18 碳水化合物PPT课件
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糖的半缩醛氧环式结构不能反映出各个基团的相对空间位 置。为了更清楚地反映糖的氧环式结构，哈沃斯透视式是最直 观的表示方法。
第十八章 碳水化合物
1. 概论 2. 单糖的结构 3. 单糖的反应 4. 二糖 5. 多糖
03.12.2020
1
学习目的和要求：
1 、掌握D—系列单糖的重要物质及化学性质。 2 、理解单糖的环状结构和链状结构以及差向异化
作用和变旋原理。 3、了解几种碳水化合物（葡萄糖、果糖、蔗糖以及
淀粉、纤维素）的重要性质和用途。
18-2-1 单糖的开链结构
葡萄糖是开链的五羟基己醛
03.12.2020
醛糖
5
结构的确定：
葡萄糖： 1. 碳氢定量分析，实验式 CH2O 2. 经分子量测定，确定分子式为C6H12O6. 3. 能起银镜反应，能与一分子HCN加成，与一分子NH2OH缩合
成肟，说明它有一个羰基。 4. 能酰基化生成酯。乙酰化后再水解，一分子酰基化后的
03.12.2020
11
三个到六个碳原子的所有D型醛糖的投影式和名称
03.12.2020
12
•
差向异构体：像这样含有多个手性碳原子的异构
体中相应的手性碳原子只有一个构型不同，其余构型
都相同，这种异构体称为差向异构体。这里是C2构
型不同,所以称为C2差向异构体。
03.12.2020
13
18-2-3 单糖的环状结构、变旋光现象和糖苷
03.12.2020
+、- 表示旋光方向
8
己糖醛则有24=16种立体异构体. 天然葡萄糖通过化学方法已经确定具有如下的构型:
CHO
H
OH
HO
H
H
OH
★
H
OH
CH 2 OH
葡萄糖的名称是（2R，3S，4R，5R）-2，3，4，5，6-五羟基己醛
03.12.2020
9
• （2）构型的表示方法- D-L标记法表示
糖的构型一般用费歇尔式表示
通过与标准物质的反应联系，一系列化合物的相对构型也 就可确定了。凡分子中离羰基最远的手性碳原子的构型，与D甘油醛的构型相同的碳水化合物，其构型属于D型。反之，则属 于L型。
03.12.2020
10
单糖的投影式也常用较简单的式子表示. 例如D-葡萄糖:
天然存在的单糖大多数是D型的。例如自然界中 的葡萄糖和果糖都是D型糖。
重点：葡萄糖的结构、构型和构象、D—系列单糖 的化学性质
难点：单糖的环状结构和链状结构
03.12.2020
2
18-1 碳水化合物的概念
碳水化合物又称为糖类。它们是一类重要的天然 有机化合物碳水化合物含有碳、氢、氧三种元素. 例如，纤维素、淀粉、葡萄糖、果糖、肝糖等等
从化学结构上来看，碳水化合物是多羟基醛或 多羟基酮，或者是通过水解能生成多羟基醛（或酮） 的化合物。
（1）问题的提出
开链结构式虽说明了糖的许多化学性质，但有些性质 与此结构不符：
A、葡萄糖在碱性条件下与硫酸二甲酯作用，即转化成五甲基葡 萄糖，无醛的特性；将其水解，只有一个甲氧基容易水解掉， 从而生成四甲基葡萄糖，其有醛的特性。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）。
B、不与品红醛试剂反应、与NaHSO3反应非常迟缓（这说明单糖 分子内无典型的醛基）。
可以用通式Cx(H2O)y来表示 例如:葡萄糖C6H12O6可以写成 C6(H2O)6
蔗糖C12H22O11可以写成 C12(H2O)11
有些不符合上述通式（例如鼠李糖C6H12O5)
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3
自然界中存在的碳水化合物都具有旋光性，并且 一对对映体中只有一个异构体天然存在。
如：在自然界中只有右旋的葡萄糖存在, 左旋的葡萄糖是没有的。
碳水化合物的分类：
碳水化合物根据结构和性质，可以分为单糖、低 聚糖和多糖三类.
