第一章碳水化合物(单糖的结构和化学性质)

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糖类的化学性质pdf

引言：糖类是一类无色结晶固体，可溶于水，具有甜味的有机化合物。

它们在生物体内广泛存在，并在能量转化、生理功能和食品工业中扮演着重要角色。

本文将探讨糖类的化学性质，介绍其结构和性质，并对其在食品工业中的应用进行详细阐述。

概述：糖类是一类碳水化合物，由碳、氢、氧原子构成。

它们的基本化学式为（CnH2O）n，其中n代表糖分子中含有的碳原子数目。

糖类可分为单糖、双糖和多糖三大类。

单糖是糖类中最简单的单元，包括葡萄糖、果糖和半乳糖等；双糖由两个单糖分子通过酯或糖苷键相连，例如蔗糖和乳糖；多糖则由多个单糖分子经过缩合反应而形成，如淀粉和纤维素。

糖类具有多样的化学性质，包括酸碱性、还原性和缩合反应等。

正文内容：1.酸碱性糖类是含有羟基的化合物，可与酸或碱反应形成相应的盐。

它们能够与强酸和强碱反应，在适当条件下失去或获得羟基，形成盐。

此外，糖类还可以通过酸催化或酶催化反应形成酯。

1.1单糖的酸碱性单糖的酸碱性取决于其官能团和溶液pH值。

以葡萄糖为例，它具有一个羟基和一个醛基，可在强碱条件下脱去羟基，生成相应的醛盐。

1.2双糖和多糖的酸碱性双糖和多糖的酸碱性较弱，与其结构和分子量有关。

通常情况下，它们需要较高的酸碱浓度和温度才能进行反应。

2.还原性糖类具有还原性，即能够与氧化剂反应，发生氧化反应，自身被氧化并使氧化剂还原。

还原性来源于糖类分子中的羟基或醛基。

葡萄糖是一种典型的还原性糖，它能够与氧化剂如硝酸银反应，生成还原产物。

2.1还原糖呈阳性反应的糖被称为还原糖，如葡萄糖、果糖和半乳糖。

它们的结构中含有醛基或酮基。

2.2非还原糖呈阴性反应的糖被称为非还原糖，如蔗糖和乳糖。

它们的结构中的醛基或酮基被缩合反应所消耗。

3.缩合反应糖类分子中的羟基与醛基或酮基发生缩合反应，形成糖苷键。

缩合反应是糖类合成、降解和转化的重要反应。

例如，葡萄糖分子间的缩合反应形成淀粉分子。

3.1单糖缩合反应单糖的缩合反应一般在酸或酶催化下进行，生成双糖或多糖。

单糖的开链结构和构型

单糖的开链结构和构型单糖是一种最简单的碳水化合物，由一个单糖分子组成。

根据单糖分子的功能基团不同，单糖可以分为醛糖和酮糖两类。

单糖的开链结构和构型，对于了解碳水化合物的化学性质和生物活性具有重要意义。

本文将详细介绍单糖的开链结构和构型，并探讨其在生物体内的重要作用。

单糖的开链结构指的是单糖分子中碳骨架的直线排列。

根据开链结构的不同，单糖可分为醛糖和酮糖。

醛糖中，以一个乙醛基为功能基团，可将其分为2个亚类：半乳糖和全糖。

半乳糖中乙醛基位于内碳原子上，全糖中乙醛基位于末尾碳原子上。

酮糖中，以一个酮基为功能基团，可将其分为内酮糖和外酮糖。

内酮糖中酮基位于内碳原子上，外酮糖中酮基位于末尾碳原子上。

以葡萄糖为例，其开链结构如下所示：H─C─C─C─C─C─C─C─C─O─H││││││││H─OH─OH─OH─OH─OH─H─OH构型是指在空间中单糖分子的排列方式。

单糖分子由一个或多个手性中心组成，手性中心是指碳原子上有四个不同取代基团，从而导致立体异构体的生成。

最常见的单糖构型为D-和L-构型。

根据单糖的骨架，D-构型意味着羟基在最右边，而L-构型则意味着羟基在最左边。

目前研究表明，生物体内主要存在D-构型的单糖。

以葡萄糖为例，其D-构型的示意图如下所示：H─C─C─C─C─C─C─C─O─H││││││││OH─H─OH─OH─OH─OH─H─OH总结起来，单糖的开链结构和构型是指单糖分子中碳骨架的直线排列和在空间中的立体异构体。

