化学竞赛-第14章生物3碳水化合物

这两种分类方法常结合使用。如核糖是戊
醛糖，果糖是己酮糖等。
戊醛糖、己醛糖和己酮糖分布最为普遍。
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一、碳水化合物及其分类
4、常见的单糖
⑴葡萄糖
葡萄糖以游离状态存在于葡萄等水果和蜂
蜜中，是麦芽糖、蔗糖等低聚糖及淀粉、纤维
素等多糖的组成部分。
也存在于人的血液中----血糖。血糖对人的
生存是极其重要的，它在生物体内酶的作用下
CH2OH
D-(+)葡萄糖
CH2OH
D-(+)甘露糖
CH2OH
D-(-)古罗糖
CH2OH
D-(-)艾杜糖
13 CH2OH
CH2OH
D-(+)半乳糖
D-(+)塔罗糖»
二、单糖的结构
实验证明，D-(+)-葡萄糖主要是C5上的羟 基与醛基作用，生成六元环的半缩醛(氧环式)。
H OH C
HO C
HO H C
CH2OH CO CHOH CHOH CHOH CH2OH
戊醛糖
己醛糖
（阿拉伯糖） （葡萄糖）
己酮糖 （果糖）
将羰基写在上端，从靠近羰基的一端开始编号
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二、单糖的结构
构型的表示方法
Fisher投影式(以葡萄糖为例)
⑴式为葡萄糖正常的 Fisher 投影式；
⑵式省去了手性碳上H的Fishcer投影式；
果糖的代谢不受胰岛素影响，故糖尿病人
可适量食用果糖。
果糖是最甜的一种糖，为蔗糖的1.73倍。
是自然界存量最丰富的己酮糖，存在于水
果和植物的种子、球茎和树叶中，可以游离态
存在，也可以和其他糖结合存在。
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二、单糖的结构
CHO CHOH CHOH CHOH CH2OH
CHO CHOH CHOH CHOH CHOH CH2OH
OCH3
H2O H+
H
H
CH2OCH3 O
CH3O
H H
CH3O H
OH OCH3
H
甲基-2,3,4,6-四甲氧基–α-D-葡萄糖苷
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四、单糖的化学性质
1、生成醚和酯的反应
2、单糖的氧化反应
Tollens
①
Ag （银镜反应）
② CH2OAHg(NFHe3h)2liCngHOH OCuSO4 + 酒C石酸 O钾 H钠
OH
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β-D- 吡吡 葡萄糖
三、单糖的物理性质
单糖都是无色晶体，因分子中含有多个羟
基，故易溶于水，并能形成过饱和溶液----糖浆。
单糖可溶于乙醇和吡啶，难溶于乙醚、丙
酮、苯等有机溶剂。
除丙酮糖外，所有单糖都具有旋光性，且
存在变旋现象。
单糖都有甜味，一般以蔗糖的甜度为100，
葡萄糖的甜度为74，果糖的甜度为173。果糖
是已知单糖和二糖中甜度最大的糖。
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四、单糖的化学性质
单糖是多羟基醛或多羟基酮，因此除具有
醇和醛、酮的特征性质外，还具有因分子中各
基团的相互影响而产生的一些特殊性质。
此外，单糖在水溶液中是以链式和氧环式
平衡混合物的形式存在的，因此单糖的反应有
的以环状结构进行，有的则以开链结构进行。
主要反应有：
氧环式比开链式多一个手性碳原子，所以
有两种异构体存在。
两个环状结构的葡萄糖是一对非对映异构
体，它们的区别仅在于C1的构型不同。 C1上新形成的羟基(也称半缩醛羟基)与决
定单糖构型的羟基处于异侧的，称为α-型；反
之，称为β-型。
团HO的H 氧相CH对环2OH空式H 间的O 关环系状。结构投影式HO 不H 能CH2反OH H映O各个基 为H了形象地表达单糖的氧环结H 构，一般采
这些反应常用作糖的鉴别和定量测定，如
用于测定果蔬、血液和尿中还原性糖的含量。
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四、单糖的化学性质
CCHHOO HH OOHH
2、单糖的氧化反应
HHOO HH H OOHH
⑴碱性介质中的氧化反应 H OOHH
CH22OOHH
⑵溴水氧化
D-葡葡萄萄糖糖
B?r?H2N/OH32O
CCOOOOHH HH OOHH HHOO H HH OH HH OH
1、生成醚和酯的反应
2、单糖的氧化反应
3、单糖的还原反应
4、生成糖脎反应
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四、单糖CH2OH的O 化学性质
1、HO⑴生H 酯成OHH 化醚H反和应酯HOH 的+反H3P应O4 ø
CH2OH
O H
H OH H OH
H
+ H2O O PO3H2
在H 生物OH 体内，α-D-葡萄糖在H 酶OH的催化下与
CHO2OOHH
D-D葡-葡萄萄糖糖二酸酸
