第十七章碳水化合物

1、 了解糖的来源和糖的分类了解糖的来源和糖的分类 熟悉糖的变旋现象熟悉糖的变旋现象 掌握单糖的物理和化学性质掌握单糖的物理和化学性质 了解纤维二糖、乳糖来源，结构和性质了解纤维二糖、乳糖来源，结构和性质 熟悉纤维素的结构和性质熟悉纤维素的结构和性质 掌握麦芽糖、蔗糖、淀粉的结构和性质掌握麦芽糖、蔗糖、淀粉的结构和性质第十七章第十七章 碳水化合物碳水化合物（carbohydrates carbohydrates ） 教学难点：教学难点： 糖的变旋现象和命名规则糖的变旋现象和命名规则 麦芽糖、蔗糖、淀粉的结构和性质麦芽糖、蔗糖、淀粉的结构和性质 教学重点：教学重点： 糖的变旋现象和命名规则糖的变旋现

2、象和命名规则 单糖的物理和化学性质单糖的物理和化学性质 麦芽糖、蔗糖、淀粉的结构和性质麦芽糖、蔗糖、淀粉的结构和性质 糖类化合物又称碳水化合物：糖类化合物又称碳水化合物：包括糖、淀粉和纤维素包括糖、淀粉和纤维素自然界自然界分布最广的有机物，分布最广的有机物，通式：通式：C Cm m(H(H2 2O)O)n n 碳的水合物碳的水合物- -前人的称呼，有一些化合物不符合此通式，前人的称呼，有一些化合物不符合此通式，鼠鼠李糖李糖是一种甲基戊糖，它的分子式是是一种甲基戊糖，它的分子式是C C6 6H H1212O O5 5 分类：糖类根据其能否水解及水解后产物的情况将其分成三大类。分类：糖类根据其能否

3、水解及水解后产物的情况将其分成三大类。 单糖：是不能水解的多羟基醛或酮，如葡萄糖、果糖。单糖：是不能水解的多羟基醛或酮，如葡萄糖、果糖。 低聚糖：是水解后产生低聚糖：是水解后产生2 2个或个或3-83-8个以下单糖分子的糖类。最常见个以下单糖分子的糖类。最常见的是二糖，如麦芽糖（水解生成两分子葡萄糖）、蔗糖（水解生的是二糖，如麦芽糖（水解生成两分子葡萄糖）、蔗糖（水解生成一分子葡萄糖，一分子果糖）。成一分子葡萄糖，一分子果糖）。 多糖：是水解后产生多糖：是水解后产生8 8个以上、数百乃至成千上万个单糖分子的个以上、数百乃至成千上万个单糖分子的糖类。如淀粉、纤维素等，多糖没有甜味，但淀粉在酶作用

4、下部糖类。如淀粉、纤维素等，多糖没有甜味，但淀粉在酶作用下部分水解有甜味。分水解有甜味。17.1 17.1 单糖的结构、构型和构象单糖的结构、构型和构象存在于自然界的大多数单糖是含有存在于自然界的大多数单糖是含有5 5个碳原子的戊糖和个碳原子的戊糖和6 6个碳原子的已个碳原子的已糖。糖。单糖分为两类：醛糖和酮糖。最简单的醛糖是二羟基丙醛，最简单的单糖分为两类：醛糖和酮糖。最简单的醛糖是二羟基丙醛，最简单的酮糖是二羟基丙酮。葡萄糖为己醛糖，果糖是己酮糖，阿拉伯糖为戊酮糖是二羟基丙酮。葡萄糖为己醛糖，果糖是己酮糖，阿拉伯糖为戊醛糖。醛糖。将羰基写将羰基写在基的一在基的一上端，从上端，从靠近羰端靠近

