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1、第十八章碳水化合物第1页，此课件共27页哦教教 学学 目目 的的1 1、掌握糖类化合物的结构、单糖的物理性质、单糖的化学性质。掌握糖类化合物的结构、单糖的物理性质、单糖的化学性质。2 2、了解糖类化合物在自然界的分布、来源。了解糖类化合物在自然界的分布、来源。3、了解二糖的结构和性质，变旋现象，还原糖与非还原糖的概念。、了解二糖的结构和性质，变旋现象，还原糖与非还原糖的概念。第2页，此课件共27页哦前言：前言：碳水化合物碳水化合物(carbohydrate又称糖类又称糖类)(saccharide)，是由于，是由于早期发现这类物质的化学式为早期发现这类物质的化学式为Cn(H2O)m而得名。后来发
2、现这个而得名。后来发现这个名称并不确切，如鼠李糖名称并不确切，如鼠李糖(C6H12O5)不符合以上通式，乙酸符合不符合以上通式，乙酸符合通式但不是糖。通式但不是糖。糖不仅是动、植物的结构组分，而且是重要的信息物质，在生糖不仅是动、植物的结构组分，而且是重要的信息物质，在生命过程中发挥着重要的生理功能。命过程中发挥着重要的生理功能。糖可分为：糖可分为：单糖单糖（不能再水解）、（不能再水解）、双糖双糖（含两分子单糖）、（含两分子单糖）、寡糖寡糖（含三到十个）和（含三到十个）和多糖多糖（含十个以上）。（含十个以上）。糖类化合物的定义糖类化合物的定义(按化学结构按化学结构):):是多羟基的醛、酮或其是
3、多羟基的醛、酮或其聚合物。聚合物。第3页，此课件共27页哦分类：分类：从结构上，从结构上，分为醛糖分为醛糖(aldoses)(葡萄糖葡萄糖)和酮糖和酮糖(ketose)(果糖果糖);按碳原子数目，按碳原子数目，分为三碳（丙）、四碳（丁）、五碳分为三碳（丙）、四碳（丁）、五碳（戊）和六碳（己）糖。（戊）和六碳（己）糖。第一节第一节 单糖单糖第4页，此课件共27页哦一、单糖的开链结构和构型一、单糖的开链结构和构型 单糖的单糖的Fisher投影式：投影式：竖线表示碳链，羰基具有最小编号；竖线表示碳链，羰基具有最小编号；将编号最大的将编号最大的手性碳手性碳（离羰基最远）的构型与（离羰基最远）的构型与D
4、-甘油醛比较，甘油醛比较，相同的为相同的为D构型，反之为构型，反之为L构型。构型。如何判断单糖具有开链结构？如何判断单糖具有开链结构？(书书432)第5页，此课件共27页哦D-果糖果糖D-山梨糖山梨糖D-2脱氧核糖脱氧核糖1、单糖的环状结构、单糖的环状结构(Haworth式式)实验事实：实验事实：(葡萄糖）葡萄糖）（1）只与）只与1mol的醇反应形成糖苷；的醇反应形成糖苷；（2）在不同条件下可得两种结晶在不同条件下可得两种结晶,旋光度不一样旋光度不一样?（3）IR中没有中没有C=O的吸收峰，的吸收峰，1H NMR中也见不到醛基中也见不到醛基质子的信号；质子的信号；二、单糖的变旋光现象和环状结构
5、二、单糖的变旋光现象和环状结构自然界的一自然界的一些酮糖些酮糖:第6页，此课件共27页哦实验证实：实验证实：v 葡萄糖是环状半缩醛结构。葡萄糖是环状半缩醛结构。葡萄糖通常以六元环或五元环存在，分别称为葡萄糖通常以六元环或五元环存在，分别称为吡喃吡喃糖糖(glycopyranose)和和呋喃糖呋喃糖(glycofuranose)。-异构体：异构体：半缩醛羟基与半缩醛羟基与C6羟基位于羟基位于异异侧。侧。-异构体：异构体：半缩醛羟基与半缩醛羟基与C6羟基位于羟基位于同同侧。侧。端基异构体端基异构体(anomer)：分子中半缩醛羟基的两分子中半缩醛羟基的两种空间取向形成两种异构体（种空间取向形成两种
