有机化学教学之十八：碳水化合物[精选].doc

??????? 第十八章 碳水化合物 ?学习要求： ?1．(开链式、环状哈武斯式)及其化学性质。 ?2． ?3． ?§18.1 碳水化合物的涵义及分类 ?? 碳水化合物又称为糖类，是植物光合作用的产物，是一类重要的天然有机化合物， 对于维持动植物的生命起着重要的作用。 ?18.1.1 碳水化合物的涵义 ?? 糖 —— 多羟基醛和多羟基酮及其缩合物，或水解后能产生多羟基醛、酮的一类 有机化合物。因这类化合物都是由C、H、O三种元素组成，且都符合Cn(H2O)m的通式， 所以称之为碳水化合物。例如：葡萄糖的分子式为C6H12O6，可表示为C6(H2O)6，蔗糖 的分子式为C12H22O11，可表示为C12(H2O)11等。但有的糖不符合碳水化合物的比例，例 如：鼠李糖C5H12O5（甲基糖）；脱氧核糖C5H10O4。有些化合物的组成符合碳水化合物 的比例，但不是糖。例如甲酸（CH2O）、乙酸（C2H4O2）、乳酸（C3H6O3）等。因此， 最好还是叫做糖类较为合理。 ?18.1.2 分类 ?? 根据其单元结构分为： ?? 单糖 —— 不能再水解的多羟基醛或多羟基酮。 ?? 低聚糖——含2~10个单糖结构的缩合物。以二糖最为多见，如蔗糖、麦芽糖、乳糖 等。 ?? 多糖 ——含10个以上单糖结构的缩合物。如淀粉、纤维素等。 ?18.1.3 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： ? 　 ??? 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。 我国物产丰富，许多特产均是含糖衍生物，具有特殊的药用功效，有待我们去研究、 开发。 ?§18.2? 单 糖 ?? 单糖可根据分子中所含碳原子的数目分为戊糖、己糖等。自然界中存在最广泛的单 糖是葡萄糖（多羟基醛）、果糖（多羟基酮）和核糖。我们以葡萄糖和果糖为代表来讨 论单糖。 ?18.2.1 单糖的结构 ?（一）、单糖的构造式 ?? 葡萄糖、果糖等的结构已在上个世纪由被誉为“糖化学之父”的费歇尔（Fischer） 及哈沃斯（Haworth）等化学家的不懈努力而确定。 ??? 实验证明，葡萄糖的分子式为C6H12O6，为2，3，4，5，6，-五羟基己醛的基本结 构。果糖为1，3，4，5，6，-五羟基己酮的基本结构。其构造式如下： 　 　 　 ?? 葡萄糖有四个手性碳原子，因此，它有24=16个对映异构体。所以，只测定糖的构 造式是不够的，还必须确定它的构型。 ?1．相对构型的确定 ?? 糖的相对构型(D系列和L系列)是以D-(+)甘油醛和L-(-)甘油醛作为标准，将其进 行与糖类化合物有关联的一系列反应联系，得到相应的糖类。这样糖类的相对构型也 就可以确定了。例如，己醛糖的D型异构体与D-(+)甘油醛的关联见P581图18-1。 ?? 18世纪末，20世纪初，费歇尔（E?Fischer）首先对糖进行了系统的研究，确定了 葡糖的结构。葡萄糖的构型如下： ? 　 　 　 　 ?? 1890年完成合 成)。所以费歇尔被誉为“糖化学之父”。也因而获得了1802年的诺贝尔化学奖。 （38岁出成果，50岁获诺贝尔化学奖） ?2．构型的标记和表示方法 （1）构型的标记 ??? 糖类的构型习惯用D / L名称进行标记。即编号最大的手性碳原子上OH在右边的为 D型，OH在左边的为L型。八个D型的己醛糖的名称及构型见P581，另有八个L型异构体。 （2）构型的表示方法 ??? 糖的构型一般用费歇尔式表示，但为了书写方便，也可以写成省写式。其常见的几 种表示方法为： ? 　 　 　 键。如D-(+)葡萄糖可表示为： ? 　 　 　 把结构式横写更容易看出分子中各原子团之间的立体关系。 ?（三）、单糖的环状结构 ?? 单糖的开链结构是由它的一些性质而推出来的，因此，开链结构能说明单糖的许多 化学性质，但开链结构不能解释单糖的所有性质，如： ?① 不与品红醛试剂反应、与NaHSO4反应非常迟缓（这说明单糖分子内无典型的醛 基）。 ?② 单糖只能与一分子醇生成缩醛（说明单糖是一个分子内半缩醛结构）。 ?③ 变旋光现象，如： ?葡萄糖晶体???? 常温下用乙醇结晶而得（α型）?? 高温下用醋酸结晶而得（β型） ?m.p????????????????? ?? 146℃????????????????????????? ? 150℃ ?新配溶液的[α]D????????? ?+112°????????????????????????? +18° ?新配溶液放置??????