有机化学 第十四章 碳水化合物

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CHO H OH H OH CH2OH
1) () 解 水 CN 2) () 成 酯 生 内 H OH ( ) 原 3) 还
H CHO H OH CH2OH OH CH2OH (A) CN HO H H OH CH2OH (B)
+ HCN
D-赤 糖 赤 藓 上 骤 同 步
CHO HO H H OH CH2OH
式结构式中: 在Haworth式结构式中: 式结构式中 D-型:CH2OH在环上方; 型 在环上方; 在环上方 L-型:CH2OH在环下方。 型 在环下方。 在环下方
异构体: D-型糖中:α-异构体:半缩醛羟基在环的下方; 型糖中: 异构体 半缩醛羟基在环的下方; 型糖中 异构体: β-异构体:半缩醛羟基在环的上方。 异构体 半缩醛羟基在环的上方。 L-型糖中:情况相反。 型糖中:情况相反。 型糖中
变旋现象的启示: * 变旋现象的启示:
从乙醇水溶液得到的D-葡萄糖 从乙醇水溶液得到的 -葡萄糖[α]=+113o 从吡啶溶液中结晶的D-葡萄糖[α]=+19o 从吡啶溶液中结晶的 -葡萄糖 + 将二者分别溶于水,它们水溶液的比旋光度都会发 将二者分别溶于水, 生改变,而且都变为+ 后不再改变,这叫变旋现象。 生改变,而且都变为+52o 后不再改变,这叫变旋现象。
6.形成缩醛 .
CH2OH H H OH OH H OH O H H CH2OH
OH
注意: 注意:通常吡喃环 中的氧原子写在环 的右上角。 的右上角。
CH2OH CH2OH OH ~ HO HO HO
O
OH HO
CH2OH
O
OH OH
HO HO
O
OH OH
D-吡喃葡萄糖 吡喃葡萄糖
β-D-吡喃葡萄糖 吡喃葡萄糖
α-D-吡喃葡萄糖 吡喃葡萄糖
物理性质 ( physical property ) 化学性质 ( chemical property ) 1.氧化反应 氧化反应 碱性溶液中的氧化 与Tollens、Fehling、Benedict试剂反应 、 、 试剂反应 糖化学中的还原糖与非还原糖的概念。 糖化学中的还原糖与非还原糖的概念。 酸性溶液中的氧化
碳水化合物由 、 、 三种元素组成 三种元素组成, 碳水化合物由C、H、O三种元素组成,从化学结构 上来看,碳水化合物是指多羟基醛 多羟基酮, 多羟基醛或 上来看,碳水化合物是指多羟基醛或多羟基酮,以及水 解后能产生多羟基醛或多羟基酮的一类化合物。 解后能产生多羟基醛或多羟基酮的一类化合物。 • 碳水化合物的分类 醛糖与酮糖) 单糖 (醛糖与酮糖) 低聚糖 多糖 相对构型与绝对构型
第十四章
碳水化合物 (Carbohydrates)
本章学习要求 1.熟练掌握葡萄糖、果糖、麦芽糖、 1.熟练掌握葡萄糖、果糖、麦芽糖、蔗 熟练掌握葡萄糖 核糖、等的结构、 糖、核糖、等的结构、变旋现象及化学 性质; 性质; 2. 掌握糖苷、苷键、还原糖、转化糖、 掌握糖苷、苷键、还原糖、转化糖、 差向异构等基本概念。 差向异构等基本概念。 3. 掌握淀粉、纤维素的组成单位、连接 掌握淀粉、纤维素的组成单位、 方式和化学性质。 方式和化学性质。
CHO CHO CHO
C-4差向 差向 异构体
CH2OH D-甘 糖 甘露 CH2OH D-葡 糖 葡萄 CH2OH D-半 糖 半乳
CHO HO
CHO H HO H H OH H OH OH CH2OH
D-葡萄糖
H H OH OH CH2OH
H O a a HO H H
H H O H OH OH CH2OH
β-D-葡 糖 葡萄
O
半缩醛羟基构型未定时的表示: 半缩醛羟基构型未定时的表示:
H,OH
~OH
O O
CH2OH HO HO OH OH
如何由Haworth(哈沃斯)式判断糖的构型? (哈沃斯)式判断糖的构型? 如何由
CH2OH OH HO
OH HO
β-D-吡喃葡萄糖 吡喃葡萄糖
β-L-吡喃葡萄糖 吡喃葡萄糖
变旋现象——某些旋光性化合物的比旋光度逐渐 某些旋光性化合物的比旋光度逐渐 变旋现象 改变,最后达到一个恒定值的现象。 改变,最后达到一个恒定值的现象。
