单糖结构
单糖的开链结构和构型
单糖的开链结构和构型单糖是一种最简单的碳水化合物，由一个单糖分子组成。
根据单糖分子的功能基团不同，单糖可以分为醛糖和酮糖两类。
单糖的开链结构和构型，对于了解碳水化合物的化学性质和生物活性具有重要意义。
本文将详细介绍单糖的开链结构和构型，并探讨其在生物体内的重要作用。
单糖的开链结构指的是单糖分子中碳骨架的直线排列。
根据开链结构的不同，单糖可分为醛糖和酮糖。
醛糖中，以一个乙醛基为功能基团，可将其分为2个亚类：半乳糖和全糖。
半乳糖中乙醛基位于内碳原子上，全糖中乙醛基位于末尾碳原子上。
酮糖中，以一个酮基为功能基团，可将其分为内酮糖和外酮糖。
内酮糖中酮基位于内碳原子上，外酮糖中酮基位于末尾碳原子上。
以葡萄糖为例，其开链结构如下所示：H─C─C─C─C─C─C─C─C─O─H││││││││H─OH─OH─OH─OH─OH─H─OH构型是指在空间中单糖分子的排列方式。
单糖分子由一个或多个手性中心组成，手性中心是指碳原子上有四个不同取代基团，从而导致立体异构体的生成。
最常见的单糖构型为D-和L-构型。
根据单糖的骨架，D-构型意味着羟基在最右边，而L-构型则意味着羟基在最左边。
目前研究表明，生物体内主要存在D-构型的单糖。
以葡萄糖为例，其D-构型的示意图如下所示：H─C─C─C─C─C─C─C─O─H││││││││OH─H─OH─OH─OH─OH─H─OH总结起来，单糖的开链结构和构型是指单糖分子中碳骨架的直线排列和在空间中的立体异构体。
通过研究单糖的开链结构和构型，我们可以更好地理解单糖在生物体内的重要作用，为疾病的治疗和预防提供理论依据。
糖的构型及其画法
一、单糖的结构表示单糖结构式的三种方法:Fischer 投影式、Haworth 投影式与优势构象式 1、葡萄糖(Fischer 投影式)D,L 表示相对构型结构式中,位号最大、离羰基最远的手性碳原子的羟基在右侧为D 型;羟基在左侧的为L 型。
CHO OH H H HO OH H OHHCH 2OH 5D-葡萄糖CHO OH H H HO OH H HHO2OH5L-葡萄糖2、Fischer 投影式不能表示单糖在水溶液中的真实存在形式,因此有了Haworth 投影式。
Haworth 投影式中,C4位羟基在面下为D 型,在面上则为L 型单糖成环后形成了一个新的手性碳原子,形成一对端基差向异构体,有α、β二种构型。
端基碳上的羟基与C4羟基在同侧称α型,异侧β型O OHHH OH HHOHCH 2OH O HOHHOH HOHCH 2OHβ-D-葡萄糖 α-D-葡萄糖3、虽然Haworth 式表示方法较Fischer 式有所改进,但它仍然就是一种简化了的方式,尚不能完全表达糖的真实存在状态。
经实验证明葡萄糖在溶液或固体状态时其优势构象就是椅式当C 4在面上,C 1在面下,称C1式(通常绝大多数单糖的优势构象就是C1式) 当C 4在面下,C 1在面上,称1C 式O123451C 式O12345C1式对于β-D型与α-L型葡萄糖,当优势构象为C1式时,C1-OH 在环的面上,处于横键上,1C式时,在竖键O O对于α-D型与β-L型葡萄糖,当优势构象为C1式时,C1-OH 在环的面下,处于竖键上,1C式时,在横键OO竖键与横键的具体写法:1、横键与环上的键隔键平行;2、横键与竖键在环的面上面下交替排列。
例:(E)-2,3,5,4′-四羟基二苯乙烯-2-O-β-D-葡萄糖苷HOHOOOHOOHOHOHOH单糖的绝对构型如何测定1、GC法将单糖与手性试剂反应,(相当于在糖中引入一个新的手性中心)然后通过GC比较与标准单糖D与L型单糖衍生物的比移值,比移植相同的即为构型相同,反之亦然。
单糖的结构和性质PPT优秀资料
第7章 糖类和糖生物学
引言 单糖的结构和性质 重要的单糖和单糖衍生物 寡糖 多糖 糖缀合物
细菌杂多糖
则叫某单糖苷。 α,α -海藻糖或叫海藻糖： α-G（ 1→ 1） α-G
（三）自然界中常见的双糖 • 麦芽糖： α-葡糖 （ 1→4） α-葡糖 （还原性糖） • 乳糖：β-半乳糖（ 1→4） α-葡糖 （还原性糖） • 蔗糖： α-葡糖（ 1→2） β-果糖苷（非还原性糖） • α,α -海藻糖或叫海藻糖： α-G（ 1→ 1） α-G • 纤维二糖：β-葡糖（1→4） α-葡糖（还原性糖）
2、糖类的命名
（1）少数简单的单糖,根据官能团命名。
（2）糖类物质多用俗名,通俗名称往往与它的来 源有关,如葡萄糖、果糖等。
（3）依据其碳原子数目命名，如丙糖，丁糖。
（4）有时把碳原子数目与羰基类型结合起来命名。 丙醛糖，丁醛糖,丙酮糖,丁酮糖等.