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4
18-2 单糖的结构
葡萄糖——存在于葡萄汁和其他果汁中，以及植物的 根、茎、页等部位。动物血液中也含有葡萄糖。天然 葡萄糖为右旋糖。 果糖——大量存在于水果和蜂蜜中。天然果糖是左旋 糖，是常见糖中最甜的糖。 核糖、2-脱氧核糖——是核酸的组成部分。
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C、 变旋光现象：葡萄糖是具有旋光性的物质，但 其新配制的溶液的旋光性随时间有变化。
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 [α]D +112°
+19°
放置 [α]D 逐渐减少至52° 逐渐增高至52°
03.12.2020
±äÐýÏÖÏó 15
• 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。
环状结构的α构型和β构型
H OH C
O
CH2OH α型
37% 112°
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
H
O
C
OH
HO
OH
OH
CH2OH
开链式
0.1%
HO H C O
CH2OH β型 63%
19°
52°
α构型——生成的半缩醛羟基与决定单糖构型的羟基在同侧。 β构型——生成的半缩醛羟基与决定单糖构型的羟基在异侧。 α-型糖与β-型糖是一对非对映体
03.12.2020
16
（2）环状结构与开链结构的互变异构
D-葡萄糖的环状结构是C-1醛基和C-5羟基形成半 缩醛的结果。
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17
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18
D-葡萄糖有两种：α-D-葡萄糖和β-D-葡萄糖
于50℃以下的水溶液中结晶:
α-D-葡萄糖，熔点146℃，比旋光度+112°
β-D-葡萄糖，熔点150℃，比旋光度+18.7°
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19
(3)环状结构的哈沃斯式(Haworth)透视式
葡萄糖可得五分子乙酸，说明分子中有五个羟基。 5. 葡萄糖用钠汞齐还原后得己六醇；己六醇用HI彻底还原
得正己烷。这说明葡萄糖是直链化合物。
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6
C2H C * H C * H C * H C * C HHO C2H C * H C * H C * H CC2H
OH OO HO HO HH OH OO HO HO HOH
葡 萄 糖
果 糖
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7
18-2-2 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。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
CHO
CHO
H
dextro
右旋
OH CH2OH
HO
H
CH2OH Levo 左旋
D-（+）-甘油醛
L-（-）-甘油醛
第十八章 碳水化合物
1. 概论 2. 单糖的结构 3. 单糖的反应 4. 二糖 5. 多糖
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1
学习目的和要求：
1 、掌握D—系列单糖的重要物质及化学性质。 2 、理解单糖的环状结构和链状结构以及差向异化
作用和变旋原理。 3、了解几种碳水化合物（葡萄糖、果糖、蔗糖以及
淀粉、纤维素）的重要性质和用途。
18-2-1 单糖的开链结构
葡萄糖是开链的五羟基己醛
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醛糖
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结构的确定：
葡萄糖： 1. 碳氢定量分析，实验式 CH2O 2. 经分子量测定，确定分子式为C6H12O6. 3. 能起银镜反应，能与一分子HCN加成，与一分子NH2OH缩合
成肟，说明它有一个羰基。 4. 能酰基化生成酯。乙酰化后再水解，一分子酰基化后的
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三个到六个碳原子的所有D型醛糖的投影式和名称
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12
•
差向异构体：像这样含有多个手性碳原子的异构
体中相应的手性碳原子只有一个构型不同，其余构型
都相同，这种异构体称为差向异构体。这里是C2构
型不同,所以称为C2差向异构体。
03.12.2020
13
18-2-3 单糖的环状结构、变旋光现象和糖苷
03.12.2020
+、- 表示旋光方向
8
己糖醛则有24=16种立体异构体. 天然葡萄糖通过化学方法已经确定具有如下的构型:
CHO
H
OH
HO
H
H
OH
★
H
OH
CH 2 OH
葡萄糖的名称是（2R，3S，4R，5R）-2，3，4，5，6-五羟基己醛
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• （2）构型的表示方法- D-L标记法表示
