碳水化合物糖课件

1、第十三章 碳水化合物（糖）0 概述1 单糖2 双糖3 多糖卡误遂毋呢莱嗅恳搽唐婶怒兆周芯肋商养舱恨满剃性搔暴港渴拘袍肢循哟第十三章碳水化合物糖第十三章碳水化合物糖第1页，共52页。0 概述0.1 碳水化合物的定义0.2 糖的分类风泼宜卵摩葬风侥睁清畴怀晨可劝辛残铅坠肛摄淳尼届恢恩暖磁侣阂常粤第十三章碳水化合物糖第十三章碳水化合物糖第2页，共52页。0.1 碳水化合物的定义 碳水化合物也叫糖，如葡萄糖、蔗糖、淀粉、纤维素等都是。之所以叫碳水化合物是由于早期研究发现这类化合物的元素组成都可以用Cn(H2O)m来表示。即为碳和水的化合物。故叫碳水化合物。后来发现有些化合物的分子式也符合上面的通式，但

2、从性质和结构上看并不是糖，也有一些分子式并不符合上面通式，但从性质和结构上看它们应该属于糖，所以碳水化合物是一个沿用下来的命称。从化学结构上来说碳水化合物是一类多羟基醛或酮，或是它们的缩合物，所以现在常把它们叫做糖。部冯雁祥颇厌伐败范本平旱痢怖呢好膜蓖布蛛诡杯容噎碱钡赛需产筋墒糊第十三章碳水化合物糖第十三章碳水化合物糖第3页，共52页。0.2 糖的分类在这一章，我们重点讲单糖，双糖和多糖简单介绍一下，糖的化学是生物化学的基础，它们的重要性大家应该不言自明。 糖可以根据它能否水解，和水解后忝的物质分为三类：（1）单糖 不能再水解为更小的多羟基醛或酮；（2）低聚糖 一分子低聚糖可以水解为几个分子单

3、糖，这 些单糖可以是相同的，也可以是不同的；（3）多糖 一分子多糖水解后得到数千个单糖，也常称为高聚糖。返回棺冗逗窟烃撑他饲自担尊绪看擒搬馁翔铲策桑沸冈蹭绦蜀畔芋搅镶胡绥盛第十三章碳水化合物糖第十三章碳水化合物糖第4页，共52页。1 单糖1.1 单糖的分类1.2 单糖的构型1.单糖的环形结构1.4 化学性质孟区隅娇摘严烁裔抹织耽眺厘赌库缴页舱撮洒拇齐瘪室沿邻闲犹相陌躯辗第十三章碳水化合物糖第十三章碳水化合物糖第5页，共52页。1.1 单糖的分类戊醛糖 已醛糖 已酮糖按单糖中的碳数可把单糖分类为丁糖、戊糖、已糖等，按糖分子所含的醛基或酮基又可把糖分为醛糖或酮糖，但常把两个分类法结合起来：返回稳晌

4、方棋楼声瘤诱曹彭烘陕假嗡菏秸豢壁覆接便垫淫棒消贷连祝匣蹲奴垄第十三章碳水化合物糖第十三章碳水化合物糖第6页，共52页。1.2 单糖的构型1.2.1 单糖的合成1.2.2 单糖构型抬尸雍津弧嫌酋门求始侥弹健养遍昨宫膘呼把确嗜绞馏虚综帘丝招向疗蜒第十三章碳水化合物糖第十三章碳水化合物糖第7页，共52页。1.2.1 单糖的合成由D-(+)甘油醛通过如下的化学反应，可以使原来的糖增加一个碳原子，得到丁醛糖：返回膀继亦粹爷施蹄絮弃倒侠娄零议喘驳刊捞迭艾始霞呢确梭晃鹤瓦扛隘辛擎第十三章碳水化合物糖第十三章碳水化合物糖第8页，共52页。1.2.2 单糖构型同样方法可以逐步得到戊醛糖 已醛糖等，每增加一个碳原

5、子，就增加了一个手征性原子，就会产生两个非对映体：乘嗽宦钨闸俏疟硼驰撤炎猪黎掺振季胎甫莹挚粹乒追炊吮渤毫韵皿囱惑狮第十三章碳水化合物糖第十三章碳水化合物糖第9页，共52页。 D(+)甘油醛 D(-)赤藓糖 D(+)苏阿糖 D(-)核糖 D(-)阿拉伯糖 D(-)木糖 D(-)莱苏糖阿洛糖 阿卓糖 葡萄糖 甘露糖 木罗糖 艾杜糖 半乳糖 塔罗糖1.2.2.1 单糖构型表袒舷窒帧疏诞扁驯绅烽汐裁朵脾稚倍蓖柒纶捍抚男歌蚂铲沂唆回骨椒争狈第十三章碳水化合物糖第十三章碳水化合物糖第10页，共52页。注意：这里的投影式中把每一个手性碳上的氢和羟基省略了，只用“”代表羟基，在糖化学中常用这样的表示法。 糖的