通过研究单糖的开链结构和构型，我们可以更好地理解单糖在生物体内的重要作用，为疾病的治疗和预防提供理论依据。

1 糖类

• D-果糖C5上的羟基与C2的酮基加成形成五元环的为呋喃（型）果糖（Fructofuranose）
38% 0.02%
62%
D-葡萄糖在水溶液中主要以吡喃糖(pyranose) 存在，呋喃糖(furanose) 次之。
<0.5%
<0.5%
5 6
• D-果糖在水溶液中主要以呋喃糖存在，吡喃糖次之。
果糖酮糖
寡糖(oligo-)： oligo来自希腊文，意为少。
寡糖
(2-20)
能水解产生10-20个单糖分子的糖称为低聚糖
二糖：麦芽糖(maltose) 乳糖(lactose) 蔗糖(sucrose)
三糖：棉子糖四糖五糖
六糖
大部分单糖和寡糖都是结晶状化合物，溶于水，并有甜味。
多糖也是单糖的聚合物，有很长的链，其结构为线型或分支型。按照它们的结构可分为两大类。
对称碳原子的构型与D-甘油醛一致的就称其为D型糖，不一致的就是L型糖（DL要大写）。任何糖都可以看作是由甘油醛或二羟丙酮派生出来的。离醛基或离酮基最远的手性碳的羟基的方向来确定糖的DL构型。 • DL仅指一种构型，指以甘油醛为标准而确定的相对构型，不表示旋光方向。旋光方向是以（+）、（–）来加以表示的。
• 因此糖实际上应当称之为多羟基半缩醛和半缩酮。
Haworth投影式
异头碳羟基与末端羟甲基是反式的为α异头物，顺式为β异头物
吡喃糖和呋喃糖
• 开链的单糖形成环状半缩醛时，最容易出现五元环(呋喃）和六元环（吡喃）。
• D-葡萄糖C5上的羟基与C1的醛基加成生成六元环的为吡喃（型）葡萄糖（glucopyranose）。
均一多糖（同多糖）：一种单糖聚合而成,

第01章糖化学-2015

第一章
糖类化学
Saccharide,Carbohydrate
教学内容
概述
第一节第二节
糖类的概念、分类
单糖的结构与化学性质寡糖—重要的双糖
第三节
多糖
2
糖的概念及分类 (saccharide,carbohydrates)
一、糖的定义
一类多羟基醛、多羟基酮及其缩聚物或衍生物，习惯称碳水化合物
CHO H C OH CH2OH
2
：C5，参照甘油醛
D/L构型
HO
C1 *C

H距羰基最远的手性碳原子所连 O *C3 H H * 距羰基碳最 CHO H C4 OH CHO HO 的羟基在费歇尔投影式中的位置远的手性碳 *C H OH H HO 原子上的 H - HO 5 OH 右侧记为 D 、左侧记为 L 。 OH 位置 CH OH CH OH CH OH
52
直链淀粉（amylose），由葡萄糖以α-1，4-糖苷键连接而成，没有分支.
有两端还原端（reducing end）非还原端
G半缩醛羟基游离，能被碱性弱氧化剂氧化
半缩醛羟基已经形成糖苷键，（nonreducing end）能被碱性弱氧化剂氧化
53
支链淀粉（amylopectin）也由以α-1，4-糖苷键连接而成，不过每隔20-30个葡萄糖就出现一个分支，分支点的G以α-1，6-糖苷键连接。
葡萄糖
果糖
42
（五）异构反应
在细胞内，醛-酮异构反应是由酶催化进行的。
例如：
糖酵解的中间步骤之一。
43
（五）异构反应
2、差向异构反应：
仅一个手性碳原子构型不同的手性分子称为差向异构体（epimer）。

