第十四章 碳水化合物

《第十四章 碳水化合物》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第十四章碳水化合物 学习要求： 1．掌握葡萄糖、果糖的结构(开链式、环状哈武斯式)及其化学性质。 2．掌握还原性二糖和非还原性二糖在结构上和性质上的差异。 3．掌握淀粉和纤维素在结构上的主要区别和用途。 §14.1碳水化合物的涵义及分类  碳水化合物又称为糖类，是植物光合作用的产物，是一类重要的天然有机化合物，对于维持动植物的生命起着重要的作用。 14.1.1碳水化合物的涵义  糖——多羟基醛和多羟基酮及其缩合物，或水解后能产生多羟基醛、酮的一类有机化合物。因这类化合物都是由C、H、O三种元素组成，且都

2、符合Cn(H2O)m的通式，所以称之为碳水化合物。例如：葡萄糖的分子式为C6H12O6，可表示为C6(H2O)6，蔗糖的分子式为C12H22O11，可表示为C12(H2O)11等。但有的糖不符合碳水化合物的比例，例如：鼠李糖C5H12O5（甲基糖）；脱氧核糖C5H10O4。有些化合物的组成符合碳水化合物的比例，但不是糖。例如甲酸（CH2O）、乙酸（C2H4O2）、乳酸（C3H6O3）等。因此，最好还是叫做糖类较为合理。 14.1.2分类  根据其单元结构分为：  单糖——不能再水解的多羟基醛或多羟基酮。

3、  低聚糖——含2~10个单糖结构的缩合物。以二糖最为多见，如蔗糖、麦芽糖、乳糖等。  多糖——含10个以上单糖结构的缩合物。如淀粉、纤维素等。 14.1.3存在与来源  糖类化合物广泛存在于自然界，是植物进行光合作用的产物。植物在日光的作用下，在叶绿素催化下将空气中的二氧化碳和水转化成葡萄糖，并放出氧气： 　   葡萄糖在植物体内还进一步结合生成多糖——淀粉及纤维素。地球上每年由绿色植物经光合作用合成的糖类物质达数千亿吨。它既是构成掌握的组织基础，又是人类和动物赖以生存的物质基础，也为工业提供如粮、棉

4、麻、竹、木等众多的有机原料。我国物产丰富，许多特产均是含糖衍生物，具有特殊的药用功效，有待我们去研究、开发。 §14.2 单糖  单糖可根据分子中所含碳原子的数目分为戊糖、己糖等。自然界中存在最广泛的单糖是葡萄糖（多羟基醛）、果糖（多羟基酮）和核糖。我们以葡萄糖和果糖为代表来讨论单糖。 14.2.1单糖的结构 （一）、单糖的构造式  葡萄糖、果糖等的结构已在上个世纪由被誉为“糖化学之父”的费歇尔（Fischer）及哈沃斯（Haworth）等化学家的不懈努力而确定。   实验证明，葡萄糖的分子式为C6H1

5、2O6，为2，3，4，5，6，-五羟基己醛的基本结构。果糖为1，3，4，5，6，-五羟基己酮的基本结构。其构造式如下：　　　 （二）、单糖的构型  葡萄糖有四个手性碳原子，因此，它有24=16个对映异构体。所以，只测定糖的构造式是不够的，还必须确定它的构型。 1．相对构型的确定  糖的相对构型(D系列和L系列)是以D-(+)甘油醛和L-(-)甘油醛作为标准，将其进行与糖类化合物有关联的一系列反应联系，得到相应的糖类。这样糖类的相对构型也就可以确定了。例如，己醛糖的D型异构体与D-(+)甘油醛的关联见P5

6、81图18-1。  18世纪末，20世纪初，费歇尔（E•Fischer）首先对糖进行了系统的研究，确定了葡糖的结构。葡萄糖的构型如下： 　　　　  十六个己醛糖都经合得到，其中十二个是费歇尔一个人取得的（于1890年完成合成)。所以费歇尔被誉为“糖化学之父”。也因而获得了1802年的诺贝尔化学奖。（38岁出成果，50岁获诺贝尔化学奖） 2．构型的标记和表示方法（1）构型的标记   糖类的构型习惯用D/L名称进行标记。即编号最大的手性碳原子上OH在右边的为D型，OH在左边的为L型。八个D型的己醛糖的名称及

7、构型见P581，另有八个L型异构体。（2）构型的表示方法   糖的构型一般用费歇尔式表示，但为了书写方便，也可以写成省写式。其常见的几种表示方法为： 　　　   另一种表示方法是用楔型线表示指向纸平面的键，虚线表示指向纸平面后面的键。如D-(+)葡萄糖可表示为： 　　　   应当注意的是：碳链上的几个碳原子并不在一条直线上，着可从分子模型看出。把结构式横写更容易看出分子中各原子团之间的立体关系。 （三）、单糖的环状结构  单糖的开链结构是由它的一些性质而推出来的，因此，开链结构能说明单糖的许多化学性质，

8、但开链结构不能解释单糖的所有性质，如： ①不与品红醛试剂反应、与NaHSO4反应非常迟缓（这说明单糖分子内无典型的醛基）。 ②单糖只能与一分子醇生成缩醛（说明单糖是一个分子内半缩醛结构）。 ③变旋光现象，如： 葡萄糖晶体    常温下用乙醇结晶而得（α型）  高温下用醋酸结晶而得（β型） m.p                   146℃                          150℃ 新配溶液的[α]D          +