α-构型和 构型这两种环状结构在水溶 构型和β-构型这两种环状结构在水溶 构型和 液中可以通过开链结构相互转变, 液中可以通过开链结构相互转变,最后达到 动态平衡,组成相对恒定。 动态平衡,组成相对恒定。这就是糖溶液发 变旋现象的原因。 生变旋现象的原因。 单糖主要以环状结构的形式存在, 单糖主要以环状结构的形式存在,开链 结构的含量很少 它在α-构型与 的含量很少, 构型与β-构型的互 结构的含量很少,它在 构型与 构型的互 起着重要的桥梁作用。 变过程中起着重要的桥梁作用 变过程中起着重要的桥梁作用。 由糖的开链结构式( 费歇尔投影式) 由糖的开链结构式 ( 费歇尔投影式 ) 写 成哈武斯( 成哈武斯(Haworth)透视式的方法图: )透视式的方法图:
H HO H H CHO OH H OH OH CH2OH
可写成
CHO H OH CH2OH D-(+)-甘油醛 甘 HO
CHO H CH2OH L-(-)-甘 醛 甘油
D型:结构式中,位号最大的手性碳原子的构型与D-(+)-甘 型 结构式中,位号最大的手性碳原子的构型与 甘 油醛中C-2构型一致。 构型一致。 油醛中 构型一致 L型:结构式中,位号最大的手性碳原子的构型与L-(-)-甘 型 结构式中,位号最大的手性碳原子的构型与 甘 油醛中C-2构型一致。 油醛中 构型一致。 构型一致
H HO H H COOH OH H OH OH CH2OH Br2-H2O H HO H H CHO OH H OH OH CH2OH HNO3 H HO H H COOH OH H OH OH COOH
D-葡萄糖酸 葡
D-葡萄糖 葡
D-葡萄糖二酸 葡
H HO H H
COOH OH H OH OH CH2OH
H C H HO H H
O OH H OH OH CH2OH H CH2OH OH OH OH H OH H OH H OH H OH
针 在纸平面上顺时 旋转90°
6
H H OHH
5
HOH2C
4
3
2 1
H
C
碳链朝里弯折, 把弯折的碳链 放成水平
OHOHH OH O H OH
CH2OH O H H OH H OH
H OH
H
4
CH2OH H O OH H C OH
5
C4~C5键轴旋转120°, 键 , 使C5上的羟基处于靠近 上 醛基的位置
H
H O H C
α-D-葡 糖 葡萄
CH2OH O H H OH OH H
OH
武 六 环 构 称 喃 哈 斯 元 结 又 吡 环( 元 又 呋 环 五 环 称 喃 (
O
) )
c
HO H b H
D-甘露糖
CH2OH O HO H H H
D-果糖 果糖
烯二醇型中间体
OH OH CH2OH
5. 脱水和呈色反应
HO CH CH OH H CH C H CHO OH OH HC
浓HCl
CH O C CHO
HC
糠醛
小心加入 浓 H2SO4
①莫力许(Molisch)反应 莫力许(Molisch)
型还是L-型 构型还是β 试判断下面呋喃葡萄糖是D-型还是 型?是α-构型还是β-构 判断下面呋喃葡萄糖是 型还是 构型还是 构 型? CH2OH
HO H OH
O
OH
β-D-呋喃葡萄糖 呋喃葡萄糖 问题: 问题:在葡 萄糖的平衡 混合物中, 混合物中, 为什么β异 为什么 异 构体比a异 构体比 异 构体多? 构体多?
D-甘 醛 甘 油
D-苏 糖 苏 阿
单糖的环状结构
H C CH O H O H C CH O OH
环状半缩醛
37% α-D葡 糖 葡 萄
1% D-葡 糖 葡 萄
63% β –D葡萄 葡 糖
葡萄糖分子中醛基与羟基形成环状半缩醛结构。 葡萄糖分子中醛基与羟基形成环状半缩醛结构。半缩醛 羟基的两种空间取向形成两种异构体。端基差向异构体。 羟基的两种空间取向形成两种异构体。端基差向异构体。 异构体: 在链异侧; α-异构体:半缩醛羟基与 异构体 半缩醛羟基与CH2OH在链异侧;或半缩醛羟基 在链异侧 上的羟基在链同侧 在链同侧。 与C5上的羟基在链同侧。 异构体: 在链同侧; β-异构体:半缩醛羟基与 异构体 半缩醛羟基与CH2OH在链同侧;或半缩醛羟基 在链同侧 上的羟基在链异侧 在链异侧。 与C5上的羟基在链异侧。 α-构型和β-构型也叫 异头物” α-构型和β-构型也叫“异头物”。 构型和 构型也叫“
如何用化学方法鉴别葡萄糖、果糖、核糖、 如何用化学方法鉴别葡萄糖、果糖、核糖、β-D-甲 基葡萄糖苷? 基葡萄糖苷?