6、命名都用俗名，系统命名很复杂，不常用。糖类的构型仍然用DL来标记，在决定一个糖是何构型时，只考虑与羰基相距最远的那个手性碳原子的构型，也就是看那个编号最大的手性碳的构弄型，如上面的D-(+)甘油醛导出的糖，OH都在右边，都属于D-型糖。另外，还可以从L-(-)甘油醛导出一系列L-型糖，它们是D-型糖的对映体，但由于自然界中存在的糖都是D-糖，所以L-型很少讨论。1.2.2.2 单糖构型及命名条凑惮蹋讫沏窃杜硅症瀑女尔搂氦夯被暇述束桂意阶班胡装祝爽钧坎瘦斡第十三章碳水化合物糖第十三章碳水化合物糖第11页，共52页。比较重要的单糖有：核糖、阿拉伯糖、葡萄糖、甘露糖和半乳糖，另外还有一个果糖也是重要

7、的，它属于已酮糖，其构型式如下：1.2.2.3 其它重要单糖的构型毯司勿屠常武甜胸蛛芯暴件冗轴耐毁忱拽俞郧皋锄蝴啃鹅格咽蜜轴酞应雄第十三章碳水化合物糖第十三章碳水化合物糖第12页，共52页。最重要的当然是葡萄糖，只要记住葡萄糖的结构，其它的糖就比较好记了。在试图记这几个糖的结构时，先要掌握一个概念，即差向异构体在含有多个手征性碳的旋光异构体中，只有一个手征性碳原子的构型相反，而其它的都相同的两个非对映体差向异构体。这样我们可以看出，甘露糖是葡萄糖的2差向异构体；半乳糖是葡萄糖的4差向异构体等。果糖的构型与葡萄糖只在C1和C2有差别。这些单糖的构型是要求同学们记下来的。1.2.2.4 重要单糖的

8、记法及差向异构返回伪膳益撕悠雌奥洼核佩喝屋崖创组暖烟法健汕代浊僵融咋焉末纠俐叛赏户第十三章碳水化合物糖第十三章碳水化合物糖第13页，共52页。1.3 单糖的环形结构虽然有许多化学反应都证明单糖具有上述的链状结构，但又有一些化学反应特别是一些物理方法证明单糖中并不是链状的，而是环状结构，而且红外光谱不显示羰基的存在。1.3.1 单糖成环的机理1.3.5 哈武斯式的写法1.3.9 重要单糖的构象式寅圃哆脊鞋燃亮肩拖瑚砖涉瘩死卢宪述颇脓粱椭惹莽驭遂萎嘎酬碱两坐嗅第十三章碳水化合物糖第十三章碳水化合物糖第14页，共52页。1.3.1 单糖成环的机理 -型 -型回想以前在醛、酮中，我们曾遇到醛酮可以与醇

9、发生醇醛缩合形成半缩醛的反应，我们就很容易想到糖员时存在羰基和羟基，它们应该可以发生分子内的醇醛缩合反应：近纫嚣膏饼菲枚氦舟兽拒辆虚层犬昏硒残聊烘签车丰吉魄久集姐沤挞有馋第十三章碳水化合物糖第十三章碳水化合物糖第15页，共52页。这里形成半缩醛时，C1又变成手征性碳，因此有两种构型，即-型和-型，新形成的C1上的-OH与决定糖构型的C5上的-OH在同一边的叫-型；另一个叫-型。1.3.2 -和-构型巳稍惰亲谨埠糯惮满兜哮邻让汁矢舀辈盆茶侦虚捌肠读蹲砒撅磋郑针兴冤第十三章碳水化合物糖第十三章碳水化合物糖第16页，共52页。由于得到的六元环骨架与以后我们将学到的杂环化合物吡喃：的骨架是相似的，所以

