的化合物蔗糖(sucrose)麦芽糖(maitose)乳糖(lactose)2.寡糖二.糖的分类3.多糖多糖多糖(polysaccharides)是由许多（10个以上）单糖分子脱水缩合而成的化合物。常见的多糖有：淀粉(starch)纤维素(cellulose)糖原(glycogen)二.糖的分类3.某些糖类物质具有特殊的生理功能2.作为生物体的主要能量来源1.糖类广泛存在于自然界尤其是植物体内，作为生物体的结构物质如谷类和薯类的淀粉，木材、稻草、棉花中的纤维素，水果中的葡萄糖，壳多糖组成甲壳三.糖类物质的生物学功能一.定义和分类二.单糖的旋光性和开链结构三.单糖的环状结构按功能基分：按碳原子数分：醛糖：酮糖：丙糖：三碳糖丁糖：四碳糖戊糖：五碳糖己糖：六碳糖定义具有一个自由醛基或酮基，以及有两个以上羟基的糖类含有醛基的糖含有酮基的糖一.定义和分类二羟丙酮（酮糖）C＝OCH2OHCH2OH甘油醛（醛糖）CH2OHH－C－OHC－HO最简单的单糖有两种（含三个碳原子）一.定义和分类旋光性指物质能使平面偏振光的偏振面发生旋转的性质二.单糖的旋光性和开链结构定义单糖由于特殊的结构因此具有旋光性,即是一种旋光性物质1.旋光性物质的特点2.单糖的开链结构异丁醇OHCH3－C－CH2CH3H（不对称碳原子指4个价键与4个不同的原子或基团连接的碳原子，用C﹡表示）例单糖就是具有旋光性的物质1.旋光性物质的特点CH2OHH－C﹡－OHCHO甘油醛旋光性物质的分子中含有不对称碳原子﹡对于甘油醛的不对称碳原子而言，羟基可以在左或在右，但代表两种不同的物质：规定:羟基在不对称碳原子的右边为D－型，羟基在左边的为L－型D－甘油醛L－甘油醛CH2OHH－C﹡－OHCHOCH2OHHO－C﹡－HCHO凡含有不对称碳原子的旋光性物质具有旋光异构体例1.旋光性物质的特点甘油醛的这种性质称为对映性或手性，这两种甘油醛异构体叫对映异构体，又叫旋光异构体甘油醛的这种结构表达方式，称为糖的开链结构CH2OHH－C﹡－OHCHOD－甘油醛二羟丙酮由于不具有不对称碳原子，故没有旋光异构体二羟丙酮C＝OCH2OHCH2OH1.旋光性物质的特点定义甘油醛异构体的比旋光度数值相等，但方向相反，分别为左旋与右旋比旋光度：一种旋光物质在一定条件下能使偏振光旋转固定的角度，是一个物理常数旋光异构体之间的化学性质和大部分物理性质相同，只对偏振光影响不同，即比旋光度不同使偏振光左旋记为l或（-），右旋记为d或（+）。1.旋光性物质的特点2020/5/2519问题下列哪些化合物具有不对称碳原子？CH3CH2CHCOOHCH31CH3CCH2COOHO2CH＝CHCHCH3OH31、3化合物具有不对称碳原子﹡﹡D－甘油醛L－甘油醛镜面CH2OHH－C﹡－OHCHOCH2OHHO－C﹡－HCHO因为两种甘油醛是实物与镜影的关系，而实物和镜影是不同的物质，能对映而不能重合，就象左手和右手一样.因此旋光性也叫手性如图：问题为什么说D－甘油醛和L－甘油醛是不同的物质？当某种D-糖溶于水时，能够预测其旋光性是左旋（d-）还是右旋（l-）吗？构型D-，L-是人为规定的，与旋光性无关，旋光性d-，l-是测得的。羟基在右的D-型物质的旋光性不一定是右旋d型问题无法预测通常以单糖的开链结构来表示其D，L-构型，所有单糖都具有旋光性，但二羟丙酮例外由于单糖为多羟基醛或酮,因此具有一个以上不对称碳原子,当单糖有多个不对称碳原子时，其构型规定如下：2.