第十九章碳水化合物技术分析.ppt

有机化学 主 讲 汪 帆 wfan321@126.com） Organic Chemistry 第十九章 碳水化合物 目 录 19.1 概述（碳水化合物的涵义及分类） 19.2 单糖（单糖的结构及化学性质） 19.3 二糖（蔗糖、纤维二糖和麦芽糖） 19.4 多糖（淀粉和纤维素） 本章教学具体要求： （1）掌握单糖的表示及它们之间的相互转化,了解葡萄糖结 构测定的原理。 （2）掌握单糖的化学性质，以及差向异构、端基异构、异 头物、异头效应、还原性糖和非还原性糖等概念。 （3）掌握双糖的结构特点，了解α-和β-苷键及苷键水解 酶，了解一些重要双糖的结构。 （4）了解多糖的结构、应用及其生理功能。 本章教学重点、难点： 糖的化学性质及其结构的推导。 一、 碳水化合物的涵义 19.1 概 论 碳水化合物(Carbohydrate) ，又称糖类。是自然界中存在最多的一类有机物。植物干重的50%~80%为糖类化合物。糖是重要的食物之一。 糖类是绿色植物吸收空气中的CO2，经过复杂的光合作用而产生的。 绝大多数糖类分子由 C、H、O 三种元素组成，大多数化合物具有通式Cn(H2O)m，碳水化合物因此而得名。 定义：糖类是一类多羟基醛/酮以及通过水解产生多羟基醛/酮的物质。 单糖：不能水解的糖。如葡萄糖、果糖、核糖等。 双糖：水解后产生2分子单糖。如蔗糖、麦芽糖等。 寡糖(低聚糖)：水解后产生3~10个单糖分子。如棉子糖。 多糖(高聚糖)：完全水解后生成10个以上单糖分子。如淀粉、 纤维素等。 根据糖类水解情况分为四类： 二、碳水化合物的分类 （另：还可分为还原糖和非还原糖） 19.2 单 糖 19.2.1 单糖的分类 最简单的糖是甘油醛，它是研究糖类化学结构的参照物，也是合成复杂糖类化合物的起始原料。 19.2.2 单糖的结构与命名 A.构造式的研究确定过程： 一、葡萄糖的结构 1. 开链式结构 （1）元素分析得知葡萄糖的分子式为C6H12O6 ；用钠汞齐 还原生成己六醇；用HI进一步还原可得正己烷。 （说明：其结构为正构。） （2） （说明：说明含有五个羟基，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子上。） （ 证明有羰基 ） （ 证明含有醛基 ） 结论：葡萄糖是开链的五羟基己醛，其结构式为： B. 葡萄糖构型的确定： 从结构式看，分子中有四个手性碳原子，应存在24 =16个 旋光异构体，那么，哪个是葡萄糖呢？ 经典的化学法是这样进行的： 然而，又怎么知道－OH在手性碳的左边还是右边呢？ 逐级递升法： 依此类推，即可逐个确定。 可通过下面方法确定： 在这方面的研究，德国化学家Fischer最为突出，为此曾获1902年Nobel化学奖。经研究确定，葡萄糖具有下面的构型： Fischer投影式表示单糖结构： 注：1.糖类物质多用俗名。 2.用D、L表示构型时，只考虑与羰基最远的那个手性碳原子的构型： D型：结构式中,位号最大的手性碳原子的构型与D-(+)-甘油醛中C-2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-(-)-甘油醛中C-2构型一致。 自然界只存在 3 种己醛糖：D-葡萄糖、D-甘露糖、D-半乳糖。 单糖的差向异构体： C-2差向 异构体 C-4差向 异构体 在含多个手性碳的非对映体中，若彼此间只有1个C*构型不同，其余C*构型都相同，则互称为差向异构体。 差向异构体 非对映体 — 2. 单糖的环状结构、变旋光现象和糖苷 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： A：单糖只能与一分子醇生成缩醛。 B：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（变旋光现象 ）。 葡萄糖晶体： 常温用乙醇结晶而得（α型）；高温用醋酸结晶而得（β型） 糖类分子中既有C=O，又在 g- 或 d-位有—OH，故可形成较稳定的四碳一氧的五员杂环(呋喃型)或五碳一氧的六员杂环(吡喃型)。 ?-D-(+)-吡喃葡萄糖 ?-D-(+)-呋喃葡萄糖 ?-D-呋喃.. ?-D-吡喃.. +18.7o ( 63% ) +112o (37% ） ?-异构体：半缩醛羟基与C5上的羟基在链同侧。 ?-异构体：半缩醛羟基与C5上的羟基在链异侧。