单糖组成成分检测及应用案例

单糖组成成分检测及应用案例--青岛科标生物实验室

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。单糖是构成各种糖分子的基本单位，天然存在的单糖一般都是D型。在糖通式中，单糖的n是从3-7的整数。单糖既可以环式结构形式存在，也可以开链形式存在。

结构

单糖的环状结构和链状结构

1．单糖的链状结构

确定链状结构的方法（葡萄糖）：

2．单糖的环状结构

在溶液中，含有4个以上碳原子的单糖主要以环状结构。

单糖分子中的羟基能与醛基或酮基可逆缩合成环状的半缩醛(emiacetal)。环化后，羰基C 就成为一个手性C原子称为端异构性碳原子(anomeric carbon atom)，环化后形成的两种非对映异构体称为端基异构体，或头异构体(anomer)，分别称为α-型及β-型头异构体。

环状结构一般用Haworth结构式表示：

用Fischer投影式表示环状结构很不方便。Haworth结构式比Fischer投影式更能正确反映糖分子中的键角和键长度。转化方法：

①画一个五圆或六圆环

②从氧原子右侧的端基碳(anomerio carbon)开始，画上半缩醛羟基，在Fischer投影式中右侧的居环下，左侧居环上。

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。存在于自然界中的葡萄糖其费歇尔投影中，四个手性碳原子除C-3上的-OH在左边外，其它的手性碳原子上的-OH都在右边。

单糖构型的确定仍沿用D/L法。这种方法只考虑与羰基相距最远的一个手性碳的构型，此手性碳上的羟基在右边的D型，在左边的L型。自然界存在的单糖多属D型糖。

葡萄糖的环状结构和变旋现象

结晶葡萄糖有两种，一种是从乙醇中结晶出来的，熔点146℃。它的新配溶液的[α]D为+112°，此溶液在放置过程中，比旋光度逐渐下降，达到+52.17°以后维持不变；另一种是从吡啶中结晶出来的，熔点150℃，新配溶液的[α]D为+18.7°，此溶液在放置过程中，比旋光度逐渐上升，也达到+52.7°以后维持不变。糖在溶液中，比旋光度自行转变为定值的现象称为变旋现象。显然葡萄糖的开链结构不能解释此现象。

从葡萄糖的开链结构可见，它既具有醛基，也有醇羟基，因此在分子内部可以形成环状的半缩醛。

成环时，葡萄糖的羰基与C-5上的羟基经加成反应形成稳定的六元环。葡萄糖分子虽然具有醛基，但在反应性能上与一般的醛有许多差异，例如对NaHSO3的加成非常缓慢，其原因是在溶液中，葡萄糖几乎以环状的半缩醛结构存在的缘故。

成环后，使原来的羰基碳原子（C-1）变成了手性碳原子，C-1上新形成的半缩醛羟基在空间的排布方式有两种可能。半缩醛羟基与决定单糖构型的羟基（C-5上的羟基）在碳链同侧的叫做α型，在异侧的称为β型。α型和β型是非对映异构体。它们的不同点是C-1上的构型，因此又称为异头物（端基异构体）。它们的熔点和比旋光度都不同。

葡萄糖的变旋现象，就是由于开链结构与环状结构形成平衡体系过程中的比旋光度变化所引

起的。在溶液中α-D-葡萄糖可转变为开链式结构，再由开链结构转变为β-D-葡萄糖；同样β-D-葡萄糖也变转变为开链式结构，再转变为α-D-葡萄糖。经过一段时间后，三种异构体达到平衡，形成一个互变异构平衡体系，其比旋光度亦不再改变。

不仅葡萄有变旋现象，凡能形成环状结构的单糖，都会产生变旋现象。

环状结构的哈沃斯式和构象式

上述直立的环状费歇尔投影式，虽然可以表示单糖的环状结构，但还不能确切地反映单糖分子中各原子或原子团的空间排布。为此哈沃斯提出用透视式来表示。哈沃斯将直立环式改写成平面的环式。因为葡萄糖的环式结构是由五个碳原子和一个氧原子组成的杂环，它与杂环化合物中的吡喃相似，故称作吡喃糖。连在环上的原子或原子团分别写在环的上方和下方以表示其位置的排布。

书写哈斯沃式时常省略成环的碳原子，并把朝前面的三个C-C键用粗实线表示。

对D型葡萄糖来说，直立环式右侧的羟基，在哈斯式中处在环平面下方；直立环式中左侧的羟基，在环平面的上方。成环时，为了使C-5上的羟基与醛基接近。C（4）-C（5）单键须旋转120°。因此，D型糖末端的羟甲基即在环平面的上方了。C-1上新形成的半缩醛羟基在环平面下方者为α型；在环平面上方者称为β型。

事实丰，形成吡喃环的各个原子，并不完全在一个平面上，而是以较稳定的椅型构象存在。因此，为了更合理地反映其结构，现常用构象式来表示。

α-D- 吡喃葡萄糖除C-1上的-OH连在α键上，其它三个碳上的-OH和-CH2OH都连在e 键上，而β-D吡喃葡萄糖C-1上的-OH及所有比较大的原子团（-OH，-CH2OH）都连在e键上，因而β型的构象更为稳定。故在溶液中达到平衡时，β型占64%，而α型仅占36%。构型

单糖的构型（configuration）：D型和L型链状结构,

一种异构体使平面偏振光的偏振面沿顺时针方向偏转，称为右旋光性物质，用+表示。另一种异构体则使平面偏振光的编振面沿逆时针编转，称左旋光性物质，用-表示。