5、羰端开始编号开始编号 C CH HO OC CH HO OH HC CH HO OH HC CH HO OH HC CH H2 2O OH H戊戊醛醛糖糖C CH HO OC CH HO OH HC CH HO OH HC CH HO OH HC CH HO OH HC CH H2 2O OH H己己醛醛糖糖C CH H2 2O OH HC CO OC CH HO OH HC CH HO OH HC CH HO OH HC CH H2 2O OH H己己酮酮糖糖17.1.1 17.1.1 单糖结构单糖结构 最简单的醛糖是二羟基丙醛（甘油醛），最简单的酮最简单的醛糖是二羟基丙醛（甘油醛），最简单

6、的酮糖是二羟基丙酮，糖是二羟基丙酮，n n 个手性碳，个手性碳，2 2n n种立体异构体，己种立体异构体，己醛糖有醛糖有4 4个不对称碳原子，应有个不对称碳原子，应有2 24 4=16=16，葡萄糖是其中，葡萄糖是其中之一。之一。C CH H2 2O OH HO OC CH H2 2O OH HC CH HO OH HO OH HC CH H2 2O OH HC CH HO OH HO OH HC CH H2 2O OH H( (R R) )- -( (+ +) )- -甘甘油油醛醛 （S S) )- -( (- -) )- -甘甘油油醛醛D D- -( (+ +) )- -甘甘油油醛醛L L

7、- -( (- -) )- -甘甘油油醛醛C CH HO OH HO OH HC CH H2 2O OH HC CH HO OH HO OH HC CH H2 2O OH H( (R R) )- -( (+ +) )- -甘甘油油醛醛 （S S) )- -( (- -) )- -甘甘油油醛醛D D- -( (+ +) )- -甘甘油油醛醛L L- -( (- -) )- -甘甘油油醛醛17.1.1.1 17.1.1.1 构型的表示方法构型的表示方法 采取采取FischerFischer投影式表示（开链结构）竖线表示碳链；羰基投影式表示（开链结构）竖线表示碳链；羰基具有最小编号具有最小编号, ,

8、 并写在投影式上端；一短横线代表手性碳并写在投影式上端；一短横线代表手性碳上的羟基。上的羟基。H HC CH HO OO OH HH HO OH HH HO OH HH HO OH HC CH H2 2O OH HC CH HO OH HO OH HC CH H2 2O OH HH HO OH HH HO OH HH HO OC CH HO OH H17.1.1.2 17.1.1.2 相对构型相对构型 2020世纪初没有测定有机化合物的绝对构型，只能用相对构型世纪初没有测定有机化合物的绝对构型，只能用相对构型表示各种化合物构型之间的关系，相对构型是以甘油醛为标表示各种化合物构型之间的关系，相对

9、构型是以甘油醛为标准准( (假定）假定）。 单糖单糖分子中距离分子中距离羰基羰基最远最远的一个的一个手性碳手性碳原子上的原子上的羟基羟基构构型和型和D D- -甘油醛甘油醛构型相同时（构型相同时（羟基在羟基在右右侧侧）确定为）确定为D D 构型构型，反，反之（之（羟基在羟基在左左侧侧）为）为L L 构型构型。C CH HO OC CH H2 2O OH HH HH HO OC CH HO OC CH H2 2O OH HO OH HH H L L- -( (- -) )- -甘甘油油醛醛 D D- -( (+ +) )- -甘甘油油醛醛H HC CH HO OO OH HH HO OH HH

10、HO OH HH HO OH HC CH H2 2O OH HC CH H2 2O OH HO OH HO OH HH HO OH HH HO OH HC CH H2 2O OH H D D- -( (+ +) )- -葡葡萄萄糖糖 D D- -( (- -) )- -果果糖糖17.1.2 17.1.2 单糖的环状结构单糖的环状结构 变旋现象变旋现象：某些旋光性化合物的旋光度在放置过程中会逐：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。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，结晶葡萄糖有实验发现，结晶葡萄糖有2 2种。一种是从乙醇溶液

