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1、1,第12章 碳水化合物,碳水化合物也叫糖类碳水化合物是碳、氢、氧三种元素组成实验式都符合通式Cm(H2O)n，因而取名为碳水化合物。从构造上看:它们是一类多羟基醛（酮）或多羟基醛（酮）的缩合物和衍生物,2,存在与来源 糖类化合物广泛存在于自然界，是植物进行光合作用的产物。植物在日光的作用下，在叶绿素催化下将空气中的二氧化碳和水转化成葡萄糖，并放出氧气：,葡萄糖在植物体内还进一步结合生成多糖淀粉及纤维素。地球上每年由绿色植物经光合作用合成的糖类物质达数千亿吨。它既是构成掌握的组织基础，又是人类和动物赖以生存的物质基础，也为工业提供如粮、棉麻、竹、木等众多的有机原料。,3,碳水化合物都是用俗名根
2、据能否水解以及水解后生成分子数分为三类:单糖 最简单的，不能水解的多羟基醛或多羟基酮 例如葡萄糖、果糖、核糖等。低聚糖 生成个单糖 低聚糖又分为二糖、三糖或四糖等。二糖例如蔗糖、麦芽糖、纤维二糖等多糖 生成10个以上单糖 例如淀粉、纤维素等。单糖是构成低聚糖和多糖的基本单位，了解单糖的结构和性质则是研究糖类化学的基础。因此，本章重点介绍单糖的结构和性质。,4,单糖的分类 按分子中所含羰基的类型,（一）单 糖,天然存在的单糖都具有旋光性,最简单的单糖是:丙醛糖（俗称甘油醛CH2OHCHOHCHO）丙酮糖（甘油酮CH2OHCOCH2OH）单糖中最重要、分布最广的是己醛糖中的葡萄糖和己酮糖中的果糖。
3、我们就以葡萄糖和果糖为例来阐述单糖的结构和性质。,按分子中含碳原子的数目,5,单糖的结构 一.葡萄糖的结构 1.葡萄糖的开链式,天然葡萄糖:（+）葡萄糖,分子式:C6H12O6 根据性质:己醛糖,其构造式是:,6,7,单糖的构型:以甘油醛为标准来确定,天然葡萄糖的名称也可称为:(2R,3S,4R,5R)-(+)-葡萄糖,8,2.葡萄糖的氧环式结构,溶液的比旋光度随着时间变化(逐渐增大或缩小)，最后达到恒定值,这种现象叫做变旋光现象,2.在红外光谱中找不到羰基的特征吸收峰。,两个问题:,1.变旋光现象,9,生成环状半缩醛,10,11,用五元环平面或六元环平面来表示单糖氧环式 结构中各原子在空间的
4、排布,平衡体系:,氧环式结构通过开链式相互转变(互变异构),哈武斯氧环式(哈武斯式):,0.1%,12,问题:为什么型的含量比型多？构象,葡萄糖:较大基团全都处于平伏键上,稳定的优势构象,3葡萄糖的构象式,13,在含有多个手性碳原子的旋光异构体中，只有一个手性碳原子的构型不同时，互称为差向异构体。,1、差向异构化,D葡萄糖,D甘露糖,12.1.3 单糖的化学性质,14,在稀碱溶液中，D一葡萄糖可以通过稀醇式中间体进行转化，得到含有D一葡萄糖、D一甘露糖、D一果糖三种物质的平衡混合物,15,D葡萄糖,D甘露糖,D果糖,16,2.氧化反应,酮糖不被溴水氧化，可用溴水来区别酮糖和醛糖。,17,3、形
5、成缩醛(成苷作用),在单糖的环状结构中含有半缩醛羟基（苷羟基），苷羟基比醇羟基活泼，易与另外一分子醇或酚的羟基作用，脱去一分子水生成糖苷。,氧苷键,甲基-D-葡萄糖苷,（糖苷基）,（糖苷配基）,18,单糖与苯肼作用生成苯腙；如果苯肼过量，单糖苯腙能继续再与苯肼反应，生成一种不溶于水的黄色晶体，称为脎，例如：,5.生脎 反应,不同的糖脎结晶形状不同，成脎所需时间不同，各有一定的熔点，所以：成脎反应可用来作糖的定性鉴定。,19,20,21,单糖用化学还原剂(如LiAlH4，NaBH4等)还原，或用催化加氢的方法，都可以变成对应的糖醇，例如：,6.还原反应,22,7、莫利施反应,糖水,萘酚/乙醇溶液
6、,浓硫酸,可用来鉴别所有糖类化合物的存在,23,三、重要的单糖,（一）葡萄糖,D（+）葡萄糖为无色结晶，味甜，易溶于水，稍溶于酒精。由于其水溶液为右旋光性，故又称右旋糖。,存在于人体血液中的葡萄糖称为血糖。,正常人的血糖含量为4.46.7mmolL-1，当血糖浓度超过910mmolL-1时，滤入原尿中的葡萄糖超过肾小管对糖的重吸收能力，糖随尿排出，出现糖尿现象。,医学上，葡萄糖用作营养品，常用50gL-1的葡萄糖液作为临床上的输液。,24,（二）果糖,-D-（-）-呋喃果糖-D-（-）-呋喃果糖,果糖水溶液中也存在着环状结构与链状结构的相互转化，所以，果糖也有变旋光现象。,果糖有两种不同的环状