6、异构体（、异构体），异构体），称为端基异构体。称为端基异构体。第7页，此课件共27页哦-D-吡喃葡萄糖吡喃葡萄糖 -D-吡喃葡萄糖吡喃葡萄糖Fischer投影式转变为投影式转变为Haworth式：式：第8页，此课件共27页哦D-呋喃葡萄糖第9页，此课件共27页哦 如何由如何由Haworth(哈沃斯哈沃斯)式判断糖的构型？式判断糖的构型？在在Haworth式结构式中：式结构式中：D-型：型：CH2OH在环上方；在环上方；L-型：型：CH2OH在环下方。在环下方。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：-D-吡喃葡萄糖吡喃葡萄糖 -L-吡喃葡萄糖吡喃葡萄糖第10页，此课件共27页哦
7、第11页，此课件共27页哦2 2、变旋光现象、变旋光现象其化学本质是：其化学本质是：一种环状结构可通过开链结构一种环状结构可通过开链结构转变为另一种环状结构。转变为另一种环状结构。变旋光现象：变旋光现象：一种构型的糖其旋光度在溶液一种构型的糖其旋光度在溶液中会发生改变，最终达到一恒定值的现象。中会发生改变，最终达到一恒定值的现象。第12页，此课件共27页哦3 3、D-D-吡喃葡萄糖的稳定构象吡喃葡萄糖的稳定构象（优势构象）优势构象）吡喃糖椅式构象中，取代基吡喃糖椅式构象中，取代基(OH,CH2OH等等)占占平键平键e位置越多，其构象越稳定。位置越多，其构象越稳定。第13页，此课件共27页哦1、
8、物理性质、物理性质 单糖是具有甜味的结晶性物质，易溶于水，单糖是具有甜味的结晶性物质，易溶于水，难溶于有机溶剂，易形成过饱和溶液糖浆。难溶于有机溶剂，易形成过饱和溶液糖浆。具有环状结构的单糖有变旋光现象。具有环状结构的单糖有变旋光现象。2、化学性质、化学性质除具有一般醛酮和醇的性质，还有一些特殊性质：除具有一般醛酮和醇的性质，还有一些特殊性质：（1）成苷反应）成苷反应v 单糖的单糖的半缩醛羟基与其他含羟基或活性氢的化合物半缩醛羟基与其他含羟基或活性氢的化合物脱水脱水，生成的产物称为，生成的产物称为糖苷糖苷(glycoside)。此反应称。此反应称为为成苷反应成苷反应。三、单糖的物理、化学性质三
9、、单糖的物理、化学性质第14页，此课件共27页哦-D-甲基甲基葡萄糖苷葡萄糖苷 -D-甲基葡萄糖苷甲基葡萄糖苷糖苷基与配基之间连接的键称为糖苷基与配基之间连接的键称为苷键。苷键。氧苷氧苷氮苷氮苷第15页，此课件共27页哦（2）氧化反应）氧化反应A、与、与Tollens、Fehling试剂试剂(碱性碱性)反应反应-羟基酮糖也能被氧化。羟基酮糖也能被氧化。（通过烯二醇可转化为醛（通过烯二醇可转化为醛糖）糖）还原糖：还原糖：凡是对凡是对Tollens、Fehling试剂呈正反应的糖称试剂呈正反应的糖称还原糖，显负反应的称为非还原糖。还原糖，显负反应的称为非还原糖。单糖都是还原糖。单糖都是还原糖。醛醛
10、糖糖的的氧氧化化第16页，此课件共27页哦差差向向异异构构化化：在碱性条件在碱性条件下相互转化下相互转化的反应。的反应。差差向向异异构构体体：只有相对只有相对应的一个应的一个手性碳的手性碳的构型相反构型相反的异构体。的异构体。第17页，此课件共27页哦B、与溴水的反应、与溴水的反应 选择性地将醛基氧化成羧基。选择性地将醛基氧化成羧基。v 由于在酸性条件下，糖不发生差向异构化，由于在酸性条件下，糖不发生差向异构化，因此溴水不氧化酮糖。因此溴水不氧化酮糖。可用于鉴别酮糖和醛糖。可用于鉴别酮糖和醛糖。第18页，此课件共27页哦C、与稀硝酸的反应、与稀硝酸的反应v 酮糖在此条件下发生酮糖在此条件下发生