11、中析出种。一种是从乙醇溶液中析出的晶体（熔点的晶体（熔点146146），配成水溶液测得其比旋光度为），配成水溶液测得其比旋光度为+112+112度，通常称为度，通常称为-D-D-（+ +）- -葡萄糖，该水溶液在放置葡萄糖，该水溶液在放置过程中，其过程中，其比旋光度比旋光度逐渐下降到逐渐下降到+52.7+52.7度的度的恒定值恒定值； 另一种是从吡啶溶液中析出的晶体（熔点另一种是从吡啶溶液中析出的晶体（熔点150150），配成水溶液），配成水溶液测得其测得其比旋光度比旋光度为为+19+19度，称为度，称为-D-D-（+ +）- -葡萄糖，该水溶液在葡萄糖，该水溶液在放置过程中，比旋光度逐渐上升

12、到放置过程中，比旋光度逐渐上升到+52.7+52.7度的恒定值。度的恒定值。 上述实验现象用开链式结构难以解释。人们提出：葡萄糖具有分上述实验现象用开链式结构难以解释。人们提出：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。子内的醛基与醇羟基形成半缩醛的环状结构。 由于六元环最稳定，故由由于六元环最稳定，故由C5C5上的羟基与醛基进行加成，形成半缩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。一个氧原子。所以糖的这种环状结构又叫做氧环式结构。

13、O OO OH HO OH HO OH HO OH HC CH H2 2O OH H- -D D- -葡葡萄萄糖糖 3 36 6. .4 4H HC CH HO OO OH HH HO OH HH HO OH HH HO OH HC CH H2 2O OH H 1500, n 1500分子量测量方法：分子量测量方法： （哈武斯法）（哈武斯法）OOH3COH3COOCH3OH3COH3COH3COOCH3O四个甲基 三个甲基 三个甲基 四个甲基（C6H10O5)nH2OHn（D (+)吡喃葡萄糖）纤维素结构：纤维素结构： 多聚多聚D D(+)(+)葡萄糖，葡萄糖，1 1，4 4缩合，缩合，苷键，

14、苷键， 无支链直线分子无支链直线分子, , 平行排列成束平行排列成束( (分子间氢键）分子间氢键） 几个纤维素束绞在一起成几个纤维素束绞在一起成? ?结构。结构。OHOHOCH2OHHOOOHOCH2OHHOOOHOCH2OHHOOH()n应用：应用： 人造丝人造丝纤维素溶于纤维素溶于SchweizerSchweizer溶液（溶液（CuSOCuSO4 4在在2020氨水中）氨水中） 将人造丝铜氨溶液压过细孔，进入酸液将人造丝铜氨溶液压过细孔，进入酸液（又沉淀出纤维素（又沉淀出纤维素) )得到细丝得到细丝. .黄原酸纤维素：黄原酸纤维素：OHOH+2OOCuNH3NH3+ NH3 Cu(NH3)

15、4R OH + NaOH + CS2SROC SNaH2SO4粘纤维（再生） 火漆火漆： （封瓶口，特别适于医药、食品）（封瓶口，特别适于医药、食品）纤维素酯纤维素酯明胶明胶: :电影胶片电影胶片 照相底片照相底片 手性固定相手性固定相 火药棉火药棉 （硝化纤维）（硝化纤维）不同硝化程度不同硝化程度胶棉胶棉、喷漆喷漆赛璐珞赛璐珞: : 乒乓球、钮扣乒乓球、钮扣部分水解（二硝化）：部分水解（二硝化）：可燃、不爆可燃、不爆 造纸造纸a a 乙基纤维素乙基纤维素b b 羧甲基纤维素（羧甲基纤维素（CMCCMC） ROCHROCH2 2COONaCOONa 离子交换，生物大分子分离离子交换，生物大分子分离纤维素醚：纤维素醚：OHOH+ Ac2OOAcOAcOHOH+ HNO3ONO2ONO2二、淀粉二、淀粉大米大米 62628282 （57577575）小麦小麦 57577575玉米玉米 6565