醛糖能被溴水氧化生成糖酸CH；O 酮糖不被溴 COOH
水氧化，可由此区别醛糖与酮糖HH 。OOHH ??HNO3
H OH H OH
⑶硝酸氧化
CH2OH
COOH
醛糖在硝
酸作用
D-赤藓糖
下生成糖二酸；
如D-葡萄 内消旋酒石酸
糖被氧化为D-葡萄糖二酸。
根据氧化产物的结构和性质，可以帮助确
乳糖经消化后降解为一分子的葡萄糖和一
分子的半乳糖，半乳糖被吸收后在肝脏内转变
成肝糖原，机体需要时再分解为葡萄糖。
半乳糖的甜度低于葡萄糖，有还原性；是
己醛糖，是葡萄糖的非对映旋光异构体。
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一、碳水化合物及其分类
4、常见的单糖
⑴葡萄糖
⑵半乳糖
⑶果糖
人体的肝脏是实际利用果糖惟一的器官，
它可以将果糖迅速转化，其他部位果糖含量低。
体内磷酸酯的合成。
若农作物缺磷，磷酸酯的合成便出现障碍，
作物的光合作用和呼吸作用也不能顺利进行。
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四、单糖的化学性质
1、生成醚和酯的反应 ⑴酯化反应 在实验室中，用乙酰氯或
乙酸酐与葡萄糖作用，可以得
到葡萄糖五乙酸酯。
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四、单糖的化学性质
1、生成醚和酯的反应 H
CH2OH O
1-磷酸-α-D-葡萄糖
磷酸发生酯化反应，生成1-磷酸-α-D-葡萄糖和
1,6-H二磷CH2O酸H O-α-HD-葡萄糖。
CH2 O PO3H2
O
H
H
单糖的磷酸酯是生物体糖代谢过程中的重 H OH H
+ H3PO4 ø
OH
OH
H
OH
H
+ H2O
OH
O PO3H2
要中间H 产物OH 。
H
OH
农作物施磷肥就是为了有1,6充-二磷足酸-α 的-D-磷葡萄去糖 完成
定醛糖的结构。
酮糖与强氧化剂作用，碳链断裂，生成小
分子的羧酸混合物。 10:55
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CHO H OH HO H H OH H OH
CH2OH
D-葡萄糖
CHO
H OH H OH
CH2OH D-赤藓糖
NaOH
CHO
HC Cu2O 红色
OH
③
Benedict
⑴碱性介质中的氧化反应CuSO4 + 柠檬酸 + Na2CO3
Cu2O 红色
醛能被弱氧化剂氧化，醛糖也具有醛基，
同样能被弱氧化剂氧化。
酮一般不被弱氧化剂氧化，但酮糖(如果糖)
在弱碱性介质中能转变为醛糖，因此也能被弱
氧化剂氧化----称为还原性糖。
用哈HO武斯HaOHwortHh透视式来表示HO 单糖的OH半缩OH醛
环状结H 构。 OH 10:55
H
H
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二、单糖的结构
1CHO
HH
HO
2 3
CHOH2HOH
HO
H 4 OH
HH O65CH2HOOHH
H
O OH
H
HOC6H2
H
H H OH H
5 43
OH OH H
2
OH
CHO
1HO
CH2OH
合物，在植物中的含量可达干重的80%。
植物种子中的淀粉，根茎、叶中的纤维素，
甘蔗和甜菜根部所含的蔗糖，水果中的葡萄糖
和果糖都是碳水化合物。
动物肝脏和肌肉内的糖元，血液中的血糖，
软骨和结缔组织中的粘多糖也是碳水化合物。
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3
一12、、、碳碳碳水水水化化化合合合物物物的的及概 组其念 成分类如 脱如 乳氧鼠乙 酸核李葡 蔗酸(糖糖C萄糖(3((CH糖CC21566HC2HOHH64131HO20)22O等OO122)45O，。1))1等，6 。
D-(+)甘油醛
n 个手性碳， 2n种立体异构体。
CHO
CH2OH
D-(-)-苏阿糖
CHO
CHO
CH2OH
D-(-)-核糖
CHO
CHO
CH2OH
D-(-)-阿拉伯糖
CHO
CHO
CH2OH
D-(+)-木糖
CHO
CHO
CH2OH
D-(-)-来苏糖
CHO
CHO
CH2OH
D-(+)阿洛糖
10:5C5H2OH D-(+)阿卓糖
化 学
第十四章高分子化合物
竞
赛
辅
新
导
乡 市
讲
一
座
中
马
第一节 碳水化合物
喜 山
赛纲摘录
糖、脂肪、蛋白质的基本概念、 通式和典型物质、基本性质、结构特 征以及结构表达式。
天然高分子与合成高分子化学初 步知识。(单体、主要合成反应、主要 类别、基本性质、主要应用)。
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第一节 碳水化合物
氧化时能放出大量的能量(2800kJ/mol)，是生物
体能量的主要来源之一。
5％的葡萄糖溶液常用于静脉注射。血糖浓
度低时，可导致低血糖症。血液中糖的浓度过
高或尿中出现糖时，可指示患有糖尿病。