(+) 葡萄糖 ) 葡萄糖 桔红色 果糖 果糖 斐林试剂 Cu2O↓ 核糖 核糖 加热 β-D-甲基葡萄糖苷 (-) ) β-D-甲基葡萄糖苷 间苯二酚的 (+) ) 葡萄糖 果糖 生成鲜红色物质 盐酸溶液 果糖 (-) 葡萄糖 ) 甲基间苯二酚 2 min (-) 葡萄糖 ) 核糖 核糖 浓HCl (+) 核糖 绿色物质 )
CHO CHO H OH CH2OH D-(+)-甘油醛 甘 H H OH OH CH2OH D-(-)-赤藓糖 赤 HO H CHO H OH CH2OH D-(+)-苏阿糖 苏
CHO
CHO

CHO
CH2OH D-(-)-核糖 核
CH2OH D-(+)-葡萄糖 葡
CH2OH L-(-)-葡萄糖 葡
D-葡萄糖醛酸 葡萄糖醛酸
2. 还原
D-山梨醇
D-甘露醇
3. 成脎反应
CH=N-NH-C6H5 CH=N-NH-C6H5 H2N-NH-C6H5 C=N-NH-C6H5 H2N-NH-C6H5 C=O (CHOH)n (CHOH)n CH2OH CH2OH
含碳原子数相同,只是C1或C2的羰基位置或构型 含碳原子数相同,只是 不同的单糖,会生成相同的糖脎。 不同的单糖,会生成相同的糖脎。
CH2OH H C OH OH H H H O OH O
CH2OH
酶 化 氧
H C OH
O O
D-葡 糖酸 葡 萄
γ-L-古 糖酸 古 罗 酯
H HO
OH
L-抗坏 酸 抗 血
CHO H OH HO H H OH H OH CH2OH

H HO H H
CHO OH H OH OH COOH
D-葡萄糖 葡萄糖
4.差向异构化(epimerization) .差向异构化( ) 在一个含多个手性中心的分子中, 在一个含多个手性中心的分子中,只有一个手性中 心构型发生转化的现象,称为差向异构化 差向异构化。 心构型发生转化的现象,称为差向异构化。 差向异构体——在含有多个不相同手性碳原子的许多旋 差向异构体 在含有多个不相同手性碳原子的许多旋 光异构体中, 光异构体中,只要一个手性碳原子的构型不同的非对映 异构体。 异构体。 单 糖 C-2差向 差向 的 异构体 差 向 异 构 体
糖的水溶液+ α-萘酚酒精液 萘 两液面间形成紫色环
②西力凡诺夫(Seliwanoff)反应 西力凡诺夫(Seliwanoff)
酮糖 + 间苯二酚的盐酸溶液 醛糖
2 min
(+) 糖生成鲜红色物质 )酮 (-) 糖 )醛
③皮阿耳(Bial)反应 皮阿耳( ) 戊糖 糖类 + + 甲基间苯二酚 蒽酮 + + 浓HCl —→ 绿色物质 ④蒽酮反应 浓H2SO4 —→绿色物质 →
CHO OH HO
( relatively configuration and absolute configuration )
CHO H
C
C
H
CH2OH
CH2OH
D-(+)-甘油醛 ( ) 甘油醛
L-(-)-甘油醛 ( ) 甘油醛
注意: 表示法来判断构型时 注意:用D、L表示法来判断构型时,其构型应是用 、 表示法来判断构型时, 规范化的费歇尔投影式表示, 规范化的费歇尔投影式表示,否则应将非规范化的费 歇尔投影式转换成规范化的费歇尔投影式再判断。 歇尔投影式转换成规范化的费歇尔投影式再判断。
CHO H COOH
C
OH
[O]
COOH
H
C OH
[H]
H
C OH
CH3 D-(-)-乳酸 ( ) 乳酸
CH2OH D-(+)-甘油醛 ( ) 甘油醛
CH2OH D-(-)-甘油酸 ( ) 甘油酸

单糖 (monosaccharides) )
单糖的结构 ( configuration of monosaccharides )
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