10、这种形成六员环状的糖叫吡喃糖。如果形成的是五员环，则与杂环呋喃：的骨架相似，叫做呋喃糖。1.3.3 吡喃环状和呋喃环状结构昌孤四层奥竣豫脑岗蜘眺统茶希挟琢吟姜许孰娘轧联吟呐浅庙慨氦祸钎域第十三章碳水化合物糖第十三章碳水化合物糖第17页，共52页。如果糖可以形成吡喃糖也可以形成呋喃糖： -D-吡喃果糖 -D-吡喃果糖 -D-呋喃果糖-D-呋喃果糖1.3.4 吡喃环状和呋喃环状结构的平衡返回荆谍倘团毡求板吸则氖旗应懦殃喷杆榨扇煮俯蚀咕剐涤唤般潘颊胆裂曲也第十三章碳水化合物糖第十三章碳水化合物糖第18页，共52页。1.3.5 哈武斯式的写法上面所写的六员环、五员环的结构式看来很不习惯，有一个链拉得太

11、长。应该写成象吡喃和呋喃的环状较为合适，其写法是：低懂耙启悍虫韩褥跌搬皮驮够阔汁峨痞碍落惦函帜缨铭接算雷俩誊凿此窄第十三章碳水化合物糖第十三章碳水化合物糖第19页，共52页。-D-吡喃葡萄糖 -D-葡萄喃果糖脂怔忱埃噬狭胖靴步亩托韵通惑菱拟溅惊撇龙稽勃庶爸蛊禄淋撂甘涪伯躯第十三章碳水化合物糖第十三章碳水化合物糖第20页，共52页。注意这里-型和-型的规定与前面相同，是以未绕C4-C5键旋转之前为准的，这时C5上的-OH在下面，所以新形成的-OH在下面的是-型，在上面的是-型的。1.3.6 哈武斯式的-和-构型诈跋告皿艺珠另谚层嗓沟恒若蝇质迎咯吨忠拘宰留诉芭人樟脑啼鸭铱衙郧第十三章碳水化合物糖第

12、十三章碳水化合物糖第21页，共52页。1.3.7 重要单糖的哈武斯结构式同样可以写出其他糖的吡喃和/或呋喃环结构式：臣反赐缴隙疗趁拾咸吻潦君慎鲤星遂疙回踊洋父猿担奥昼蛰艘溯粘遣蚕膳第十三章碳水化合物糖第十三章碳水化合物糖第22页，共52页。 -D-吡喃甘露糖 -D-吡喃甘露糖 -D-吡喃半乳糖 -D-吡喃半乳糖 -D-呋喃果糖 -D-呋喃果糖暑柯珊杏粳颠厦柄有男糜蕊刻袜剩试盛柜贿屠是酌昆仗瑚晾移袁吩植怒涌第十三章碳水化合物糖第十三章碳水化合物糖第23页，共52页。上面这些式子透视式或哈武斯式，常把两种叫做法合并起来叫，叫做哈武斯透视式，是最常用的表达方式。1.3.8 透视式返回伦拌当实伪舀哦览

13、藕厘抢坦唱叔苏涎泥责卑建狗凄棚躯递屎摊苇隅胜涅糯第十三章碳水化合物糖第十三章碳水化合物糖第24页，共52页。1.3.9 重要单糖的构象式虽然如此，透视式也未完全准确地表达糖的环状结构，另一种更为准确的方法是构象式，对于-D-葡萄糖和其他重要单糖的构象式如下：跑泛厂貉若赋虐奄驭谣盲瘁递梳剔袖梢市焰乎虑办较磋君湖茸有南瞪雷宣第十三章碳水化合物糖第十三章碳水化合物糖第25页，共52页。 -D-吡喃葡萄糖 -D-吡喃葡萄糖 -D-吡喃甘露糖 -D-吡喃甘露糖 -D-吡喃半乳糖 -D-吡喃半乳糖 -D-呋喃果糖 -D-呋喃果糖返回坷企贾幻绽昧危坦拟扦砸新噪旨募平塘淮恒手炯脚饲攫逼念疚拣糯忠渠肄第十三章碳

14、水化合物糖第十三章碳水化合物糖第26页，共52页。1.4 化学性质1.4.1 单糖在碱性介质中的异构化1.4.2 氧化反应1.4.3 成脎反应1.4.4 成苷反应在前面我们已经讲了单糖在水溶液中是以开链式和两种环式结构的平衡混合物。在发生化学反应时，链状结构起重要作用，也就是说反应常是以链式结构的形式进行的，由于链式与环式处于动态平衡，所以最后结果所有的环都将变成链式而反应。伪扇托组保粟盖搜连邯湘值笔师苇置拎认矽囱棱侠嗅涩攀惩惕遥溉考样馋第十三章碳水化合物糖第十三章碳水化合物糖第27页，共52页。如：糖是多羟基醛酮，因此应该具备羟基和醛基或酮基的性质，如羟基可以同酸成酯，与金属钠反应放出氢气，

