1、第十三章第十三章 糖类糖类 广东海洋大学应用化学系广东海洋大学应用化学系有机化学有机化学 Organic Chemistry教材教材: :有机化学有机化学( (第二版）第二版） 赵建庄赵建庄 张金桐主编张金桐主编 高等教育出版社高等教育出版社糖类的概念糖类的概念有些不符合上述通式（例如鼠李糖C6H12O5) 糖类又称为碳水化合物。它们是一类重要的天然有机糖类又称为碳水化合物。它们是一类重要的天然有机化合物碳水化合物含有碳、氢、氧三种元素化合物碳水化合物含有碳、氢、氧三种元素. 从化学结构上来看，碳水化合物是多羟基醛或从化学结构上来看，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
2、（或酮）多羟基酮，或者是通过水解能生成多羟基醛（或酮）的化合物。的化合物。例如，纤维素、淀粉、葡萄糖、果糖、肝糖等等例如，纤维素、淀粉、葡萄糖、果糖、肝糖等等可以用通式可以用通式Cx(H2O)y来表示来表示例如例如:葡萄糖葡萄糖C6H12O6可以写成可以写成 C6(H2O)6 蔗糖蔗糖C12H22O11可以写成可以写成 C12(H2O)11 自然界中存在的碳水化合物都具有旋光性，并且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。一对对映体中只有一个异构体天然存在。 如：如：在自然界中只有右旋的葡萄糖存在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。左旋
3、的葡萄糖是没有的。 碳水化合物的分类：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、低聚糖和多糖三类聚糖和多糖三类.13-1 单糖单糖葡萄糖葡萄糖存在于葡萄汁和其他果汁中，以及植物的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。葡萄糖为右旋糖。果糖果糖大量存在于水果和蜂蜜中。天然果糖是左旋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。糖，是常见糖中最甜的糖。核糖、核糖、2-2-脱氧核糖脱氧核糖是核酸的组成部分。是核酸的组成部分
4、。醛糖醛糖13.1.1 单糖的结构单糖的结构13.1.1.1 单糖的开链结构单糖的开链结构葡萄糖是开链的五羟基己醛葡萄糖是开链的五羟基己醛（1）分子式为）分子式为C6H12O6；用钠汞齐还原生成己六醇；用钠汞齐还原生成己六醇；用用HI进一步还原可得正己烷；进一步还原可得正己烷；（2）葡萄糖可与羟胺、苯肼等羰基试剂作用，证明有）葡萄糖可与羟胺、苯肼等羰基试剂作用，证明有羰基；羰基；可用溴水氧化为糖酸（证明为醛基）可用溴水氧化为糖酸（证明为醛基）（3）葡萄糖与乙酸酐作用，可以生成五乙酰基衍生物）葡萄糖与乙酸酐作用，可以生成五乙酰基衍生物说明含有五个羟基，由于两个羟基若连在同一碳原子说明含有五个羟基
5、，由于两个羟基若连在同一碳原子上的结构不稳定，所以这五个羟基分别连在五个碳原上的结构不稳定，所以这五个羟基分别连在五个碳原子上。子上。结构的确定：结构的确定：酮糖酮糖COCH2OHCHOHCOHHCHOHCH2OHCOCH2OHCHOHCOHHCHOHCH2OH 果糖 山梨糖13.1.1.2 单糖的构型单糖的构型 最简单的单糖是最简单的单糖是2，3-二羟基丙醛俗名甘油醛含二羟基丙醛俗名甘油醛含有一个手性碳原子有一个手性碳原子.己糖醛则有己糖醛则有24=16种立体异构体种立体异构体.天然葡萄糖通过化学方法已经确定具有如下的构型天然葡萄糖通过化学方法已经确定具有如下的构型:葡萄糖的名称是（葡萄糖的
6、名称是（2R，3S，4R，5R）-2，3，4，5，6-五羟基己醛五羟基己醛分子构型就常用分子构型就常用D-L标记法表示标记法表示 凡分子中离羰基最远的手性碳原子的构型，与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，其构型属于甘油醛的构型相同的碳水化合物，其构型属于D型。反型。反之，则属于之，则属于L型。型。单糖的投影式也常用较简单的式子表示单糖的投影式也常用较简单的式子表示.例如例如D-葡萄糖葡萄糖: 天然存在的单糖大多数是天然存在的单糖大多数是D型的。例如自然界中型的。例如自然界中的葡萄糖和果糖都是的葡萄糖和果糖都是D型糖。型糖。三个到六个碳原子的所有三个到六个