单糖的开链结构将单糖的醛基或酮基写上方，碳原子依次往下，以距醛基（或酮基）最远的不对称碳原子为准，羟基在左为L-型，羟基在右为D-型CH2OHH－C﹡－OHCHOH－C﹡－OH四碳糖含两个不对称碳原子，如图：因此含有多个不对称碳原子的单糖其旋光异构体就不止两个例其异构体如下：2.单糖的开链结构故含两个不对称碳原子的四碳糖有4个异构体五碳糖含三个不对称碳原子，有8个异构体2.单糖的开链结构单糖分子中含n个不对称碳原子时，则有2n个旋光异构体。1和2，3和4为对映异构体，1和3，4或2和3，4为非对映异构体，彼此物理和化学性质不同D-赤藓糖（1）CH2OHH－C﹡－OHCHOH－C﹡－OHL-苏阿糖（4）CH2OHHO－C﹡－HCHOH－C﹡－OHD-苏阿糖（3）CH2OHH－C﹡－OHCHOHO－C﹡－HL-赤藓糖（2）CH2OHHO－C﹡－HCHOHO－C﹡－HD－六碳糖：L－例构型羟基命名下列糖的构型HO－C﹡－HCH2OHH－C﹡－OHHC＝OH－C﹡－OHH－C﹡－OH葡萄糖HO－C﹡－HCH2OHH－C﹡－OHCH2OHC＝OHO－C﹡－H果糖醛基酮基162345162345四碳糖：D－L－五碳糖：例命名下列糖的构型CH2OHH－C﹡－OHHC＝OH－C﹡－OH赤藓糖CH2OHH－C﹡－OHHC＝OH－C﹡－OHHO－C﹡－H核糖1234123451.写出L-葡萄糖的结构问题H－C﹡－OHCH2OHHO－C﹡－HHC＝OHO－C﹡－HHO－C﹡－HL-葡萄糖HO－C﹡－HCH2OHH－C﹡－OHHC＝OH－C﹡－OHH－C﹡－OHD－葡萄糖镜面2.六碳的酮糖具有几个旋光异构体？问题酮糖结构如下：HO－C－HCH2OHH－C－OHCH2OHC＝OH－C－OH则酮糖有3个不对称碳原子，即有8个旋光异构体﹡﹡﹡162345单糖除了开链结构，还有一种特殊的环状结构，因为单糖的开链结构无法解释单糖的以下一些性质三.单糖的环状结构1.变旋性2.葡萄糖只能进行半缩醛反应用葡萄糖的开链结构无法解释以上现象，故葡萄糖有特殊的结构1.变旋性葡萄糖有两种结晶，一种是由酒精中结晶出来的，比旋光度为+112.2另一种是由吡啶中结晶出来的，比旋光度为+18.7将两种结晶的任何一种溶于水中，比旋光度会逐渐改变至一固定值+52.5，这种比旋光度自行改变的现象称为变旋性半缩醛缩醛CH3C＝OH乙醛OHOCH3CH3CHOCH3OCH3CH3CH但葡萄糖只能与一分子醇反应，即只有半缩醛反应例HOCH3HOCH3H2O2.葡萄糖只能进行半缩醛反应含有醛基的化合物通常能够与两分子含羟基的醇类形成缩醛单糖由于自身就具有醛基和羟基，因此二者可以自发反应形成半缩醛化合物，使糖类具有环状结构。这种结构称为Fischer式结构三.单糖的环状结构1.环状结构的形成方式2.环状结构的构型3.环状结构的Haworth式HO－C﹡－HCH2OHH－C﹡－OHHC＝OH－C﹡－OHH－C﹡－OHD－葡萄糖醛基羟基2020/5/2534以葡萄糖为例,单糖的成环方式有两种:天然葡萄糖多以吡喃式结构存在1.