11、C2-C3键的断裂，生成小分键的断裂，生成小分子的醇酸。子的醇酸。第19页，此课件共27页哦 (3)成成脎反应脎反应 （与过量苯肼作用）（与过量苯肼作用）反应发生在反应发生在C-1和和C-2上。上。D-葡萄糖、葡萄糖、D-果糖、果糖、D-甘露糖都生成同甘露糖都生成同样的糖脎样的糖脎第20页，此课件共27页哦第二节第二节 双糖和多糖双糖和多糖 双糖和多糖都是单糖分子通过分子间脱水双糖和多糖都是单糖分子通过分子间脱水后以苷键连接而成的化合物。后以苷键连接而成的化合物。一、双糖一、双糖 还原性双糖：还原性双糖：分子中有半缩醛羟基。分子中有半缩醛羟基。麦芽糖、麦芽糖、纤维二糖、乳糖为还原糖。纤维二糖、
12、乳糖为还原糖。非还原性双糖：非还原性双糖：分子中没有半缩醛羟基。分子中没有半缩醛羟基。蔗蔗糖为非还原糖。糖为非还原糖。单糖有单糖有-和和-两种构型，苷键也有两种构型，苷键也有-苷键和苷键和-苷键之分苷键之分第21页，此课件共27页哦1.(+)-麦芽糖麦芽糖(maltose)2.(+)-纤维二糖纤维二糖(cellobiose)-1,44-O-(-D-吡喃吡喃葡萄糖葡萄糖基基)-D-吡喃吡喃葡萄葡萄糖糖-1,44-O-(-D-吡喃吡喃葡萄糖葡萄糖基基)-D-吡喃吡喃葡萄糖葡萄糖 (+)-纤维二糖与纤维二糖与(+)-麦芽糖结构上的区别：麦芽糖结构上的区别：苷键构型不同。苷键构型不同。第22页，此课件
13、共27页哦3.(+)-乳糖乳糖(lactose)-1,44-O-(-D-吡喃吡喃半乳糖半乳糖基基)-D-吡喃吡喃葡萄糖葡萄糖4.(+)-蔗糖蔗糖(sucrose)-1,4-1,4-D-呋喃呋喃果糖果糖基基-D-吡喃吡喃葡萄糖葡萄糖苷苷第23页，此课件共27页哦二、多糖二、多糖 直链多糖一般以直链多糖一般以-1,4 和和-1,4苷键连接，支链多糖苷键连接，支链多糖以以-1,6苷键连接。苷键连接。多糖没有还原性和变旋光现象。大多数不溶于多糖没有还原性和变旋光现象。大多数不溶于水，个别多糖能与水形成胶体溶液。水，个别多糖能与水形成胶体溶液。1.淀粉淀粉(starch)：直链和支链：直链和支链 -1,
14、4-苷苷键键直链淀粉直链淀粉第24页，此课件共27页哦支链处：支链处：-1,6苷键苷键主链处：主链处：-1,4-苷键苷键支链淀粉支链淀粉 支链支链淀粉可与碘生成淀粉可与碘生成紫红色紫红色的配合物。的配合物。直链直链淀粉具有螺旋状结构，每一个螺旋含淀粉具有螺旋状结构，每一个螺旋含6个个D-葡萄糖。葡萄糖。遇碘变遇碘变蓝蓝，是淀粉的定性鉴定反应。，是淀粉的定性鉴定反应。第25页，此课件共27页哦2.肝糖肝糖(糖元糖元)(glycogen)糖元糖元是无色粉末，易溶于水，遇淀粉呈是无色粉末，易溶于水，遇淀粉呈紫红色紫红色。由大。由大量葡萄糖连接而成，结构与支链淀粉相似，但分支更密。量葡萄糖连接而成，结构与支链淀粉相似，但分支更密。P4493.纤维素纤维素(cellulose)纤维素是由纤维素是由D-葡萄糖以葡萄糖以 -1,4苷键结合的链状聚合苷键结合的链状聚合物，不存在支链，由于分子链间氢键的作用而扭成绳索状。物，不存在支链，由于分子链间氢键的作用而扭成绳索状。第26页，此课件共27页哦作业P449 4（1,2），7(3,4,7)第27页，此课件共27页哦