文档介绍：第十九章碳水化合物
学习要求:
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。
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。
掌握淀粉和纤维素在结构上的主要区别和用途。
§ 19-1 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。
碳水化合物是最大的而且分布最广的一类天然产物,几乎存在于所有生物体中。
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。
§ 19-2 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。
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。
[实验现象]:
①起银镜反应,说明有醛基。
②与NH2OH缩合,说明有羰基。
③和酸酐酰基化生成酯,酯水解后可得5分子乙酸,说明有5个羟基
④葡萄糖还原生成已六醇再还原成正已烷。说明是直链。
⑤加成后水解生成六羟基酸,再被还原后得到正庚烷,进一步说明了羰基在链端,是醛基。
⑥用⑤的方法处理果糖,其最后的产物是2-甲基已酸。因此说明果糖的羰基在第二个碳上。
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。

①相对构型:人为规定的标准。
D/L法:以甘油醛作为标准,和C*相连的-OH在右边的为D构型,在左边的为L构型。
D、L只表示构型,(+)、(-)表示旋光方向,两者之间没有必然的联系。
其它旋光物质可通过化学方法转变与甘油醛联系起来。

②绝对构型:真实存在的构型。
D/L构型因为是人为规定的,其它是根据甘油醛的构型而定的,所以称为相对构型。1951年测得了甘油醛的真实构型和原人为规定的构型恰巧完全符合,因此原来的相对构型也是真实构型,这种真实构型又称绝对构型。
、L系列——相对构型
十六个己醛糖都经合成得到,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,着可从分子模型看出。把结构式横写更容易看出分子中