7、碳原子的所有D型醛糖的投影式和名称型醛糖的投影式和名称 开链结构式虽说明了糖的许多化学性质，但有些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：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，其有醛的氧基容易水解掉，从而生成四甲基葡萄糖，其有醛的特性。特性。B：葡萄糖是具有旋光性的物质，但其新配制的溶液的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旋光性随时间有变化,即有即
8、有变旋现象变旋现象 。13.1.1.3 单糖的变旋现象、环状结构和构象单糖的变旋现象、环状结构和构象（1）问题的提出）问题的提出 变旋现象变旋现象 人们在实践中发现，在不同条件下可以得人们在实践中发现，在不同条件下可以得到两种到两种D葡萄糖结晶，从乙醇水溶液中结晶出来的葡萄糖结晶，从乙醇水溶液中结晶出来的D葡萄糖的比旋光度为葡萄糖的比旋光度为113，熔点，熔点146，从吡，从吡啶溶液中结晶出来的啶溶液中结晶出来的D-葡萄糖的比旋光度为葡萄糖的比旋光度为19，熔点为熔点为148150。若将这两种不同的葡萄糖结晶。若将这两种不同的葡萄糖结晶分别溶于水，并立即置于旋光仪中，则可观察到它们分别溶于水，
9、并立即置于旋光仪中，则可观察到它们的比旋光度都逐渐发生变化，前者从的比旋光度都逐渐发生变化，前者从113逐渐降逐渐降至至52，后者从，后者从19升至升至52。当二者的旋光。当二者的旋光度变至度变至52后，均不再改变。这种比旋光度自行改后，均不再改变。这种比旋光度自行改变的现象称为变旋现象变的现象称为变旋现象(mutarotation)。 为什么葡萄糖会产生变旋现象？从它的开链结构式是为什么葡萄糖会产生变旋现象？从它的开链结构式是无法解释的。两种无法解释的。两种D葡萄糖结晶的比旋光度不同，葡萄糖结晶的比旋光度不同，必然是由于它们结构上的差异所引起的。现代物理和必然是由于它们结构上的差异所引起的。
10、现代物理和化学方法已证明，这种差异是由于这两种葡萄糖具有化学方法已证明，这种差异是由于这两种葡萄糖具有两种不同的环状结构所致。两种不同的环状结构所致。 （2）单糖的环状结构）单糖的环状结构 我们知道，醛和醇可以形成半缩醛。葡萄糖的开链我们知道，醛和醇可以形成半缩醛。葡萄糖的开链结构式中既含有醛基又含有羟基，因此分子内也可结构式中既含有醛基又含有羟基，因此分子内也可以发生类似醛和醇的加成反应，形成环状半缩醛结以发生类似醛和醇的加成反应，形成环状半缩醛结构。构。CHO链式葡萄糖 环状半缩醛COHHHCHOHOC 葡萄糖分子内葡萄糖分子内C5上的羟基与醛基形成环状上的羟基与醛基形成环状的半缩醛，葡萄
11、糖从开链式结构变成环状的半缩醛，葡萄糖从开链式结构变成环状半缩醛结构时，羟基可以从醛基所在平面半缩醛结构时，羟基可以从醛基所在平面的两侧向醛基进攻，因此，的两侧向醛基进攻，因此，C1就成为一个就成为一个具有两种构型的新手性碳原子，于是得到具有两种构型的新手性碳原子，于是得到两个新的旋光异构体：一个称为两个新的旋光异构体：一个称为-D-（）-葡萄糖葡萄糖,另一个称为另一个称为-D-（）（）-葡萄糖葡萄糖。这两种环形异构体通过开链结构相互转。这两种环形异构体通过开链结构相互转变建立动态平衡。变建立动态平衡。COHHCCHOHCOHHCHCH2OHOHHOOCOHHCCHOHCOHHCHOHCH2O
12、HHCOHHCCHOHCOHHCHCH2OHHHOO半缩醛羟基末端羟甲基 D葡萄糖（环式） D葡萄糖（链式） D葡萄糖（环式）氧桥 两个环状结构的葡萄糖是一对非对映异构体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，它们的区别仅在于C1的构型不同，故也称的构型不同，故也称“异头物异头物”。C1上新形成的半缩醛羟基与决上新形成的半缩醛羟基与决定构型的碳原子（即距羰基最远的手性碳原定构型的碳原子（即距羰基最远的手性碳原子）上的羟基处于同侧的称为子）上的羟基处于同侧的称为型；反之型；反之，称为，称为型。型。因此，因此，-D-葡萄糖的半缩醛羟葡萄糖的半缩醛羟基在碳链的右边，基在碳链的右边，