三、单糖的结构和性质
（一）链状结构:单糖具链状结构。 （二）单糖的环状结构
2（★、1单 ）单糖少残数基简糖间单连的的接单键糖重的,根类据型要官能团衍命名生。 物：糖醇、糖醛酸、氨基糖、糖苷等。
1、糖的分类, 根据糖类的聚合度进行分类。 1、先写出非还原端单糖残基的名称，称为某糖基，并在其名称前写上O-，O表示连接键是通过氧原子。 （2）糖类物质多用俗名,通俗名称往往与它的来源有关,如葡萄糖、果糖等。 3、参与形成糖苷键的两个碳原子的位置，常用箭头连接起来的两个序号表示。 3、寡糖中是否含有游离的异头碳，含游离异头碳的一端是还原端，另一端是非还原端。 α,α -海藻糖或叫海藻糖： α-G（ 1→ 1） α-G 变旋现象：单糖分子在水溶液中具有链式和环式的互变，所以旋光性也会发生变化，直到达到平衡状态，旋光度才不会发生变化，这 种现象叫变旋现象 戊糖： D-核糖、D-2-脱氧核糖、核酮糖和木酮糖。 1、糖的分类, 根据糖类的聚合度进行分类。
单糖的结构.
O
CH2OH OH OH
OH
H
α- D-吡喃果糖
α- D-呋喃果糖
CH2OH H OH OH H CH2OH
H OH
OH
CH2OH O
D-果糖
H ห้องสมุดไป่ตู้H
D-吡喃果糖
D-呋喃果糖
谢
制作人：
谢
庞芬只
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。葡萄糖常见的几种表示方法为：
CHO H OH HO H H OH H OH CH2OH
CHO OH HO
CHO
OH OH CH2OH
CH2OH
三、葡萄糖的结构 环状结构
HO
H OH
*C
O CH2OH
CHO
*
C
O CH2OH CH2OH
β -D-(+)-葡萄糖 +190
D-(+)-葡萄糖
0.1%
D 520
α -(+)-葡萄糖
+1120
平衡混合物
三、葡萄糖的结构 哈沃斯式
书写原则： （1）把成环的C、O画成六角环，一般，“O”放在 右上方。 （2）遵循“左上右下”原则，将位于碳链左侧的氢 和羟基写在环平面的上方，位于碳链右侧的氢和羟 基写在环平面的下方。 （3）-异构体：半缩醛羟基在环的下方；-异构体： 半缩醛羟基在环的上方。
三、葡萄糖的结构
半缩醛羟基在环的下 方称为-异构体
三、葡萄糖的结构
半缩醛羟基在环的上 方称为 -异构体
四、果糖的结构
果糖的开链式以及吡喃果糖、呋喃果糖的哈沃斯式
H H H H OH O OH OH H HO H H H OH OH βH βH H O OH CH2OH CH2OH CH2OH C O H OH H OH CH2OH H
常见糖的结构式
常见糖的结构式常见糖的结构式可以分为单糖、二糖和多糖三类。
下面将分别介绍各类糖的常见结构式。
一、单糖的结构式1.葡萄糖（Glucose）葡萄糖是最为常见的单糖之一，其分子式为C6H12O6。
葡萄糖的结构式可以表示为直线式或环式，其中环式分为α型和β型两种。
α-D-葡萄糖的结构式如下图所示：2.果糖（Fructose）果糖也是一种常见的单糖，其分子式为C6H12O6。
果糖的结构式为环式，表现为底物式和木糖型式两种。
底物式果糖的结构式如下图所示：3.半乳糖（Galactose）半乳糖是一种存在于乳糖中的单糖，其分子式为C6H12O6。
半乳糖的结构式与葡萄糖相似，也可表示为直线式和环式。
α-D-半乳糖的结构式如下图所示：二、二糖的结构式1.蔗糖（Sucrose）蔗糖是由一分子的葡萄糖和一分子的果糖通过α-1,2-键连接而成，其分子式为C12H22O11。