环状结构的形成方式吡喃式成环（六元环）呋喃式成环（五元环）HO－C－HCH2OHH－C－OHH－C＝OH－C－OHH－C－OHHO－C3－HCH2OHH－C4－OHCH－C2－OHH－C516OHOH吡喃式成环：（六元环）D-吡喃葡萄糖（半缩醛式）D-葡萄糖吡喃HCHCCHCHOCH2162345HO－C－HCH2OHH－C－OHH－C＝OH－C－OHH－C－OHHO－C3－HCH2OHH－C4CH－C2－OHH－C5－OH16OHOH呋喃式成环：（五元环）D-葡萄糖D-呋喃葡萄糖（半缩醛式）呋喃HCHCCHCHO165432醛基成环后新出现的羟基叫半缩醛羟基，此羟基的引入使C1原子成为不对称碳原子，故此羟基的位置左右可引起不同的构型HO－C3－HCH2OHH－C4－OHCH－C2－OHH－C516OHOH﹡2.环式结构的构型半缩醛羟基凡半缩醛上的羟基与决定直链构型的羟基处于同侧为α型，处于不同侧为β型HO－C3－HCH2OHH－C4－OHCH－C2－OHH－C516OHOHHO－C3－HCH2OHH－C4－OHCH－C2－OHH－C516OHOHα－D－吡喃葡萄糖β－D－吡喃葡萄糖－OH决定构型的羟基半缩醛羟基例2.环式结构的构型－OHHO－C3－HCH2OHH－C4CH－C2－OHH－C5－OH16OHOH16H－C3－OHCH2OHHO－C4－HCHO－C2－HC5－HOHOHHO－α－D－呋喃葡萄糖β－L－吡喃葡萄糖决定构型的羟基半缩醛羟基例2.环式结构的构型(1)由于环式结构中半缩醛羟基的位置不同产生不同的异构体，因此有不止一个旋光度，在成环过程中此羟基位置可发生改变最后达到平衡，所以有变旋光现象故单糖在溶液中至少有五种形式存在（开链，α、β－呋喃型，α、β－吡喃型），其中以β－D－吡喃葡萄糖所占比例最大2.环式结构的构型由于单糖具有环状构型,因此可解释上述现象（2）由于糖类自身已形成半缩醛结构，故只能与一分子醇反应3.环状结构的Haworth式在Fischer式环状结构中过长的氧桥显得不合理且不美观，故多采用另一种书写法即Haworth式透视式结构六元环五元环氧原子分别位于六元环的右上角和五元环中间.环外的基团或原子写在环的上面或下面如图：OO（1）直链结构右边的羟基写在环的下面，左边的羟基写在环的上面（记为左上右下）,氢原子位置不予考虑由Fischer式变换为Haworth式的书写规定如下：3.环状结构的Haworth式（2）如果直链环向右，则环外的碳原子写在环之上，反之在环之下,（记为右上左下）（酮糖C1例外）酮糖（果糖）的成环方式如下:果糖在游离状态时，其环状结构为吡喃型(C2－C6)，在结合状态时为呋喃型(C2－C5)HO－C3－HCH2OHH－C4－OHCH－C2－OHH－C516OHOHOHOHOHHHOHHOHHCH2OH654321α－D－吡喃葡萄糖Fischer式Haworth式环外碳原子环在右半缩醛羟基例HO－C3－HCH2OHH－C4CH－C2－OHH－C5－OH16OHOHα－D－呋喃葡萄糖654321OHHOHHHCH2OHH－C－OHOHOH例Fischer式Haworth式半缩醛羟基环外碳原子环在右HO－C－HCH2OHH－C－OHCH2OHC＝OH－C－OH654321OOHHO－C－HCH2OHH－C－OHCH2OHCH－C654321D－果糖例果糖的环状结构(C2－C5呋喃型)HOHHHOOOH半缩醛羟基α－D－呋喃果糖Fischer式Haworth式α－D－呋喃果糖半缩醛羟基环外碳原子环外碳