13、-D-葡萄糖的半缩醛羟基葡萄糖的半缩醛羟基在碳链的左边。在糖的各种环状结构中均有在碳链的左边。在糖的各种环状结构中均有多个羟基，究竟何者是半缩醛羟基？由于它多个羟基，究竟何者是半缩醛羟基？由于它们是分子内加成而形成的，因此，与氧桥的们是分子内加成而形成的，因此，与氧桥的氧相连的碳原子上的羟基必然是半缩醛羟基氧相连的碳原子上的羟基必然是半缩醛羟基。 这样，变旋现象就得到了解释。上述乙醇水这样，变旋现象就得到了解释。上述乙醇水溶液中结晶出来的葡萄糖则为溶液中结晶出来的葡萄糖则为-D-（）（）-葡葡萄糖；从吡啶溶液中结晶出来的葡萄糖则为萄糖；从吡啶溶液中结晶出来的葡萄糖则为-D-（）（）-葡萄糖。当
14、把葡萄糖。当把-D-（）（）-葡萄糖葡萄糖溶于水中，便有少量溶于水中，便有少量-D-（）（）-葡萄糖转化葡萄糖转化为开链式结构，并且为开链式结构，并且-D-（）（）-葡萄糖与链葡萄糖与链式结构之间可以相互转化，但当链式结构转式结构之间可以相互转化，但当链式结构转化为环状半缩醛时，不仅能生成化为环状半缩醛时，不仅能生成-D-（）（）-葡萄糖也能生成葡萄糖也能生成-D-（）（）-葡萄糖，经过一葡萄糖，经过一定时间以后，定时间以后，-型、型、-型和链式三种异构体型和链式三种异构体达到平衡，形成一个互变平衡体系，比旋光达到平衡，形成一个互变平衡体系，比旋光度也达到一个平衡值而不再变化。度也达到一个平衡
15、值而不再变化。 如将如将-D-（）（）-葡萄糖溶于水，经过一段时间葡萄糖溶于水，经过一段时间后，也形成如上三种异构体的互变平衡体系。在后，也形成如上三种异构体的互变平衡体系。在此互变平衡体系中，此互变平衡体系中，-型约占型约占37%，-型约占型约占63%，而链式仅占，而链式仅占0.1%，虽然链式极少，但虽然链式极少，但-型与型与-型之间的互变必须通过链式才能完成。型之间的互变必须通过链式才能完成。-D-（+）-葡萄糖葡萄糖 链式结构链式结构 -D-（+）-葡萄糖葡萄糖 37% 0.1% 63% =+113 平衡混合物平衡混合物=+52 =+19 其它单糖如核糖、脱氧核糖、果糖、甘其它单糖如核糖
16、、脱氧核糖、果糖、甘露糖和半乳糖等亦有环状结构，也有变露糖和半乳糖等亦有环状结构，也有变旋现象。例如：旋现象。例如：D果糖，在自然界以化果糖，在自然界以化合态存在时为五员环结构，而果糖结晶合态存在时为五员环结构，而果糖结晶则为六员环结构，因此，果糖在水溶液则为六员环结构，因此，果糖在水溶液中可能存在五种构型，即酮式、六员环中可能存在五种构型，即酮式、六员环的的型和型和型、五员环的型、五员环的型和型和型。据型。据1978年年Koerner等报导，果糖水溶液中组等报导，果糖水溶液中组份的比例为：份的比例为：CHHOCCHOHCOHHCH2HOHHOCH2OCHHOCCHOHCHCH2OHOHHOC
17、H2OCOCH2OHCHOHCOHHCHOHCH2OHCHHOCCHOHCOHHCH2CH2OHHOOCHHOCCHOHCHCH2OHCH2OHHOOD果糖（六员环）18%D果糖（五员环）11%D果糖（六员环）37%D果糖（五员环）34%D果糖（3）哈武斯透视式）哈武斯透视式 D-葡萄糖的环状结构是葡萄糖的环状结构是C-1醛基和醛基和C-5羟基形成半羟基形成半缩醛的结果。缩醛的结果。D-葡萄糖有两种：葡萄糖有两种：-D-D-葡萄糖和葡萄糖和-D-D-葡萄糖葡萄糖于于50以下的水溶液中结晶以下的水溶液中结晶: -D-葡萄糖，熔点葡萄糖，熔点146，比旋光度，比旋光度+112 -D-葡萄糖，熔点葡
18、萄糖，熔点150，比旋光度，比旋光度+18.7水溶液中水溶液中-D-葡萄糖、葡萄糖、-D-葡萄糖和开链结构三者是葡萄糖和开链结构三者是并存的。并存的。D-葡萄糖的氧环式可如下表示：葡萄糖的氧环式可如下表示：这种互变异构可表示如下：这种互变异构可表示如下：36%64%极少 葡萄糖的环状结构没有游离羰基，不能发生羰基葡萄糖的环状结构没有游离羰基，不能发生羰基的典型反应。但当葡萄糖水溶液遇到羰基试剂时，这的典型反应。但当葡萄糖水溶液遇到羰基试剂时，这少量的开链式结构能与试剂发生反应，并由此破坏平少量的开链式结构能与试剂发生反应，并由此破坏平衡，使氧环式不断向开链式移动，所以葡萄糖的水溶衡，使氧环式不
19、断向开链式移动，所以葡萄糖的水溶液能显示羰基的特性。液能显示羰基的特性。在哈武斯透视式中，成环的碳原子均省略了，环上其在哈武斯透视式中，成环的碳原子均省略了，环上其它基团的相对位置则以链式结构中的相对位置而定。它基团的相对位置则以链式结构中的相对位置而定。在链式结构中位于右侧的基团写在环的下方，位于左在链式结构中位于右侧的基团写在环的下方，位于左侧的基团写在环的上方侧的基团写在环的上方。例如：。例如：CHHOCHOCHOHCOHHCHOHCH2OHCHHOCCHOHCOHHCHCH2OHHOHOOHCH2OHHHOHOHHOHHOH23456123456L半乳糖 L半乳糖1其他单糖的氧环式结构