碳水化合物的分类与结构

碳水化合物的分类与结构碳水化合物（carbohydrates）是生物体内最常见的有机化合物之一，也是人们日常饮食中的主要能量来源。

它们以碳、氢和氧的化学元素组成，一般的化学式为（CH2O）n，其中n表示重复单元的个数。

碳水化合物按照分子大小和结构可以分为单糖、双糖和多糖，下面将对它们的分类和结构进行详细介绍。

一、单糖（Monosaccharides）单糖是碳水化合物中最简单的一类，并且不能被水解为更简单的糖类。

常见的单糖有三种，分别是葡萄糖、果糖和半乳糖。

1. 葡萄糖（Glucose）是人体内能量代谢的重要物质之一，它是一种六碳糖，化学式为C6H12O6，是人体细胞内呼吸的主要能源。

2. 果糖（Fructose）是水果、蜂蜜中富含的一种单糖，化学式同样为C6H12O6。

与葡萄糖相比，果糖甜度更高，但是人体对果糖的吸收利用需要经过肝脏的转化。

3. 半乳糖（Galactose）在天然状态下很少存在，通常以乳糖的形式存在于乳制品中。

它也是一种六碳糖，化学式同样为C6H12O6。

二、双糖（Disaccharides）双糖由两个单糖分子通过缩合反应而成，常见的双糖有三种，分别是蔗糖、乳糖和麦芽糖。

1. 蔗糖（Sucrose）是甘蔗和甜菜的主要成分，也是我们日常饮食中常见的糖分。

它由一个葡萄糖分子和一个果糖分子组成，化学式为C12H22O11。

2. 乳糖（Lactose）存在于乳制品中，由一个葡萄糖分子和一个半乳糖分子组成，化学式同样为C12H22O11。

3. 麦芽糖（Maltose）是麦芽中的主要成分，由两个葡萄糖分子组成，化学式同样为C12H22O11。

三、多糖（Polysaccharides）多糖由多个单糖分子缩合而成，是碳水化合物中分子量最大的一类。

常见的多糖有淀粉、糖原和纤维素。

1. 淀粉（Starch）是植物细胞中贮存能量的主要形式，主要存在于谷类、豆类等植物食物中。

淀粉由大量的葡萄糖分子通过α-1,4-键和α-1,6-键连接而成，化学式为（C6H10O5）n。

单糖的结构和性质PPT优秀资料

单糖分子在水溶液中具有链式和环式的互变所以旋光性也会发生变化直到达到平衡状态旋光度才不会发生变化这种现象叫变旋现象二单糖的化学性质1差向异构化用碱溶液处理单糖时能形成差向异构体的平衡体系这种作用叫差向异构化
第7章糖类和糖生物学
引言单糖的结构和性质重要的单糖和单糖衍生物寡糖多糖糖缀合物
细菌杂多糖
则叫某单糖苷。 α,α -海藻糖或叫海藻糖： α-G（ 1→ 1） α-G
（三）自然界中常见的双糖 • 麦芽糖： α-葡糖（ 1→4） α-葡糖（还原性糖） • 乳糖：β-半乳糖（ 1→4） α-葡糖（还原性糖） • 蔗糖： α-葡糖（ 1→2） β-果糖苷（非还原性糖） • α,α -海藻糖或叫海藻糖： α-G（ 1→ 1） α-G • 纤维二糖：β-葡糖（1→4） α-葡糖（还原性糖）
2、糖类的命名
（1）少数简单的单糖,根据官能团命名。
（2）糖类物质多用俗名,通俗名称往往与它的来源有关,如葡萄糖、果糖等。
（3）依据其碳原子数目命名，如丙糖，丁糖。
（4）有时把碳原子数目与羰基类型结合起来命名。丙醛糖，丁醛糖,丙酮糖,丁酮糖等.
三、单糖的结构和性质
（一）链状结构:单糖具链状结构。（二）单糖的环状结构
2（★、1单）单糖少残数基简糖间单连的的接单键糖重的,根类据型要官能团衍命名生。物：糖醇、糖醛酸、氨基糖、糖苷等。
1、糖的分类, 根据糖类的聚合度进行分类。 1、先写出非还原端单糖残基的名称，称为某糖基，并在其名称前写上O-，O表示连接键是通过氧原子。（2）糖类物质多用俗名,通俗名称往往与它的来源有关,如葡萄糖、果糖等。 3、参与形成糖苷键的两个碳原子的位置，常用箭头连接起来的两个序号表示。 3、寡糖中是否含有游离的异头碳，含游离异头碳的一端是还原端，另一端是非还原端。 α,α -海藻糖或叫海藻糖： α-G（ 1→ 1） α-G 变旋现象：单糖分子在水溶液中具有链式和环式的互变，所以旋光性也会发生变化，直到达到平衡状态，旋光度才不会发生变化，这种现象叫变旋现象戊糖： D-核糖、D-2-脱氧核糖、核酮糖和木酮糖。 1、糖的分类, 根据糖类的聚合度进行分类。

碳水化合物。单糖

• 下面分别介绍醛糖、酮糖和己糖与苯肼成脎过程：
醛糖（D-葡萄糖）
过量
酮糖
己糖
• 己糖与苯肼作用生成脎时，只是C-1HE C-2的基团发生反应。因此，凡C-3、C-4、C-5构型相同的己糖，所生成的脎都是相同的。
关于脎
• 脎都是不溶于水的亮黄色晶体，有一定的熔点。不同的糖脎，结晶形态不同，熔点也不同。正因为如此可以利用脎的生成对糖进行鉴定。
• 所以葡萄糖与甲醇生成的化合物就叫做甲基葡萄糖苷
• 葡萄糖在溶液中有α-和β-两种半缩醛结构。
• 因此与甲醇作用所生成的苷也有α-和β-两种。在糖苷分子中没有苷羟基。这种环状结构没有变旋光现象，也不具有羰基的特性。
• 糖苷的酸性水解：
（4）吡喃糖的构象
• 前边提到过D-葡萄糖水溶液中，β-D-葡萄糖含量比α-D-葡萄糖多，这是因为前者比后者稳定。而这种相对的稳定性与它们的构象有关。
• 为什么天然存在的单糖大多数是D型的？而且单糖中葡萄糖在自然界存在量最多，分布最广？例如自然界中的葡萄糖和果糖都是D型糖，这些都不是偶然的，下边再说。
（3）单糖的环状结构，变旋光现象和糖苷
• 葡萄糖的开链结构是由它的一些性质推导出来的，但是还有一些性质却与这种结构式不符合。例如：
• 1：葡萄糖在碱的存在下，与硫酸二甲酯作用，把五个羟基甲基化，生成的五甲基葡萄糖应该还有醛基的特性，但是实际上却没有；
• 在肝糖的生物合成和降解过程中的中间体：α-D-吡喃葡萄糖基磷酸酯和6-磷酸D-葡萄糖酯。
• 重要的化合物：核苷酸。
• 核苷酸是组成核酸的单体。
• 戊醛糖的核糖及2-脱氧核糖与某些碱性杂环化合物形成β-糖苷（生物化学上称为核苷），之后核苷的5位羟基与磷酸形成的酯既是核苷酸。