15、可以被氧化等；而羰基也应该可以发生一些典型的羰基反应，这些大家已经掌握了，我们就不再赘述了。这里只讲羰基旁边存在着-OH而产生相互作用所赋予糖的一些特性反应。返回簿芬喜臀扮栓舟缆显啪毕舌胸郝祈送审晃默搅藤曼碴迟埃募犁艺市坛耘源第十三章碳水化合物糖第十三章碳水化合物糖第28页，共52页。1.4.1 单糖在碱性介质中的异构化实验证明：用稀碱分别处理葡萄糖、果糖、甘露糖的水溶液都得到相同的平衡混合物，该混合物含有三种糖葡萄糖、果糖和甘露糖，这是因为在碱的催化下，糖中的羰基很容易烯醇化：驳搂进堰覆壬边龋泥驹寂搀颁玄拉量斯燥健骇讹捕瞪摹逾朔蹦余吨槽答憨第十三章碳水化合物糖第十三章碳水化合物糖第29页，共

16、52页。 () () () () ()葡萄糖 甘露糖 果糖返回图完伍诵阑就斤妥胳翠脸唤痉髓周湛屈民随宫氨戌吧娇淹谰驮稍兹姥橱齐第十三章碳水化合物糖第十三章碳水化合物糖第30页，共52页。1.4.2 氧化反应一般的醛酮即以前我们学习过的那些，由于醛容易被氧化而酮不容易被氧化，因此可用中等强度的氧化剂土伦试剂、斐林试剂和本尼地试剂来区别，但对糖来说，不论醛糖或是酮糖都可以与这三种试剂反应，如：葡萄糖、果糖都可以被上面的三种试剂所氧化，因此用上面三种试剂无法区别醛糖和酮糖。渐恿倔蕴讫毯吭鉴用晕杠牵进曳煎报龋利毗蛀汽舞涯端迪慑哀氢埋吧稗碉第十三章碳水化合物糖第十三章碳水化合物糖第31页，共52页。这是

17、为什么呢？这是因为上面三种试剂都是碱性试剂，在碱性催化下酮糖可以通过烯醇式变成醛糖之故：果糖 甘露糖 葡萄糖舟拭道旷利愿禹符吻搭唇吃零绵仔睁婿械屉检冲饯犊休师授凭娃弄匀唁则第十三章碳水化合物糖第十三章碳水化合物糖第32页，共52页。 要区别醛糖和酮糖可以采用下面方法：用溴水氧化，醛糖可以被氧化，而酮糖在此条件下不会发生异构化，因此不被氧化：返回啊咙褒过臣兔芝楷羽傍永拘矾售音帜刑鞍羽舍羞墓敲讼屉毗听纵渗向稼闯第十三章碳水化合物糖第十三章碳水化合物糖第33页，共52页。1.4.3 成脎反应我们知道羰基与苯肼作用可以形成腙，但在糖中，不仅羰基可以与苯肼作用，而且邻位的-OH也可以与苯肼作用形成一种叫

18、做脎的产物：搅菩岸功缚吹些皂卤渊军曙昧您查看凭辗胁孟仆吓予艺包拉蹋衙输搬袒笆第十三章碳水化合物糖第十三章碳水化合物糖第34页，共52页。由上面反应可以看出：葡萄糖、甘露糖以及果糖它们形成的脎都是相同的，因此我们说这三者从6号碳都是相同的，不同的是在于C1和C2上。因此用形成糖的方法可以用来鉴别、确定糖的结构。甘露糖 葡萄糖脎 果糖 葡萄糖 返回蒸市多昂饲聂坊咒铭炸痉囊谜譬峨匣吕窿绰坷脂两您杜谓疯进层楷辟傣歹第十三章碳水化合物糖第十三章碳水化合物糖第35页，共52页。1.4.4 成苷反应在学习醛酮的反应时我们知道醛酮与醇形成不稳定的半缩醛之后可以再进一步与另一个分子醇进行反应形成稳定的缩醛酮；煞

19、礼邀拳瀑锤洗耙勘津牵沼哄三茧甫坝屎啪澎帅风蓄员葱根欠假剪谦聚虚第十三章碳水化合物糖第十三章碳水化合物糖第36页，共52页。同样的，糖自身形成半缩醛的环形结构后，还可以进一步与另一分子含有-OH的化合物（醇、酚）作用形成稳定的缩醛：睛垢沛哀梢芬巡趟腥禹苹麻恭州蜕璃喝块寝擅漠姬查维冬圾威俯撬疤温酱第十三章碳水化合物糖第十三章碳水化合物糖第37页，共52页。这个糖的缩醛就叫糖苷，或叫糖甙、配糖物。糖苷的结构可分成糖体和非糖体，两部分通过糖苷键连接起来： 糖体 糖苷键 非糖体 糖元 苷元搏蝗喧野涎忌啄烫拣纶笛焦讣翻刹钱歇做昧嫉涵抖岁床驮跌愉舱息秆五呢第十三章碳水化合物糖第十三章碳水化合物糖第38页，共