20、：其他单糖的氧环式结构：例如，例如，D-果糖在溶液中主要是以五元氧环结构存在的，果糖在溶液中主要是以五元氧环结构存在的，并且也有并且也有- -和和- -两种构型。两种构型。COCH2OHCHOHCOHHCHOHCH2OHCOHCHOHCOHHCCHHOCCHOHCHOCH2HOCH2HHOCH2OOHOCH2OHHHOHCH2OHHOOHHHHOCH2OHCH2OHOHHOOHHHHOCH2OD果糖D果糖 D （ +） 甘 露 糖 D （ ） 核 糖 D （ ) 2 脱 氧 核 糖 D （ +） 半 乳 糖 L （ +） 阿 拉 伯 糖 D （ +） 木 糖OCH2OHHHHOOHHOHHHO
21、HOCH2OHHHOHOHHHHOOHHOHHHOHOHHHOHHOHOHHHHOOHHHOHOHHOHHOHHOHHHCH2OHOHHOHHOHHHCH2OHO(4 )吡喃糖的构象吡喃糖的构象稳定，两者能量差：稳定，两者能量差：25kJ/mol 在在D-葡萄糖水溶液中，葡萄糖水溶液中，-D-D-葡萄糖含量比葡萄糖含量比-D-D-葡萄糖多（葡萄糖多（6464：3636）稳定性与它们的构象有关。）稳定性与它们的构象有关。例如例如-D-葡萄糖的两种椅型构象如下：葡萄糖的两种椅型构象如下：-D-葡萄糖也有两种椅型构象：葡萄糖也有两种椅型构象： 在所有在所有D型己醛糖中，只有葡萄糖能有五个取代型己醛糖
22、中，只有葡萄糖能有五个取代基全在基全在e键上因而很稳定的够象。键上因而很稳定的够象。 在椅式构象中，又以较大基团连在在椅式构象中，又以较大基团连在e键上的最键上的最稳定稳定。下面是几种单糖的椅式构象：。下面是几种单糖的椅式构象： OOOOOOHOCH2OHOHOHHOHOCH2OHOHOHHOHOHOCH2OHOHOHHOHOOHOHHOOHHOOHOHHOCH2OHHOHOD葡萄糖 D葡萄糖 D甘露糖D半乳糖 D木糖 D阿拉伯糖13.1.2 单糖的物理性质单糖的物理性质 单糖都是无色晶体，易溶于水，能形成糖浆，也溶单糖都是无色晶体，易溶于水，能形成糖浆，也溶于乙醇，但不溶于乙醚、丙酮、苯等有
23、机溶剂。除于乙醇，但不溶于乙醚、丙酮、苯等有机溶剂。除丙酮糖外，所有的单糖都具有旋光性，而且有变旋丙酮糖外，所有的单糖都具有旋光性，而且有变旋现象。旋光性是鉴定糖的重要标志，几种常见糖的现象。旋光性是鉴定糖的重要标志，几种常见糖的比旋光度如表比旋光度如表P32513.1所示。所示。 单糖和二糖都具有甜味，单糖和二糖都具有甜味，“糖糖”的名称由此的名称由此而来。不同的糖，甜度各不相同。糖的甜度而来。不同的糖，甜度各不相同。糖的甜度大小是以蔗糖甜度为大小是以蔗糖甜度为100作标准比较而得的相作标准比较而得的相对甜度。果糖的相对甜度为对甜度。果糖的相对甜度为173，是目前已知，是目前已知甜度最大的糖
24、。常见糖的相对甜度见甜度最大的糖。常见糖的相对甜度见P325表表13.2。13.1.3单糖的化学性质单糖的化学性质官能团：羟基与羰基官能团：羟基与羰基（1）差向异构化差向异构化 （在稀碱条件下）（在稀碱条件下）OHCCHOHOCHCOHHOHHHOHOHCH2OHHOHHHOHOHCH2OHHOHCCHOHHOHHHOHOHCH2OHCH2OHCHOHHHOHOHCH2OHO( c )( b )( a )( a )( b )( c )D - 甘 露 糖D - 葡 萄 糖 烯 醇 式 中 间 体D - 果 糖123456H 在碱性溶液中无论是醛糖或酮糖都能通过烯在碱性溶液中无论是醛糖或酮糖都能通
25、过烯二醇式中间体而发生异构化。烯醇式和醛基二醇式中间体而发生异构化。烯醇式和醛基都容易被弱氧化剂如都容易被弱氧化剂如Tollen试剂、试剂、Fehling试试剂、剂、Benedict试剂氧化，故酮糖也同样能被试剂氧化，故酮糖也同样能被这些弱氧化剂氧化。这些弱氧化剂氧化。因此，在碱性溶液中，因此，在碱性溶液中，所有的单糖都能被所有的单糖都能被Fehling试剂等氧化。试剂等氧化。 不能用不能用Tollen试剂、试剂、Fehling试剂、试剂、Benedict试剂试剂鉴定醛糖和酮糖。鉴定醛糖和酮糖。1、被硝酸氧化、被硝酸氧化（2） 氧化反应氧化反应在硝酸的氧化下，醛糖的醛基和伯醇基都可以被氧化在硝