单糖

单糖糖类化合物亦称碳水化合物，是自然界存在最多、分布最广的一类重要的有机化合物。

葡萄糖、蔗糖、淀粉和纤维素等都属于糖类化合物。

糖类化合物是一切生物体维持生命活动所需能量的主要来源。

它不仅是营养物质，而且有些还具有特殊的生理活性。

例如：肝脏中的肝素有抗凝血作用；血型中的糖与免疫活性有关。

此外，核酸的组成成分中也含有糖类化合物——核糖和脱氧核糖。

因此，糖类化合物对医学来说，具有更重要的意义。

糖类化合物由C，H，O三种元素组成，分子中H和O的比例通常为2：1，与水分子中的比例一栗，可用通式Cm（H2O ）n表示。

因此，曾把这类化合物称为碳水化合物。

但是后来发现有些化合物按其构造和性质应属于糖类化合物，可是它们的组成并不符合Cm（H2O ）n 通式，如鼠李糖（C6H12O5）、脱氧核糖（C5H10O4）等；而有些化合物如乙酸（C2H4O2）、乳酸（C3H6O3）等，其组成虽符合通式Cm（H2O ）n，但结构与性质却与糖类化合物完全不同。

所以，碳水化合物这个名称并不确切，但因使用已久，迄今仍在沿用。

从化学构造上看，糖类化合物是多羟基醛、多羟基酮以及它们的缩合物。

糖类化合物可根据能还被水解及水解产物的情况分为三类。

单糖：不能水解的多羟基醛或多羟基酮。

如葡萄糖、果糖等。

二糖：水解后生成两分子单糖的糖。

如蔗糖、麦芽糖等。

多糖：能水解生成许多分子单糖的糖。

如淀粉、糖原、纤维素等。

糖类常根据其来源而用俗名。

第一节单糖单糖一般是含有3-6个碳原子的多羟基醛或多羟基酮。

最简单的单糖是甘油醛和二羟基丙酮。

按碳原子数目，单糖可分为丙糖、丁糖、戊糖、己糖等。

自然界的单糖主要是戊糖和己糖。

根据构造，单糖又可分为醛糖和酮糖。

多羟基醛称为醛糖，多羟基酮称为酮糖。

例如，葡萄糖为己醛糖，果糖为己酮糖。

单糖中最重要的与人们关系最密切的是葡萄糖等。

一、单糖的结构葡萄糖的分子式为C6H12O6，分子中含五个羟基和一个醛基，是己醛糖。

其中C-2，C-3，C-4和C-5是不同的手性碳原子，有16个（α4=16）具有旋光性的异构体，D-葡萄糖是其中之一。

有机化学——碳水化合物

CHO H HO H H OH H OH OH CH2OH
α – D–（+）–吡喃葡萄糖（）吡喃葡萄糖
m.p. 150 ℃ [α]D +17.5° °
m.p. 146℃ ℃ [α]D +113° °
D–（+）– 葡萄糖（）
[α]D +52.7° °
11
CHO H HO H H OH H OH OH CH2OH
HO HO HO CH2OH O
OH
β – D–（+）– 吡喃葡萄糖的稳定构象：葡萄糖的稳定构象（）吡喃葡萄糖
HOH2C HO HO OH
14
O OH
二. 单糖的反应 1. 还原反应
CHO OH HO OH OH
CH 2OH OH
NaBH4
HO OH OH CH 2OH
D–葡萄糖 CH 2 OH 葡萄糖
CHO CH NNHC6H5 NNHC6H5
CH2OH O
C6H5NHNH2
C6H5NHNH2
CH2OH
CH2OH
CH2OH
22
糖脎形成过程：糖脎形成过程：
RCH OH CH O
C6H5NHNH2 HOAc
RCH OH
CH NNHC6H5
互变异构
RC H O
CH NH NHC6H5
C6H5NH2 1,4-消除
CHO H OH CH2OH
CHO HO H CH2OH
D–(+)–甘油醛甘油醛
L–(–)–甘油醛甘油醛
7
己醛糖16种异构体：个型己醛糖种异构体：8个D–型，8个L–型种异构体个型
CHO
CHO

生物化学糖类(第一章)