糖的构型一般用费歇尔式表示
通过与标准物质的反应联系，一系列化合物的相对构型也 就可确定了。凡分子中离羰基最远的手性碳原子的构型，与D甘油醛的构型相同的碳水化合物，其构型属于D型。反之，则属 于L型。
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单糖的投影式也常用较简单的式子表示. 例如D-葡萄糖:
天然存在的单糖大多数是D型的。例如自然界中 的葡萄糖和果糖都是D型糖。
重点：葡萄糖的结构、构型和构象、D—系列单糖 的化学性质
难点：单糖的环状结构和链状结构
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18-1 碳水化合物的概念
碳水化合物又称为糖类。它们是一类重要的天然 有机化合物碳水化合物含有碳、氢、氧三种元素. 例如，纤维素、淀粉、葡萄糖、果糖、肝糖等等
从化学结构上来看，碳水化合物是多羟基醛或 多羟基酮，或者是通过水解能生成多羟基醛（或酮） 的化合物。
（1）问题的提出
开链结构式虽说明了糖的许多化学性质，但有些性质 与此结构不符：
A、葡萄糖在碱性条件下与硫酸二甲酯作用，即转化成五甲基葡 萄糖，无醛的特性；将其水解，只有一个甲氧基容易水解掉， 从而生成四甲基葡萄糖，其有醛的特性。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）。
B、不与品红醛试剂反应、与NaHSO3反应非常迟缓（这说明单糖 分子内无典型的醛基）。
可以用通式Cx(H2O)y来表示 例如:葡萄糖C6H12O6可以写成 C6(H2O)6
蔗糖C12H22O11可以写成 C12(H2O)11
有些不符合上述通式（例如鼠李糖C6H12O5)
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自然界中存在的碳水化合物都具有旋光性，并且 一对对映体中只有一个异构体天然存在。
如：在自然界中只有右旋的葡萄糖存在, 左旋的葡萄糖是没有的。
碳水化合物的分类：
碳水化合物根据结构和性质，可以分为单糖、低 聚糖和多糖三类.
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18-2 单糖的结构
葡萄糖——存在于葡萄汁和其他果汁中，以及植物的 根、茎、页等部位。动物血液中也含有葡萄糖。天然 葡萄糖为右旋糖。 果糖——大量存在于水果和蜂蜜中。天然果糖是左旋 糖，是常见糖中最甜的糖。 核糖、2-脱氧核糖——是核酸的组成部分。
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C、 变旋光现象：葡萄糖是具有旋光性的物质，但 其新配制的溶液的旋光性随时间有变化。
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 [α]D +112°
+19°
放置 [α]D 逐渐减少至52° 逐渐增高至52°
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±äÐýÏÖÏó 15
• 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。
环状结构的α构型和β构型
H OH C
O
CH2OH α型
37% 112°
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
H
O
C
OH
HO
OH
OH
CH2OH
开链式
0.1%
HO H C O
CH2OH β型 63%
19°
52°
α构型——生成的半缩醛羟基与决定单糖构型的羟基在同侧。 β构型——生成的半缩醛羟基与决定单糖构型的羟基在异侧。 α-型糖与β-型糖是一对非对映体
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（2）环状结构与开链结构的互变异构
D-葡萄糖的环状结构是C-1醛基和C-5羟基形成半 缩醛的结果。
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18
D-葡萄糖有两种：α-D-葡萄糖和β-D-葡萄糖
于50℃以下的水溶液中结晶:
α-D-葡萄糖，熔点146℃，比旋光度+112°
β-D-葡萄糖，熔点150℃，比旋光度+18.7°
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(3)环状结构的哈沃斯式(Haworth)透视式
葡萄糖可得五分子乙酸，说明分子中有五个羟基。 5. 葡萄糖用钠汞齐还原后得己六醇；己六醇用HI彻底还原
得正己烷。这说明葡萄糖是直链化合物。
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C2H C * H C * H C * H C * C HHO C2H C * H C * H C * H CC2H
OH OO HO HO HH OH OO HO HO HOH
葡 萄 糖
果 糖
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18-2-2 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。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
CHO
CHO
H
dextro
右旋
OH CH2OH
HO
H
CH2OH Levo 左旋
D-（+）-甘油醛
L-（-）-甘油醛