碳水化合物

单糖的立体化学
• 最简单的单糖是丙糖，包括甘油醛和二羟丙酮。其中 甘油醛含有1个手性C原子，因此具有对映异构体。在 甘油醛的Fischer投影结构式中，醛基画在最上方，羟 基位于左侧的甘油醛定为L-型，羟基位于右侧的甘油 醛定为D-型。
• 在各单糖的Fischer投影结构式之中，将编号最高的手 性C原子（距离羰基最远的手性C原子）与甘油醛上 的手性C原子进行比较，与D-型甘油醛一致的单糖就 是D-型单糖，反之就是L-单糖。D型和L型并不能告 诉我们一种单糖本身的旋光方向。
二羟丙酮和甘油醛的Fischer投影结构式
果糖的对应异构体
更多的立体化学
知道以下定义
• 在各种旋光异构体之中，互为镜像的一对异构体 称为对映异构体；
• 一个或一个以上的手性C原子构型相反，但并不 呈镜像关系的一对异构体称为非对映异构体；
• 只有一个手性C原子的构型不同的一对异构体称 为差向异构体，如D-葡萄糖与D-甘露糖，D-葡 萄糖与D-半乳糖就互为差向异构体。
来苏糖
Lyxose
Lyx
甘露糖
Mannose
Man
核糖
Ribose
Rib
葡萄糖酸
Gluconic acid
GlcA
葡萄糖醛酸
Glucuronic acid
GlcUA
半乳糖胺
Galactosamine
GalN
葡萄糖胺
Glucosamine
GlcN
N-乙酰半乳糖胺
N-Acetylgalatosamine
葡萄糖的差向异构体
需要熟悉的结构
• 葡萄糖： 是一种标准的六碳糖 • 半乳糖： 是葡萄糖的差向异构体 • 甘露糖： 是葡萄糖的差向异构体 • 核糖： 是一种标准的五碳糖 • 阿拉伯糖：是核糖的差向异构体 • 木糖： 是核糖的差向异构体 • 果糖： 是葡萄糖的酮糖形式
单糖的环状结构与异头体
• 醇羟基很容易与醛或酮形成半缩醛（或半缩酮）。
缩醛和缩酮反应
吡喃葡萄糖和呋喃果糖
Harworth式环状单糖结构的写法
D-葡萄糖的异头体结构
脱氧）核糖的环化
单糖的构象
• 以葡萄糖为例，其半缩醛环上的C-O-C 键角为111º，与环己烷的键角（109º） 相近，故葡萄糖的吡喃环和环己烷环相 似，也有椅式构象和船式构象，其中椅 式构象使各单键的扭张强度降低到最小 因而较稳定。在两种椅式结构之中，I 型上的-OH和-CH2OH这两种较大的基 团均为平伏键，所以在热力学上I型比II 型稳定。
• 根据各单糖的化学结构，丙糖以外的单糖可 看成是由丙糖衍生而来的，其中醛糖衍生于 甘油醛，酮糖衍生于二羟丙酮
常见的单糖或衍生物的名称和缩写
单糖或衍生物
英文全称
缩写
阿拉伯糖
Arabinose
Ara
果糖
Fructose
Fru
岩藻糖
Fucose
Fuc
半乳糖
Galactose
Gal
葡萄糖
Glucose
Glc
(还原糖) (还原糖) (还原糖)
Glcα(1→6)Glc Glcβ (1→4)Glc Glcβ (1→6)Glc
淀粉和糖原
支链淀粉和糖原 植物
某些植物
淀粉和糖原 中的二糖 单位
淀粉和糖原 分支
纤维素中的 二糖单位
植物的糖苷 组分
常见二糖的名称和结构
多糖
• 由多个单糖分子缩合而成的糖称为，其中由相同的单糖分子 组成的多糖称为同多糖，含有不同种单糖单位的多糖称为杂 多糖。多糖中最常见的单糖是D-葡萄糖，某些单糖的衍生 物也出现在某些多糖分子之中。
+52.7
36
β-D-葡萄糖
+18.7
+52wenku.baidu.com7
64
α-D-半乳糖
+150.7
+80.2
28
β-D-半乳糖
+52.8
+80.2
72
碱性条件的弱氧化
寡糖
• 也称为低聚糖，由2个～10个单糖分子缩 合并以糖苷键相连。在寡糖分子之中， 含有自由的异头体C的一端称为还原端， 异头体C参与形成糖苷键的一端称为非还 原端。
• 在书写寡糖的序列时，非还原端写在左 边，还原端写在右边，需要标明各单糖 单位的名称、构型、相互间的连接方式 和异头体的构型。
常见二糖的名称、结构、来源和生理功能
二糖
蔗糖 （sucrose）
乳糖 (lactose)
α,α-海藻糖 (trehalose)
性质 (非还原糖)
(还原糖) (非还原糖)
结构 Glcα (1→2)Fruβ
碳水化合物
纲要
• 碳水化合物的命名 • 单糖 • 寡糖 • 多糖
命名
• 糖是指多羟基醛或多羟基酮以及它们的 缩合物和某些衍生物。含有醛基的糖称 为醛糖，含有酮基的糖称为酮糖。根据 聚合度的不同，糖可以分为单糖、寡糖 和多糖。
单糖
• 单糖已不能再水解成更简单的糖单位。根据 碳原子的数目，可将单糖分为丙糖、丁糖、 戊糖、己糖和庚糖等。
• 直链的单糖分子在分子内也能够发生类似的反应，形成 环状结构，其中醛糖环化形成环式半缩醛，酮糖环化形 成环式半缩酮。
• 在单糖由直链结构变成环状结构以后，原来的羰基C原 子便成为一个新的手性中心，从而产生α和β两种差向异 构体。这种在半缩醛C上形成的差向异构体称为异头体 ，新出现的手性C称为异头体C。半缩醛羟基与编号最 高的手性C原子上的羟基具有相同取向的异头体称为α异 头体，反之就称为β异头体。由于β异头体比α异头体稳 定，因此在葡萄糖溶液之中，β-D-葡萄糖要比α-D-葡萄 糖多。
葡萄糖的椅式构象和船式构象
单糖的衍生物
• 在特定的酶催化下，单糖在体内可进行 各种修饰反应而形成一系列衍生物。常 见的衍生物包括：氨基糖；氧化糖；脱 氧糖；糖醇；糖苷。
单糖的反应性质
D-葡萄糖和D-半乳糖的变旋
单糖
α-异头体的旋光度 变旋后的旋光度 平衡时所占比例(%)
α-D-葡萄糖
+112.0
Galβ (1→4)Glc Glcα(1→1)Glcα
来源
生理功能
水果、种子、根和蜂 光合作用
蜜
的终产物
动物乳汁、某些植物 动物的能源
藻类、真菌和昆虫血 昆虫血糖
麦芽糖 (maltose)
(还原糖)
Glcα(1→4)Glc
异麦芽糖 (isomaltose)
纤维二糖 (cellobiose)
龙胆二糖 (gentiobiose)
GalNAc
N-乙酰葡萄糖胺
N-Acetylglucosamine
GlcNAc或NAG
胞壁酸
Muramic acid
N-乙酰胞壁酸
N-Acetylmuramic acid
MurNAc或NAM
N-神经氨酸（唾液酸）N-Acetylneuramic acid（Sialic acid）NeuNAc或Sia