2、化学性质：
• （1）异构化：弱碱或稀强碱可引起单糖的分子重排，通过烯醇化中间体转变。体内通过异构酶催化。
• （2）单糖的氧化（单糖的还原性） • 在碱性溶液中，醛基、酮基变成烯二醇，具还原性，能还原金属离子，如Cu2+、Ag+、Hg2+、Bi3+等，糖本身被氧化成醛糖酸及其他产物。 • Fehling试剂：酒石酸钾钠（柠檬酸钠），氢氧化钠（氢氧化钾），硫酸铜 Benedict试剂：柠檬酸、碳酸钠、硫酸铜
二、单糖的性质
• 1、物理性质 • 旋光性：几乎所有的单糖（二羟丙酮例外）及其衍生物都有旋光性。使偏振光振动面右旋的称为右旋物质用（+）表示，左旋的称为左旋物质用（-）表示。 • 比旋光值：是指单位浓度的物质在1 dm长的旋光管内，20℃ 钠光下的旋光值（或称比旋光度）用[α]20D 表示： • α× 100 • [α]20D = —————— • L × C • α：测定的旋光值；L：旋光管的长度，以分米（dm）表示；C：旋光物质水溶液的浓度，以g/100mL表示；20为20℃；D：表示钠光。λ：5890-5896A°。
在左边的为L-型。自然界中D-型单糖占优势。
• 构型是人为规定的，与异构体的旋光性无对应关系，包括旋光方向、旋光度。 • 书写时常用Fischer投影式表示。
由D-甘油醛衍生的 C4-C6单糖：
由D-酮糖衍生的单糖：
• 单糖分子中存在n个不对称（手性）碳原子，则形成2n个异构体。例如：碳原子数不对称碳原子数n（异构体数2n）醛糖酮糖三碳糖甘油醛1（2）二羟丙酮0（0）四碳糖赤藓糖2（4）赤藓酮糖1（2）五碳糖核糖3（8）核酮糖2（4）六碳糖葡萄糖4（16）果糖3（8） • 对映体（对称异构体）（antipode）：两种不能重叠而互为镜像的异构体.对映体之间只有旋光方向的不同，其他理化性质没有差异。 • 单糖分子的D-型和L-型互为对映体，含n个C*的化合物，组成2n/2对对映体。

生物化学第1章糖类

右旋糖苷是酵母和细菌的贮存多糖。
6 琼脂
agar
琼脂俗称洋菜，是从红藻类石花菜属及其他属的某些海藻中提取出来的一种多糖混合物，从琼脂中分离出两个组分，一个称为琼脂糖（agarose），另一个称为琼脂胶。琼脂糖是琼脂的主要成分，它是由D-吡喃半乳糖和3,6脱水-L-吡喃半乳糖两个单位交替组成的线性链。琼脂胶是琼脂糖的衍生物，单糖残基不同程度地被硫酸基、甲氧基、丙酮酸等所取代。其实琼脂糖只是含这些取代基最少的琼脂组分。琼脂是多种具有相同主链但不同程度被荷负电基团取代的多糖混合物。
寡糖结合到蛋白质上形成糖蛋白。许多膜内在蛋
白和分泌蛋白是糖蛋白。组成糖链的单糖种类、数量、单糖的构型、单糖之间的连接方式等不同，可以组成天文数字的不同结构的分子（或糖蛋白的组分），非常适合成为具有特
定意义的信息分子，发挥各种生物学功能。
糖蛋白中的组成糖链的单糖残基通常有Fuc、Gal、
Man、 GalNAc、and Sia（or NeuNAc）。
amylopectin
支链淀粉分支处的连接
淀粉与碘的显色反应
由于α－1,4连接，淀粉分子中的每个葡萄糖残基与下一个残基都成一定角度。根据X射线衍射分析，直链淀粉的二级结构是一个左手螺旋，每圈螺旋含 6 个残基，螺距 0.8nm ，直径 1.4nm 。碘分子正好能嵌入螺旋中心，每圈可容纳一个碘分子（I 2），通过朝向圈内的羟基氧（提供未共享电子对）和碘（提供空轨道）之间的相互作用形成稳定的深蓝色淀粉－碘络合物。产生特征性的蓝色需要约 36 个即 6 圈葡萄糖残基。支链淀粉螺旋（约25～30个残基）中的短串碘分子比直链淀粉螺旋中的长串碘分子吸收更短波长的光，因此支链淀粉遇碘呈紫色到紫红色。

生物化学第一章糖的结构和功能

三、单糖的结构
1、单糖的链状结构
经分子量和组分测定，确定葡萄糖分子式为（CH2O)6 。另外葡萄糖与乙酸酐共热，形成结晶的五乙酸酯，说明葡萄糖含有5 个羟基。其次与无水氢氰酸加成、水解、HI加成生成正庚酸。确定葡萄糖的结构。
CHO
HCOH HOCH HCOH H CN HCOH CH2OH 葡萄糖
HO CN CH
( CHOH ) 4 CH2O H
O H2
CO OH ( CHOH ) 5 CH 2O H
HI
CO OH ( C H) 5 CH3
H+
正庚酸
2、D系单糖和L系单糖
除二羟丙酮外，所有单糖均含有手性碳。
旋光异构体数目2n，组成2
n
/2个对映体。
所有醛糖可以看成是甘油醛醛基下端插入C*延伸而成，酮糖由二羟丙酮衍生而来。 CHO 单糖的构型是指分子中离羰基碳最远的那个手性碳原子的构型
2
CH O C H4 OH
2
OHC
1 4H
OH
1
HO
C
3CH 2
3
C H2 OH
S－甘油醛的投影式
纽曼式（S－甘油醛）
CHO HCOH HOCH HCOH HCOH
D－葡萄糖
CH2OH
D－葡萄糖的4个手性碳原子：C2、C3、C4、C5的构型分别是R，S，R，R，因此，D－葡萄糖的可称为 2R,3S,4R,5R－2,3,4,5,6五羟－己醛或 2R,3S,4R,5R －己醛糖。
糖类的概念和分类单糖的构型、结构、构象自然界存在的重要单糖及其衍生物寡糖多糖多糖代表物糖复合物
一、糖类(carbohydrate)的结构与功能
最初，糖类化合物用Cn(H2O)m表示，统称碳水化合物。鼠李糖及岩藻糖（C6H12O5)、脱氧核糖（C5H10O4) 甲醛（CH2O)、乳酸（C3H6O3)、乙酸（C2H4O2) 定义：糖类是多羟基的醛或多羟基酮及其缩聚物和某些衍生物的总称。

