文档介绍：第一章绪论
主讲人:王康成教授
有机化学电子教案
第十八章碳水化合物
第一节碳水化合物的涵义及分类
一、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,(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。
二、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。
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。
三、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。
第二节单糖
一、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C6H12O6,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。

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。
19世纪末,20世纪初,费歇尔(E•Fischer)首先对糖进行了系统的
研究,确定了葡萄糖的结构。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
1902年的诺贝尔化学奖。(38岁出成果,50岁获诺贝尔化学奖)

(1)构型的标记
糖类的构型。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,这可从分
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,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)
146℃ 150℃
新配溶液的[α]D +112° +19°
新配溶液放置[α]D 逐渐减少至52° [α]D 逐渐增高至52°
由变旋现象说明,单糖并不是仅以开链式存在,还有其它的存在形式。
1925~1930年,由X射线等现代物理方法证明,葡萄糖主要是以氧环式(环
状半缩醛结构)存在的。