蔗糖的结构式如下图所示：2.乳糖（Lactose）乳糖是由一分子的葡萄糖和一分子的半乳糖通过β-1,4-键连接而成，其分子式为C12H22O11。
乳糖的结构式如下图所示：3.麦芽糖（Maltose）麦芽糖是由两个分子的葡萄糖通过α-1,4-键连接而成，其分子式为C12H22O11。
麦芽糖的结构式如下图所示：三、多糖的结构式1.淀粉（Starch）淀粉是植物中常见的多糖，由大量葡萄糖分子通过α-1,4-键和α-1,6-键连接而成。
淀粉的结构式如下图所示：2.纤维素（Cellulose）纤维素是植物细胞壁中的主要成分，也是一种大量由葡萄糖分子通过β-1,4-键连接而成的多糖。
纤维素的结构式如下图所示：3.糖原（Glycogen）糖原是动物体内储存糖分的多糖，由大量葡萄糖分子通过α-1,4-键和α-1,6-键连接而成。
糖原的结构式与淀粉相似，但分枝较为频繁。
糖原的结构式如下图所示：以上是常见糖的结构式，它们在生物体内起着重要的能量和结构功能。
另外，还有很多其他的糖类物质，如甘露糖、酮糖等，它们的结构式各不相同，但大多数都可以归类到以上提到的单糖、二糖或多糖中。
1.1单糖的结构和性质
核酮糖
木酮糖
阿洛酮糖 果糖
山梨糖
9
塔格糖
• 单糖的构象
2种
- 椅式构象通常要比船式等的构象更稳定： 平伏/赤道键的稳定性高于轴/直立键
6种
10
• 差向异构体 Epimers
仅有一个C*构型不同的同C数糖分子 互为差向异构体
Glc and Fru are also epimers?
㈡ 普通单糖具有环状结构
- 构型的区分以离羰基C最远的C*为依据
- 具有n个C*的分子有2n个立体异构体
(Van’t Hoff’s law)
MIRROR
D构型-OH朝右 L构型-OH朝左
7
Series of D-aldoses
甘油醛
赤藓糖
= 甘油醛的碳链 加长物( –CHOH)
(cf. Fig. 6-4)
苏糖
核糖
阿拉伯糖
单糖的结构ohchohohoh丙糖最简单己糖最常见甘油醛二羟丙酮果糖fru构建核酸的分别是戊醛糖rna和脱氧戊醛糖dna核糖rib葡萄糖glc单糖monosaccharides单糖具有不对称中心甘油醛构型chiral个立体异构体vanthoffslawd构型oh朝右l构型oh朝左mirror甘油醛赤藓糖核糖葡萄糖甘露糖半乳糖series来苏糖阿洛糖阿卓糖甘油醛的碳链加长物chohcf
与强酸共热时，戊糖可脱水生成糠醛(呋喃醛)； 己糖则分解成甲酸、CO2、乙酰丙酸及少量羟甲基糠醛
- 酯化作用(糖代谢活性形式，cf. 单糖的磷酸化)
多元醇可与酸作用生成酯，例如糖代谢中的多种中间物 都是糖的磷酸酯
- 弱碱作用(ie. 异构化)
自由羰基在弱碱中可通过烯二醇中间物使单糖互变异构， 例如Glc、Fru和Man可通过1,2-烯二醇-Glc相互转化
单糖的结构及糖苷键
单糖的结构及糖苷键单糖是指一种由不可再分解的形式存在的简单糖分子。
单糖可分为三类：醛糖、酮糖和多羟基醛糖。
1.醛糖醛糖是以醛基（-CHO）为功能基团的单糖，其中最常见的醛糖是葡萄糖。
葡萄糖的结构如下：O//OH─C─H\\OH葡萄糖是一个有着六个碳原子的单糖，它的化学式是C6H12O6、葡萄糖的分子中含有一个醛基和五个羟基。
醛基（-CHO）位于葡萄糖的第一碳原子上（即最左侧的碳原子），羟基（-OH）位于第二、第三、第四、第五和第六个碳原子上。
2.酮糖酮糖是以酮基（-C=O）为功能基团的单糖，其中最常见的酮糖是果糖。