生物化学学习题碳水化合物的分类及结构

生物化学学习题碳水化合物的分类及结构碳水化合物是生物体内的重要有机化合物，其分类及结构对于学习生物化学具有重要的意义。

本文将介绍碳水化合物的分类及其结构，并通过多个学习题来加深对碳水化合物的理解。

一、碳水化合物的分类碳水化合物主要根据其化学结构和功能分类，一般可分为单糖、双糖和多糖三大类。

1. 单糖单糖是由一个糖基组成的最简单的碳水化合物，也被称为简单糖。

按照碳原子的数目，单糖可以分为三种：三碳糖（如甘露糖）、五碳糖（如葡萄糖）和六碳糖（如果糖）。

2. 双糖双糖由两个单糖分子通过糖基键连接而成。

常见的双糖有蔗糖（由葡萄糖和果糖组成）、乳糖（由葡萄糖和半乳糖组成）等。

3. 多糖多糖由多个单糖分子通过糖基键连接而成，其分子量较大。

多糖在生物体内起到能量储存和结构支持的作用。

常见的多糖有淀粉（由大量葡萄糖分子组成）、纤维素（由β-葡聚糖组成）等。

二、碳水化合物的结构碳水化合物的结构通常由碳骨架和官能团组成。

1. 碳骨架碳骨架是指碳原子通过共价键连接起来形成的链或环。

碳骨架可以是直链、支链或环状的。

其中，碳链的长度可以有不同的碳原子数目，从而形成不同的单糖。

2. 官能团官能团是指分子中具有一定化学性质和功能的基团，其中包括羟基（-OH）、羰基（C=O）等。

官能团的存在使得碳水化合物具有一系列特定的化学性质和功能。

三、碳水化合物的学习题1. 请写出以下三种单糖的分子式和名称：- 三碳糖- 五碳糖- 六碳糖2. 完成以下双糖的式子：- 蔗糖 = 葡萄糖 + ？- 乳糖 = 葡萄糖 + ？3. 请写出以下多糖的名称：- 由大量葡萄糖分子组成的多糖- 由β-葡聚糖组成的多糖4. 请画出以下单糖的结构式：- 葡萄糖- 果糖5. 请写出以下官能团的化学式和名称：- 羟基- 羰基这些学习题旨在帮助读者巩固对于碳水化合物分类及结构的理解，希望对于学习生物化学和深入了解碳水化合物有所帮助。

通过对碳水化合物的分类及结构的学习，我们可以更好地理解其在生物体内的重要作用，为进一步学习生物化学打下坚实的基础。

糖类化合物

α
D
112。 19。
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22
无论哪一种，其水溶液的旋光度均发生改变，最后达到一个定值+52.7° ，这种变化可用右图表示：
α
D
时间
象这种单糖溶液的[α]D随时间的变化而改变，最后达到一个定值的现象，叫做变旋光现象变旋光现象。变旋光现象
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（b）D-（+）-葡萄糖不能与NaHSO3发生加成（与醛的性质不符）。（c）在HCl存在下，葡萄糖与甲醇作用仅生成一分子加成产物（醛可以与两分子醇作用），形成的甲基-D-葡萄糖苷有两种结构，它们都没有变旋光现象。 mp 165℃ [α]=+158° 甲基-α-D-葡萄糖苷 mp 107℃ [α]=-33° 甲基-β-D-葡萄糖苷
CHO H OH H OH CH2OH 赤藓糖
HNO3
COOH H OH H OH COOH
无旋光性内消旋体
故： OH 在右边
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在这方面的研究，德国化学家最为突出，在这方面的研究，德国化学家Fischer最为突出，为最为突出此曾获1902年Nobel化学奖。经研究确定，葡萄糖具有化学奖。此曾获年化学奖经研究确定，下面的构型：下面的构型：
CHO H OH HO H H OH H OH 6 CH2OH Fischer 投影式 2R , 3S ,4R , 5R - 2,3,4,5 -五羟基己醛
1
简写成
那么，若用标记法又如何进行标记呢？那么，若用D / L 标记法又如何进行标记呢？
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CHO H OH HO H H OH H OH CH2OH
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2