26、酸的氧化下，醛糖的醛基和伯醇基都可以被氧化.例例如，如，D-葡萄糖在稀硝酸中加热，即生成葡萄糖在稀硝酸中加热，即生成D-葡萄糖二酸。葡萄糖二酸。2、溴水氧化、溴水氧化将醛糖的醛基氧化成酸将醛糖的醛基氧化成酸3、高碘酸氧化、高碘酸氧化相邻的两个羟基所在的相邻的两个羟基所在的C之间断键之间断键4、费林试剂和托伦斯试剂（弱氧化剂）氧化、费林试剂和托伦斯试剂（弱氧化剂）氧化对醛、对醛、 -羟基酮羟基酮氧化，分别氧化成：氧化，分别氧化成：羧基羧基和和羰基羰基。还原糖还原糖凡与凡与费林试剂费林试剂和和托伦斯试剂托伦斯试剂成正反应的；成正反应的；非还原糖非还原糖凡与凡与费林试剂费林试剂和和托伦斯试剂托伦斯试
27、剂成负反应的。成负反应的。 在溴水氧化条件下，在溴水氧化条件下，pH=6，酸，酸性条件不发生差向异构化性条件不发生差向异构化 ，酮酮糖不被溴水氧化，所以，用溴水糖不被溴水氧化，所以，用溴水可以鉴别醛糖和酮糖可以鉴别醛糖和酮糖 生物体内在酶的作用下，有些醛糖如葡萄糖、半生物体内在酶的作用下，有些醛糖如葡萄糖、半乳糖等也可以发生伯醇基氧化（醛基不被氧化）乳糖等也可以发生伯醇基氧化（醛基不被氧化），生成糖尾酸（过去称为糖醛酸）。例如，生成糖尾酸（过去称为糖醛酸）。例如 糖尾酸是组成果胶、半纤维素、粘多糖等的重要成分。糖尾酸是组成果胶、半纤维素、粘多糖等的重要成分。在土壤微生物的作用下，多糖生成的多糖
28、尾酸类物质是在土壤微生物的作用下，多糖生成的多糖尾酸类物质是天然的土壤结构改良剂。天然的土壤结构改良剂。COHHCHOCHOHCOHHCHOHCH2OHCOHHCHOCHOHCOHHCHOHCOOHD-葡 萄 糖 D-葡 萄 糖 尾 酸酶（3）还原反应）还原反应糖醇糖醇（4）成脎成脎反应反应若过量若过量1、醛糖、醛糖若过量2、酮糖、酮糖 己糖与苯肼作用生成脎时，只是己糖与苯肼作用生成脎时，只是C-1及及 C-2的基团的基团发生反应。因此，凡发生反应。因此，凡C-3、C-4、C-5构型相同的己糖，构型相同的己糖，所生成的脎都是相同的。所生成的脎都是相同的。 生成的糖脎可以通过分子内的氢键形成生成
29、的糖脎可以通过分子内的氢键形成螯环化合物，从而阻止了螯环化合物，从而阻止了C3上的羟基继上的羟基继续被苯肼氧化。续被苯肼氧化。糖脎 糖脎的螯环化合物CHOHCHOHCH2OHNNHHCCNHCHOHCOHCH2OHHN( )n-1123( )n1CH = N NHC = N NH（5）生成糖苷）生成糖苷 醛与醇作用生成的半缩醛在酸的存在下，很容易醛与醇作用生成的半缩醛在酸的存在下，很容易再与一分子醇作用，生成缩醛再与一分子醇作用，生成缩醛 。 葡萄糖的环状半缩醛葡萄糖的环状半缩醛也有这种性质。也有这种性质。糖的这种由半缩醛羟基转化而形成的衍生物，叫做糖的这种由半缩醛羟基转化而形成的衍生物，叫做
30、糖苷糖苷异头碳上的羟基就叫做异头碳上的羟基就叫做苷羟基苷羟基。与碳水化合物形成苷的非糖物质叫做与碳水化合物形成苷的非糖物质叫做苷元苷元;糖和苷元之间的键叫做糖和苷元之间的键叫做苷键苷键。所以葡萄糖与甲醇生成的化合物就叫做甲基葡萄糖苷所以葡萄糖与甲醇生成的化合物就叫做甲基葡萄糖苷糖苷的酸性水解：糖苷的酸性水解：葡萄糖在溶液中有葡萄糖在溶液中有- -和和- -两种半缩醛结构。两种半缩醛结构。因此与甲醇作用所生成的苷也有因此与甲醇作用所生成的苷也有-和和-两种。在糖两种。在糖苷分子中没有苷分子中没有半缩醛半缩醛羟基。这种环状结构没有变旋羟基。这种环状结构没有变旋光现象，也不具有羰基的特性。光现象，也
31、不具有羰基的特性。 由由-D-葡萄糖苷水解得到的，不单是葡萄糖苷水解得到的，不单是-D-葡萄糖。而是葡萄糖。而是-和和 -两种葡萄糖的混合物两种葡萄糖的混合物.五五甲基葡萄糖的水解：甲基葡萄糖的水解：稳定稳定具有醛的特性具有醛的特性（6） 生成醚和酯生成醚和酯成醚成醚成酯成酯 碳水化合物的磷酸酯在生命活动中有特殊的重要性。碳水化合物的磷酸酯在生命活动中有特殊的重要性。 它们是许多代谢过程的中间体，在肝糖的生物合成和它们是许多代谢过程的中间体，在肝糖的生物合成和降解过程中降解过程中 核糖和核糖和2-脱氧核糖都是戊醛糖，它们的磷酸酯是核脱氧核糖都是戊醛糖，它们的磷酸酯是核酸的组成部分。酸的组成部分