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一、碳水化合物及其分类
4、常见的单糖 ⑴葡萄糖 ⑵半乳糖
半乳糖在自然界几乎不能单独存在，而是
和葡萄糖结合成乳糖存在于哺乳动物的乳汁中。
H
O OH
H
OH
H
OH
CH2OH H
CHO
H
(I)
HO
H OH OH OH (II)
H
OH
H
CHH2OH O
H
H
H
CH2OH
OH
H
OH
OH
H
OH
H OH
H CHO
OH
H
OH
(IV) α-D- 吡吡 葡萄糖
H
OH
CH2OH
O
H
OH
(III)
H
如何将透视式变
OH
H
OH
H
10:55 成环状结构式：
H
(V)
2,3,4,6-四甲氧基-D-葡萄糖。
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四、单糖的化学性质
1、生成醚和酯的反应
⑴酯化反应 ⑵成醚反应
2,3,4,6-四甲氧基–α-D-葡萄糖
甲基-α-D-葡萄糖苷
H CH2OH
OBiblioteka Baidu
H CH2OCH3 O
HO H
HO
H
H
(CH3O)2SO2 CH3O
H
OH
OCH3 NaOH
CH3O
H
H
H
OCH3
淀粉、纤维素、糖元等。
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一、碳水化合物及其分类
1、碳水化合物的概念
2、碳水化合物的组成
3、按结构特征分为三类
4、常见的单糖
单糖是最简单的糖，具有甜味，易溶于水，
可不经消化液的作用直接被身体吸收和利用。
①按分子中的羰基分：醛糖和酮糖两类；
②按分子中碳原子数目分：丙糖，丁糖，
戊糖和己糖等；或称三、四、五和六碳糖等。
H OH
H OH
H OH
HO H O
HO H
HO H O
H OH
H OH
H OH
H
H OH
H
CH2OH
CH2OH
CH2OH
。 。
α- D-(+)-葡萄糖
37%
[α10]2:D0=5+5112.2
D-(+)-葡萄糖 0.01%
β- D-(+)-葡萄糖
63%
[α ]2D0=+18.7 14
二、单糖的结构
【主要内容】 一、碳水化合物及其分类 二、单糖的结构 三、单糖的物理性质 四、单糖的化学性质 五、二糖 六、多糖
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一、碳水化合物及其分类
1、碳水化合物的概念
碳水化合物也称糖，是自然界存在最广泛
的一类有机物。
它们是动、植物体的重要成分，又是人和
动物的主要食物来源。
绿色植物光合作用的主要产物就是碳水化
H
⑴酯化反应
OH H OH
H OH
+ CH3OH 吡 HCl
⑵成醚反应
H
OH
α-D-葡萄糖
CH2OH
O H
H OH H OH
H
OH
H OCH3
甲基 α-D-葡萄糖苷
由于单糖分子在碱性介质中直接甲基
化会发生副反应，所以一般先将单糖分子
中的半缩醛羟基通过成苷保护起来，然后
再进行成醚反应。
产物分子中的五个甲氧基以C1上的 为最活泼，在稀酸中可发生水解，生成
⑶式省去了羟基、碳氢键；
⑷式是构型的简略表达式；其中△和○分
别表示-CHO和-CH2OH；短横线—表示羟基， 而碳氢键不写出。
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二、单糖的结构
最简单的单糖是丙醛糖和丙酮糖，除丙
酮糖外，所有的单糖分子中都含有一个或多 个手性碳原子，因此都有旋光异构体。
如己醛糖分子中有四个手性碳原子，有
24=16个立体异构体，葡萄糖是其中的一种。 己酮糖分子中有三个手性碳原子，有
23=8个旋光异构体，果糖是其中的一种。
构型常用D、L构型标记法。
D-甘油醛
D- 醛糖
CHO
D-酮糖 CH2OH
C=O
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CHO
H OH CH2OH
(CHOH)n
H OH CH2OH
(CHOH)n H OH
CH2OH 12
二、单糖的结构
CHO
CHO
CH2OH
D-(-)-赤藓糖
CHO
CHO
CH2OH
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一、碳水化合物及其分类
1、碳水化合物的概念
2、碳水化合物的组成
3、按结构特征分为三类
⑴单糖：
不能水解的多羟基醛或多羟基酮；是最简
单的碳水化合物，如葡萄糖、果糖等。
⑵低聚糖：
能水解产生2～10个单糖分子的化合物；又
可分为二糖(如蔗糖、麦芽糖)、三糖、四糖等。
⑶多聚糖：
水解产生10个以上单糖分子的化合物；如
⑴分子结构：多羟基醛(酮)，或能水解成多
羟基醛(酮)；
⑵组成元素：碳、氢、氧三种；
⑶一般通式：Cm(H2O)n ⑷注意问题：
①除碳原子外，氢与氧原子数目之比与水
相同，形式上像碳和水的化合物而得名；
②有些糖类组成不符合Cm(H2O)n通式； ③符合上述通式不一定是糖类；
④碳水化合物这一名称是不确切的。