碳水化合物的分类

碳水化合物的分类碳水化合物是一类由碳、氢和氧元素组成的有机化合物。

根据化学结构和生物学功能的不同，碳水化合物可以分为单糖、双糖和多糖三类。

下面将对每一类进行详细的介绍。

单糖是由3至7个碳原子组成的简单糖类化合物。

最常见的单糖是葡萄糖、果糖和半乳糖。

单糖是生物体内的主要能量来源，同时也是构建和维持细胞结构的重要组成部分。

单糖可以通过光合作用合成，也可以从食物中摄取。

单糖具有甜味，易溶于水，在生物体内发挥重要的生理作用。

双糖由两个单糖分子通过糖基键连接而成。

常见的双糖包括蔗糖、乳糖和麦芽糖。

蔗糖由葡萄糖和果糖分子组成，是一种广泛存在于植物中的可溶性碳水化合物。

乳糖由葡萄糖和半乳糖分子组成，主要存在于乳制品中。

麦芽糖由两个葡萄糖分子组成，是麦芽中的主要糖分。

双糖需要被消化酶分解成单糖，才能被生物体吸收和利用。

多糖是由多个单糖分子通过糖基键连接而成的复杂糖类化合物。

多糖分子的链状结构可以有不同的分支和空间构型。

多糖可以是直链型或支链型，可以是均聚糖（由相同单糖分子组成）或寡聚糖（由2至10个单糖分子组成）。

常见的多糖包括淀粉、纤维素和糖原。

淀粉是植物细胞中的主要储能物质，由大量葡萄糖分子组成，可以提供人体所需的能量。

纤维素是植物细胞壁的主要组分，由大量葡萄糖分子通过β-1,4-糖基键连接而成，具有结构性及保持肠道健康的功能。

糖原是动物细胞内的主要储能物质，结构与淀粉类似，但分支较多。

除了以上三类常见的碳水化合物，还存在一些特殊的糖类化合物。

例如，核酸中的脱氧核糖和核糖是构建DNA和RNA的重要组成部分。

另外，辅酶和共酶中也含有一些特殊的糖类结构。

这些特殊的糖类化合物在细胞代谢和生物学过程中发挥重要的作用。

总结起来，碳水化合物可以根据化学结构和生物学功能的不同分为单糖、双糖、多糖以及一些特殊的糖类化合物。

这些不同类别的碳水化合物在生物体内发挥着重要的能量来源、结构构建和调节代谢等功能，对维持生命活动至关重要。

第一章碳水化合物单糖的结构和化学性质

向下；Fischer 式中在垂直碳链左边的羟基，在 Haworth 式中则向上；碳链卷曲，C5旋转120°
a - forms —— 半缩醛羟基与决定糖构型的碳原子（C5）上的CH2OH处在碳链的异侧 b - forms —— 半缩醛羟基与决定糖构型的碳原子（C5）上的CH2OH处在碳链的同侧。
糖类化合物——多羟基的醛或多羟基酮及其缩聚物、衍生物的总称。
二、糖的分类（Classifications）
1. 单糖（monosaccharide）及其衍生物：所谓单糖，即不能再被简单地水解成为更小的糖分子的糖。
2. 寡糖（oligosaccharide）也称低聚糖，一般可看作是由两个到十个左右的单糖失水而成的糖类。如蔗糖是一个寡糖（双糖），水解后，得到一分子果糖和一分子葡萄糖。
反应条件: ① H2 / Ni ② NaBH4 (硼氢化钠)
葡萄糖
葡萄糖醇
果糖
甘露糖醇
注：酮糖被还原成两个同分异构体的羟基醇
6、脎的形成(Osazone Formation)
CHO
CHO
CH2OH
HCNNHPh
OH HO
O
NNHPh
HO
HO
HO
HO
OH
OH
OH3PhNHNH2
OH +PhNH2+NH3+2H2O
糖淀粉的转化
水果这种后熟现象和谷粒、块茎及根中的糖转化成淀粉的过程正好相反。
大多数植物源食物中只含有少量的游离糖，
通常食用的谷物也只含有少量的游离糖，大部分游
2、淀粉在水溶液中的溶解性很小，它对食品的甜味没有贡献，只有水解成低聚糖或葡萄糖才对食品的甜味有贡献。
离糖输送至种子中并转变为淀粉。 6、某些多糖或寡糖具有特定的生理功能，是保健食品的主要活性成分