32、。 核糖和核糖和2-脱氧核糖与某些碱性杂环化合物形成的脱氧核糖与某些碱性杂环化合物形成的- -糖苷，叫做核苷。糖苷，叫做核苷。5 5位羟基与磷酸所形成的酯叫做核苷位羟基与磷酸所形成的酯叫做核苷酸。酸。 （7）脱水和呈色反应）脱水和呈色反应 在浓酸（如浓盐酸）作用下，单糖可以发生分子内在浓酸（如浓盐酸）作用下，单糖可以发生分子内脱水而形成糠醛或糠醛的衍生物。例如，戊糖脱水脱水而形成糠醛或糠醛的衍生物。例如，戊糖脱水生成糠醛，己糖脱水生成生成糠醛，己糖脱水生成-羟甲基糠醛。羟甲基糠醛。CCCCHOHOHHHHHOH OH CHO浓 HClCH CHCH CCHOO 3H2OCCCCHOHOHHHC
33、H2OH OHCHO浓 HClCH CHCH CCHOO 3H2OHOHOCH2 戊 糖 糠 醛 己 糖 -羟 甲 基 糠 醛 糖类能与某些酚类化合物发生呈色反应，就糖类能与某些酚类化合物发生呈色反应，就是因为它们在酸的作用下首先生成糠醛或羟是因为它们在酸的作用下首先生成糠醛或羟甲基糠醛，这些产物继续同酚类化合物发生甲基糠醛，这些产物继续同酚类化合物发生反应，结果生成了有色的物质。反应，结果生成了有色的物质。 -萘酚反应。在糖的水溶液中加入萘酚反应。在糖的水溶液中加入-萘酚萘酚的酒精溶液，然后沿试管壁小心地注入浓硫的酒精溶液，然后沿试管壁小心地注入浓硫酸，不要振动试管，则在两层液面之间就能酸，
34、不要振动试管，则在两层液面之间就能形成一个紫色环。所有的糖（包括单糖、低形成一个紫色环。所有的糖（包括单糖、低聚糖及多糖）都具有这种颜色反应，这是鉴聚糖及多糖）都具有这种颜色反应，这是鉴别糖类物质常用的方法。这个反应又称莫力别糖类物质常用的方法。这个反应又称莫力许（许（Molisch）反应。）反应。 间苯二酚反应。酮糖与间苯二酚在浓盐酸间苯二酚反应。酮糖与间苯二酚在浓盐酸存在下加热，能生成红色物质，而醛糖在两存在下加热，能生成红色物质，而醛糖在两分钟内不呈色。这是由于酮糖与盐酸共热后分钟内不呈色。这是由于酮糖与盐酸共热后，能较快地生成糖醛衍生物。这一反应又称，能较快地生成糖醛衍生物。这一反应又
35、称西列凡诺夫（西列凡诺夫（Ce）反应。利用这个反）反应。利用这个反应，可以鉴别醛糖和酮糖。应，可以鉴别醛糖和酮糖。 蒽酮反应。单糖和其它碳水化合物都能与蒽酮反应。单糖和其它碳水化合物都能与蒽酮的浓硫酸溶液作用生成绿色物质。这个蒽酮的浓硫酸溶液作用生成绿色物质。这个反应可以用来定量测定碳水化合物。反应可以用来定量测定碳水化合物。 苔黑酚反应。在浓盐酸存在下，戊糖与苔苔黑酚反应。在浓盐酸存在下，戊糖与苔黑酚（黑酚（5-甲基甲基-1，3-苯二酚）反应，生成蓝绿苯二酚）反应，生成蓝绿色物质，此反应可用来区别戊糖和己糖。色物质，此反应可用来区别戊糖和己糖。13.1.4重要的单糖和糖的衍生物重要的单糖和糖
36、的衍生物 （1）几种重要的单糖。）几种重要的单糖。 D-核糖及核糖及D-2-脱氧核糖脱氧核糖 OHOHHHOHHHHOCH2OCCCCH2OHCHOHHHOHOHOHOHHOHHOHHHHOCH2OHOHHHOHHHHOCH2OHHOHHOHHHHOCH2OCCCCH2OHCHOHHHHOHOH-D-核糖 D-核糖 -D-核糖-D-2-脱氧核糖 D-2-脱氧核糖 -D-2-脱氧核糖 D-葡萄糖葡萄糖 D-果糖果糖 92，故又称，故又称“左旋糖左旋糖”。 D-半乳糖半乳糖 （2）氨基糖）氨基糖 （3）维生素）维生素C 由于维生素由于维生素C有防止坏血病的功能，所以有防止坏血病的功能，所以在医药上
37、常称为抗坏血酸在医药上常称为抗坏血酸 COCCCCCH2OHHHOHOOOCOCCCCCH2OHHHOHOHOHO2H2H抗坏血酸 脱氢抗坏血酸13-2 二糖二糖13.2.1 还原性二糖还原性二糖 二糖是由两个单糖单元构成的。它们可以看作是一个二糖是由两个单糖单元构成的。它们可以看作是一个单糖分子的苷羟基与另一个单糖分子的某一个羟基单糖分子的苷羟基与另一个单糖分子的某一个羟基（可以是醇羟基，也可以是苷醛基）之间脱水缩合产（可以是醇羟基，也可以是苷醛基）之间脱水缩合产物，即构成二糖的两个单糖是通过苷键互相连接的。物，即构成二糖的两个单糖是通过苷键互相连接的。还原性二糖可以看作是一分子单糖的苷羟基