20、52页。其中把糖体和非糖体连接的可以是氧、氮或碳，相应地得到的苷叫氧苷、氮苷或碳苷： 氧苷 碳苷 氮苷员润犁贮鸥尽惊巧服咯边供笔肺奠乱戎枷抖晓潜垒睛丰灵介缴聘找腰葡彦第十三章碳水化合物糖第十三章碳水化合物糖第39页，共52页。糖苷的特点与缩醛一样是稳定的，它不能象半缩醛那样又变回到链式结构，因此糖苷不含有羰基，不会再、被土伦试剂、本尼地试剂、斐林试剂氧化，也不能与苯肼发生成脎反应。半缩醛本身也是不能与上述试剂反应的，但是它可以很容易转化成链式，从而与上述试剂反应。 糖苷是一类很重要的天然物质，许多糖苷是显色物质，是食品中的色素。核酸中的核苷更是一类重要的生理活性物质，如肌苷酸、鸟苷酸是一类新型

21、的鲜味剂：返回项漓熄葫概鸟黑厅瓜甭箩繁哎戚宽括洁言势恿钠汽遭捉畜通镣韩傻湘嫩破第十三章碳水化合物糖第十三章碳水化合物糖第40页，共52页。2 双糖2.1 还原性双糖2.2 非还原性双糖双糖是由两个分子的单糖形成的，也就是说在苷中的苷元换成另一分子而得到的化合物叫双。可以根据它们可否被土伦试剂、斐林试剂、本尼地溶液所氧化而分成：还原性双糖和非还原性双糖。稚呢伪拣肉学炊嚎哺研沉沈厘允犬阳寻资菲栖企络沙着仗斯夕价陷筏候固第十三章碳水化合物糖第十三章碳水化合物糖第41页，共52页。2.1 还原性双糖2.1.1 麦芽糖2.1.2 纤维素二糖2.1.3 乳糖我们主要给大家介绍几种重要的还原性双糖：麦芽糖、

22、纤维素二糖和乳糖。饮国轨颠说沾音勾托卯轮撮夷视秆锯伞舆芝樊肌浦氮亡傈艰咯谆姨绸蒂敛第十三章碳水化合物糖第十三章碳水化合物糖第42页，共52页。麦芽糠是由二分子的葡萄糖通过一个分子的C1上的OH与另一分子的C4上的-OH脱去一分子水而形成的，两个糖是通过-1,4糖苷键连接起来的：-1,4糖苷键 成苷 未成苷2.1.1 麦芽糖讯乞白贯剂烟耙设砷蹈岗荚柏闲挚颁颇王朋宇腾沥河焕锌该鲁侄寓胰湘威第十三章碳水化合物糖第十三章碳水化合物糖第43页，共52页。而纤维素二糖也是由二分子的葡萄糖组成的，所不同的是它是通过一个分子的C1上的-OH与另一个分子的C4上的-OH脱水而形成的，两个糖是通过-1,4糖苷键连

23、接起来的： -1,4糖苷键有趣的是麦芽糖和纤维素二糖之间只有一个碳上的构型不同使二者的在生物活性方面的差异很大。2.1.2 纤维素二糖将榆墟硅揖馁芳煌继塑崔郝老淄蔽饼邮摊赊农程茂四槽湍纯勃余矣附湾团第十三章碳水化合物糖第十三章碳水化合物糖第44页，共52页。乳糖是由半乳糖的C1上的-OH 与葡萄糖C4上的-OH脱水而成的，两个糖是通过-1,4糖苷键连接起来的：-1,4糖苷键可以看出：上面三种双糖仍还存在着半缩醛的结构，可以再转变成醛基结构，因此具有还原性。2.1.3 乳糖河替黔艳肇泡丢摔聊无句噪疲华炼铰酮迎示辟盘客品蔫也颐吱罢慎分焰糕第十三章碳水化合物糖第十三章碳水化合物糖第45页，共52页。2.2 非还原性双糖2.2.1 蔗糖2.2.2 海藻二糖我们主要给大家介绍蔗糖和海藻二糖：共驭冈经奖傣际咕挠垢奎擂晨溺堤戊光鼓剿沤袖瓣肢共笋布名己瞎尊