果糖的结构如下：CH2OH│HO─C─H│CH2OH果糖也是一个有着六个碳原子的单糖，它的化学式也是C6H12O6、与葡萄糖不同的是，果糖的酮基（-C=O）位于第二个碳原子上，而不是醛基。
果糖分子中含有一个酮基和五个羟基。
3.多羟基醛糖多羟基醛糖是同时含有醛基和多个羟基的单糖，其中最常见的多羟基醛糖是甘露糖。
甘露糖的结构如下：O//OH─C─H\\OH│H│HO甘露糖也是一个有着六个碳原子的单糖，它的化学式也是C6H12O6、与葡萄糖和果糖不同的是，甘露糖既含有一个醛基，又含有一个以醛基为端点的羟基（-OH）。
甘露糖分子中还含有四个其他位置的羟基。
糖苷键是连接两个单糖分子的化学键，它是由一个羟基（-OH）和另一个单糖分子上的羟基的缩合形成的。
单糖与单糖之间的缩合反应是通过酸催化下的亲核取代反应来进行的。
在缩合反应中，一个单糖的羟基与另一个单糖分子的羟基失去一个分子的水，形成一个糖苷键。
缩合反应的产物称为糖苷。
糖苷键是通过氧原子连接两个单糖分子的碳原子形成的。
糖苷键的形成使得多糖、寡糖和双糖等复杂糖分子能够形成，从而具有了更多的功能和结构多样性。
例如，葡萄糖和果糖可以通过糖苷键缩合形成蔗糖，而葡萄糖和葡萄糖可以通过糖苷键缩合形成淀粉和纤维素等多糖。
糖苷键的形成还使得糖类能够作为能量的储存和传递分子，在生物体内起到重要的作用。
单糖的结构
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 C1 的构型 不同，故也称“异头物” 。C1 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子）上的羟基处于同侧的称为α－型；反之，称为β－型。 因此，α－D－葡萄糖的半缩醛羟基在碳链的右边，β－D－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。上述乙醇水溶液中结晶出来的葡萄糖则为α －D－（＋）－葡萄糖；从吡啶溶液中结晶出来的葡萄糖则为β－D－（＋）－ 葡萄糖。当把α－D－（＋）－葡萄糖溶于水中，便有少量α－D－（＋）－葡 萄糖转化为开链式结构，并且α－D－（＋）－葡萄糖与链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α－D－（＋）－葡萄糖 也能生成β－D－（＋）－葡萄糖，经过一定时间以后，α－型、β－型和链式 三种异构体达到平衡， 形成一个互变平衡体系， 比旋光度也达到一个平衡值而不 再变化。如将β－D－（＋）－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。在此互变平衡体系中，α－型约占 37%，β－型约占 63%，而链式仅占 0.1%，虽然链式极少，但α－型与β－型之间的互变必须通 过链式才能完成。
回旋
1 6 O HOH2C H O OH HOH2C 左右翻转 2 H HO 5 5 H HO 2 CH 2OH CH 2OH HO H 3 6 31 4 4 H OH OH H β—D—（－）—果糖 β—D—（－）—果糖
（4）环的构象。近代 X 射线分析等技术对单糖的结构研究表明，以五员环 形式存在的糖，例如果糖、核糖等，分子中成环的碳原子和氧原子都处于一个平 面内。而以六员环形式存在的糖，例如葡萄糖、半乳糖等，分子中成环的碳原子 和氧原子不在一个平面内，其构象类似于环己烷，同时，椅式构象占绝对优势。 在椅式构象中， 又以较大基团连在 e 键上的最稳定。 下面是几种单糖的椅式构象：