38、与另一分还原性二糖可以看作是一分子单糖的苷羟基与另一分子单糖的醇羟基失水而成的。这样形成的二糖分子中，子单糖的醇羟基失水而成的。这样形成的二糖分子中，有一个单糖单位形成苷，而另一单糖单位仍保留有苷有一个单糖单位形成苷，而另一单糖单位仍保留有苷羟基可以开环成链式。所以这类二糖具有单糖的一般羟基可以开环成链式。所以这类二糖具有单糖的一般性质：有变旋现象，具有还原性，并能形成糖脎。因性质：有变旋现象，具有还原性，并能形成糖脎。因此这类二糖称还原性二糖。比较重要的还原性二糖有此这类二糖称还原性二糖。比较重要的还原性二糖有以下几种：以下几种：（1） 麦芽糖麦芽糖 麦芽糖是淀粉在淀粉糖化酶作用下，部分水解
39、的麦芽糖是淀粉在淀粉糖化酶作用下，部分水解的产物。一分子麦芽糖水解后，生成两分子产物。一分子麦芽糖水解后，生成两分子D-葡萄糖。葡萄糖。 麦芽糖可以看作是一个葡萄糖分子的麦芽糖可以看作是一个葡萄糖分子的- -苷羟基，苷羟基，与另一个葡萄糖分子的与另一个葡萄糖分子的4-4-羟基之间失去一分子水而形成羟基之间失去一分子水而形成的。麦芽糖有变旋光现象，可以生成脎，还原糖。的。麦芽糖有变旋光现象，可以生成脎，还原糖。（2） 纤维二糖纤维二糖与麦芽糖的与麦芽糖的不同点不同点：它是：它是 -葡萄糖的苷。固态时，纤葡萄糖的苷。固态时，纤维二糖是维二糖是 型的。型的。纤维二糖是纤维素部分水解所生成的二糖。纤维
40、二糖是纤维素部分水解所生成的二糖。像麦芽糖一样，一分子纤维二糖水解后也生成两分子像麦芽糖一样，一分子纤维二糖水解后也生成两分子D-葡萄糖。葡萄糖。 乳糖是一分子乳糖是一分子-D-半乳糖与一分子半乳糖与一分子D-葡萄糖以葡萄糖以 -1，4-苷键连接的二糖。苷键连接的二糖。（3）乳糖乳糖OCH2OHHOHOHHHOH或OCH2OHHOHHHOHOHHOHOHOHHOHHOHCH2OHHHOOHHOHHOHCH2OHHOHH-乳糖（1） 蔗糖蔗糖一分子蔗糖水解生成一分子一分子蔗糖水解生成一分子D-葡萄糖和一分子葡萄糖和一分子D-果糖。果糖。13.2.2 非还原性二糖非还原性二糖 非还原性二糖是由一分
41、子单糖的苷羟基和另一分子单糖非还原性二糖是由一分子单糖的苷羟基和另一分子单糖的苷羟基失水而成的。这类二糖分子中因为不存在苷羟的苷羟基失水而成的。这类二糖分子中因为不存在苷羟基，所以它们没有变旋现象，没有还原性，也不能生成基，所以它们没有变旋现象，没有还原性，也不能生成糖脎。糖脎。蔗糖的水解蔗糖的水解蔗糖蔗糖分分子中没有保留苷羟基，因此它没有还原性，没有变子中没有保留苷羟基，因此它没有还原性，没有变旋现象和成脎反应。旋现象和成脎反应。 蔗糖的比旋光度为蔗糖的比旋光度为66.5。在稀酸或蔗糖。在稀酸或蔗糖酶作用下，水解得到葡萄糖和果糖的等量混酶作用下，水解得到葡萄糖和果糖的等量混合物，该混合物的比
42、旋光度为合物，该混合物的比旋光度为19.8。由由于在水解过程中，溶液的旋光度由右旋变为于在水解过程中，溶液的旋光度由右旋变为左旋，因此通常把蔗糖的水解作用称为转化左旋，因此通常把蔗糖的水解作用称为转化作用。转化作用所生成的等量葡萄糖与果糖作用。转化作用所生成的等量葡萄糖与果糖的混合物称为转化糖。因为蜜蜂体内有蔗糖的混合物称为转化糖。因为蜜蜂体内有蔗糖酶，所以在蜜蜂中存在转化糖。酶，所以在蜜蜂中存在转化糖。蔗糖水解后蔗糖水解后，因其含有果糖，所以甜度比蔗糖大。，因其含有果糖，所以甜度比蔗糖大。 海藻糖又叫酵母糖，存在于海藻、昆虫和真菌体海藻糖又叫酵母糖，存在于海藻、昆虫和真菌体内。它是由两分子内
43、。它是由两分子-D-葡萄糖在葡萄糖在C1上的两个苷上的两个苷羟基之间脱水，通过羟基之间脱水，通过-1，1-苷键结合而成的二苷键结合而成的二糖，其分子结构中不存在苷羟基，所以也是一种糖，其分子结构中不存在苷羟基，所以也是一种非还原性糖。非还原性糖。 （2）海藻糖）海藻糖 OCH2OHHHOOHHHOH或HHHOOHHOH2CHOHOHHOHOHHOHOHHOHCH2OHHHOOHHOHHOHHOHHCH2OH（1） 淀粉淀粉直直链链淀淀粉粉13-3 多糖多糖 淀粉是白色、无臭、无味的粉状物质，它们都含有淀粉是白色、无臭、无味的粉状物质，它们都含有直链淀粉和支链淀粉两部分。普通淀粉中，直链淀粉含直
44、链淀粉和支链淀粉两部分。普通淀粉中，直链淀粉含量为量为1020%，支链淀粉含量为，支链淀粉含量为8090%。它们完全水解。它们完全水解都生成都生成D-葡萄糖，部分水解都可生成麦芽糖。葡萄糖，部分水解都可生成麦芽糖。支链支链淀粉淀粉 淀粉的理化性质淀粉的理化性质 a. 水溶性水溶性 b. 呈色反应呈色反应 直链淀粉遇碘呈深蓝色，支链淀粉遇碘呈紫红色。直链淀粉遇碘呈深蓝色，支链淀粉遇碘呈紫红色。淀粉与碘的反应很灵敏，常用来检验淀粉。淀粉与碘的反应很灵敏，常用来检验淀粉。 在分析化学中，可溶性淀粉常用作碘量法的指示剂在分析化学中，可溶性淀粉常用作碘量法的指示剂。直链淀粉遇碘呈深蓝色是由于碘分子。直链