7、结构，一种是六元吡喃环，叫吡喃果糖；一种是五元呋喃环，称为呋喃果糖。自然界中以游离状态存在的果糖通常是吡喃果糖，而以结合状态存在的果糖则主要是呋喃果糖,25,核糖是戊醛糖，脱氧核糖是C2上比核糖少一个氧的戊醛糖，其开链结构和环状结构为,D-(-)-核糖,（三）核糖和脱氧核糖,-D-(-)-呋喃核糖,-D-(-)-呋喃核糖,26,D-(-)-2-脱氧核糖,-D-(-)-呋喃脱氧核糖,-D-(-)-呋喃脱氧核糖,27,第二节 双糖,双糖是低聚糖中最重要的一类，是由两个单糖缩合而成的化合物，水解以后可生成两分子单糖。,一、还原性双糖（结构中有苷羟基）,（一）麦芽糖,麦芽糖是由一分子-D-吡喃葡萄糖C
8、1上的苷羟基与另一分子D吡喃葡萄糖C4上的醇羟基脱水缩合而成。,-1,4-苷键,分子中有一个半缩醛羟基，有还原性和变旋光现象。,28,（二）乳糖,乳糖在人奶中含58%，牛奶中含45%，是婴幼儿的必须营养品。,-1,4苷键,乳糖也有半缩醛羟基，具有还原性和变旋光性。可被托伦试剂氧化。,乳糖是由-D-吡喃半乳糖C1上的苷羟基与D吡喃葡萄糖C4上的醇羟基脱水而成。,29,二、非还原性双糖蔗糖（结构中无苷羟基）,蔗糖是由-D-吡喃葡萄糖C1上的苷羟基与-D-呋喃果糖C2上的苷羟基脱水缩合而成的二糖。,-1,2-苷键,30,1、蔗糖是右旋糖，tD=(+)66.5，水解后生成等分子D-葡萄糖和D-果糖混合
9、物，比旋光度变为（）19.75，这一水解过程叫转化。这种等分子产物叫转化糖，蜂蜜中大部分都是转化糖。,2、分子中无苷OH，所以无还原性，无变旋光现象。,31,第三节,特点:,1.分子量大,一般是几百万几千万。,2.无甜味，多不溶于水，个别可与水形成胶体。,3.无还原性和变旋光现象。,32,一、淀粉,淀粉可分为直链淀粉和支链淀粉，是由多个D-葡萄糖缩合而成的。可看作是麦芽糖的高聚体。,（一）直链淀粉,又称为糖淀粉、可溶性淀粉。可溶于热水生成胶体溶液。,直链淀粉的结构,D-葡萄糖以1,4苷键相连,33,（1）并非以直线型存在，而是借助于分子内氢键卷曲成螺旋状，每一个螺旋有6个葡萄糖结构单位。,34
10、,原因是由于直链淀粉螺旋状结构的中空部分，其大小正好适合碘分子进入，依靠分子间力使碘与淀粉之间松弛地结合起来，形成蓝色的复合物。,35,（二）支链淀粉,又称为胶淀粉，由若干-D-葡萄糖以-1,4苷键形成主链，又以-1,6苷键形成支链。,1,4苷键,1,6 苷键,不溶于水，在热水中形成浆糊。,36,37,（三）淀粉的性质,支链淀粉显紫红色,1、可在稀酸或酶作用下水解，产生不同产物，最终产物是D-葡萄糖。,2、遇碘显色。,直链淀粉显兰色,38,二、纤维素,纤维素是植物细胞壁的主要组分，构成植物的支持组织。是自然界存在最多的多糖。如脱脂棉、纱布、滤纸等均是由纤维素组成，其结构单位是-D-葡萄糖。,由
11、若干-D-葡萄糖以-1,4苷键相连而成，不溶于水及有机溶剂。,-1,4苷键,39,由于氢键作用而使分子链紧密结合在一起合成纤维束，有较好的机械强度和稳定性。,人体内的酶不能水解-1,4苷键，而食草动物（牛、羊）体内存在有某些微生物及酶，水解-1,4苷键，所以含纤维素的草是牛羊的营养来源，而人却不能作为营养物质。,40,小 结,一、单糖,1、葡萄糖开链式结构和哈武斯式,2、单糖的化学性质,二、二糖,麦芽糖、乳糖、蔗糖的组成,三、多糖,淀粉、纤维素的特点,41,环糊精,淀粉经某种特殊酶的作用可生成环糊精。环糊精是由6个、7个、8个或更多的葡萄糖以-1,4苷键形成的环状寡糖.,环糊精的形状和作用与冠
12、醚相似，环糊精作为主体，筒中的空隙可以容纳某些客体。环糊精的外围是亲水的，而圆筒内部是亲油的，所以可以容纳一定大小的非极性分子或某些分子的非极性部分。,应用：抗癌药之一卡铂,难溶于水，可被环糊精带入血液中而发挥其药效。,42,糖原（动物淀粉）,存在于肝脏和肌肉中分别称为肝糖原和肌糖原，是动物能量的主要来源。,糖元的基本结构单位也是D-葡萄糖，结构与支链淀粉相似，但支链更多、更密、更复杂。,糖原水溶液遇碘显棕至紫色。,糖原水解最终产物是D-葡萄糖。,43,糖原是动物体能量的主要来源，葡萄糖在动物血液中含量较高时，就结合成糖原而储存于肝脏中；当血液中含糖量降低时，糖原就分解为葡萄糖而供给机体以能量。,