第一章糖类化学

鉴定戊糖，常用来测RNA含量
糠醛或糠醛衍生物
蒽酮
蓝绿色
F弱碱的作用：异构化弱碱作用下，葡萄糖、果糖和甘露糖三者都可通过烯醇化而相互转化。
HO H
O C
H
Ba(OH)2
CHOH C OH
Ba(OH)
2
C C
H O
H C OH
CH2OH
CH2OH
烯二醇
不同的糠醛或糠醛衍生物能与酚类物质作用产生特有颜色反应，可用作糖的鉴定。
OH
OH
OH
CH3
OH
HO
OH
HO
OH
α- 萘酚
间苯二酚
间苯三酚
甲基间苯二酚
A．Molisch’s test （莫利希试验）
糖
浓H2SO4 脱水
糠醛或糠醛衍生物
α- 萘酚
紫色
鉴定糖类的共同反应
B．Seliwanoff’s test （西里瓦诺夫试验）鉴定酮糖浓HCl，间苯二酚
误认为是碳与水的化合物，故称碳水化合物。
糖类概念
糖类的现代概念
是多羟基醛或酮及其聚合物和衍生物的总称。
有些糖类物质，如：鼠李糖：C6H12O5；脱氧核糖：
C5H10O4；
非糖的物质：甲醛CH2O、乳酸C3H6O3；
有些糖类化合物：除C、H、O外，还有N、S、P。
糖类分布及生物学功能
吡喃 -D-吡喃葡萄糖 -D-呋喃葡萄糖
呋喃
-D-吡喃果糖
-D-呋喃果糖
吡喃型和呋喃型的D-葡萄糖和D-果糖（Haworth式）
Fisher式变为Haworth式
Fisher投影式改为Haworth透视式遵循的原则：

第一章(碳水化合物)

第二节碳水化合物
从食品中大量摄取的碳水化合物有淀粉、蔗糖、乳糖和纤维素，除纤维素外，它们作为能量来源对营养来说是至关重要的。
纤维素不能作为能源利用吗？
第二节碳水化合物一、单糖及相关化合物
（一）单糖（例如：葡萄糖、果糖）
单糖是碳水化合物的最小组成单位．它们不能进一步水解，是带有醛基或酮基的多元醇。
食品中低聚糖，有双糖和三糖，双糖由两个单糖缩合而成。其单体组成可以是同种，也可以是不同种的。食品中常见的双糖有海藻糖型和麦芽糖型二类。
二、低聚糖
（一）蔗糖
蔗糖广泛分布于植物的果实和汁液中，它是高能量食物的主要成分。蔗糖可以形成多面的单斜结晶，如果缓缓结晶可以形成大的棱柱体，其熔点为 160。15℃时，蔗糖溶于其重量1/3的水中，可形成澄清、无色糖浆。蔗糖仅微溶于乙醇。蔗糖不能直接发酵，仅当酵母转化酶作用时，可将它分解为它的构成组分。
三、碳水化合物的性质
（三）结晶作用
糖的特征之一是能形成晶体，糖溶液越纯就越容易结晶，非还原性低聚相对容易给晶，某些还原性糖，由于同分异构产生内在
“ 不纯”而难结晶。混合糖比单一的糖难结晶
。蔗糖的结晶速度受到溶液的浓度、温度、杂质的性质和浓度等因素的影响。
第二节碳水化合物
四、多糖
多糖是由重复两个单糖分子间的糖苷键，经过低聚糖，可以得到高分子量的高聚物。食品中多糖有二类，一是食物构成所含有的，另是为了改良或稳定食品物理化学性质、品种而添加的。食物的多糖是动、植物的来源物质。多糖包含了淀粉一类的廉价能源物质，从摄取量上说，也多于食物中其它的成分。
（八）氨基多糖
2. 糖胺聚糖糖胺聚糖也曾称为粘多糖，是一种长而不分支的多糖链，含有许多酸性基因，具有粘稠性。

01-糖类(第一章)

• （4）单糖的成脎作用：单糖的醛基或酮基可与苯肼、氢氰酸、羟氨等起加合作用。
• 糖脎相当稳定且不溶于水，是黄色晶体。D-葡萄糖、 D-甘露糖、D-果糖生成同一种糖脎。从糖脎的形状、熔点可鉴别糖的种类。
• （5）成酯作用：单糖的一切羟基包括异头碳羟基都可与酸结合形成酯。
• 生物体内单糖与磷酸生成各种磷酸酯，如G-6-P、G-1-P、 F-1-P、F-1,6-2P等。
• 单糖由直链结构变成环状结构后，羰基碳原子成为新的手性中心，转变为不对称碳原子，称为异头碳，由此又产生一对异构体，称为异头物。 • 异头碳（anomeric carbon）：环化单糖中氧化数最高的碳原子。 • 异头物（anomer）：仅在异头碳上具有不同构型的糖分子的两种异构体。 • 异头碳的羟基与最末的手性碳原子的羟基具有相同取向的异构体为α-异头物，相反取向的为β异头物。 • α-异头物与β-异头物不是对映体。
Haworth式
书写规则： 1、Fischer式左边的基团写在环的上方，右边的基团写在环的下方； 2、环外碳在上方的为D 型，在下方的为L型； 3、异头碳羟基与末端羟甲基呈反式的为α型，顺式的为β型； 4、酮糖的第1位碳及其基团写在环平面上的为 α型，环平面下的为β 型。
• 3、单糖的构象 • 构象（conformation）：有机化合物结构中一切原子沿共价键转动而产生的不同空间结构。构象的改变不涉及共价键的断裂和形成。 • 单糖由于成环后各原子的旋转受到一定牵制，可折叠成椅式和船式两种构象。椅式较稳定，在水溶液中椅式和船式可互变。
• 异头物在水溶液中通过直链（开链）形式互变（差向异构化），经一定时间达到平衡，这是产生变旋的原因。
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36%