45、淀粉遇碘呈深蓝色是由于碘分子“钻入钻入”淀淀粉的螺旋结构的孔道中，在孔道内羟基的作用下，粉的螺旋结构的孔道中，在孔道内羟基的作用下，与淀粉形成了有色的配合物。加热时，淀粉的螺旋与淀粉形成了有色的配合物。加热时，淀粉的螺旋结构发生变化，与碘形成的配合物随之分解，故深结构发生变化，与碘形成的配合物随之分解，故深蓝色褪去，冷却后又恢复淀粉螺旋结构，故又重新蓝色褪去，冷却后又恢复淀粉螺旋结构，故又重新显色。显色。 c. 水解水解 淀粉在酸的作用下水解，最后产物是葡萄糖，淀粉在酸的作用下水解，最后产物是葡萄糖，可用下式表示：可用下式表示：淀粉 蓝糊精 红糊精 无色糊精 麦芽糖 葡萄糖淀粉酶催化 麦芽糖酶
46、催化淀 粉 葡 萄 糖稀 酸(C6H10O5)n + (n 1) H2O n C6H12O6又叫又叫糖元糖元，存在于动物体内。，存在于动物体内。(动物淀粉、肝淀粉动物淀粉、肝淀粉)肝糖水解肝糖水解-也得到也得到D-葡萄糖，其结构与支链淀粉相似，葡萄糖，其结构与支链淀粉相似，但分支更多、更短，相对分子量为但分支更多、更短，相对分子量为1,000,000 4,000,000。是动物是动物储存储存碳水化合物的主要形式，在动物体内，碳水化合物的主要形式，在动物体内，当机体需要，肝糖即转化成当机体需要，肝糖即转化成葡萄糖葡萄糖。（2） 肝糖肝糖纤维素纤维素:完全水解也生成完全水解也生成D-葡萄糖，但部分
47、水解则生葡萄糖，但部分水解则生成纤维二糖（是成纤维二糖（是 -D-葡萄糖的苷）。葡萄糖的苷）。所以，所以，纤维素纤维素的构成单元是的构成单元是 -D-葡萄糖；葡萄糖； 淀粉淀粉的构成单元是的构成单元是 -D-葡萄糖。葡萄糖。 纤维素分子是纤维素分子是D-葡萄糖通过葡萄糖通过 -1，4-苷键相连而苷键相连而成的直链分子，含有成的直链分子，含有1000015000个葡萄糖单元，相个葡萄糖单元，相对分子质量约：对分子质量约：16000002400000。部分结构如下：部分结构如下：（3） 纤维素纤维素 纤维素除可直接用于纺织、造纸等工业外，也可纤维素除可直接用于纺织、造纸等工业外，也可把它变成某些衍
48、生物加以利用。把它变成某些衍生物加以利用。 纤维素可用酸水解成葡萄糖，也可以在纤维素酶纤维素可用酸水解成葡萄糖，也可以在纤维素酶的作用下水解成葡萄糖。的作用下水解成葡萄糖。 对于人类来说，它不是营养物质。因为人体内不对于人类来说，它不是营养物质。因为人体内不存在能够使存在能够使- -苷键断裂的酶。如牛、羊等，可以消苷键断裂的酶。如牛、羊等，可以消化纤维素。化纤维素。纤维素在人体内不会变成生命活动所需要的葡萄糖。纤维素在人体内不会变成生命活动所需要的葡萄糖。如平均每个葡萄糖单元有如平均每个葡萄糖单元有2.52.7个个ONO2，所得产物所得产物易燃，且有爆炸性易燃，且有爆炸性火棉火棉，可制炸药。若
49、每个葡萄糖单，可制炸药。若每个葡萄糖单元有元有2.12.5个个ONO2，所得产物也易燃，但无爆炸所得产物也易燃，但无爆炸性性胶棉胶棉，可制塑料、喷漆等。，可制塑料、喷漆等。根据混合酸的组成和反应时间的不同，纤维素酯化的根据混合酸的组成和反应时间的不同，纤维素酯化的程度也不同程度也不同:纤维素与浓硫酸和浓硝酸的混合物作用，生成纤维素纤维素与浓硫酸和浓硝酸的混合物作用，生成纤维素的硝酸酯。它的三硝酸酯的生成，可用下式表示：的硝酸酯。它的三硝酸酯的生成，可用下式表示：纤维素与醋酸酐和硫酸作用纤维素与醋酸酐和硫酸作用分子中的醇羟基发生乙酰化反应，生成纤维素的醋酸酯。分子中的醇羟基发生乙酰化反应，生成纤
50、维素的醋酸酯。三醋酸酯的生成，可表示如下：三醋酸酯的生成，可表示如下：酯化的程度随试剂的浓度和反应条件的不同而不同。酯化的程度随试剂的浓度和反应条件的不同而不同。工业上一般使用的是二醋酸酯，可用以制造人造丝、工业上一般使用的是二醋酸酯，可用以制造人造丝、胶片塑料等。胶片塑料等。 纤维素在氢氧化钠溶液中与氯乙酸作用纤维素在氢氧化钠溶液中与氯乙酸作用,羟基中的羟基中的氢可以被羧甲基取代，生成羧甲基纤维素的钠盐氢可以被羧甲基取代，生成羧甲基纤维素的钠盐,反应反应可表示为：可表示为：羧甲基纤维素钠盐是白色粉状物，俗成化学浆糊粉。羧甲基纤维素钠盐是白色粉状物，俗成化学浆糊粉。在纺织、印染等工业中可代替淀
