单糖结构

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。

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。

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。

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。

单糖的结构第⼆节单糖⼀、单糖的结构1、单糖的链式结构单糖的种类虽多，但其结构和性质都有很多相似之处，因此我们以葡萄糖为例来阐述单糖的结构。

葡萄糖的分⼦式为C6H12O6，具有⼀个醛基和5个羟基，我们⽤费歇尔投影式表⽰它的链式结构:教材P21以上结构可以简化:教材P212、葡萄糖的构型葡萄糖分⼦中含有4个⼿性碳原⼦，根据规定，单糖的D、L构型由碳链最下端⼿性碳的构型决定。

⼈体中的糖绝⼤多数是D-糖。

3、葡萄糖的环式结构葡萄糖在⽔溶液中，只有极⼩部分(<1%)以链式结构存在，⼤部分以稳定的环式结构存在。

环式结构的发现是因为葡萄糖的某些性质不能⽤链式结构来解释。

如:葡萄糖不能发⽣醛的NaHSO3加成反应;葡萄糖不能和醛⼀样与两分⼦醇形成缩醛，只能与⼀分⼦醇反应;葡萄糖溶液有变旋现象，当新制的葡萄糖溶解于⽔时，最初的⽐旋是+112度，放置后变为+52.7度，并不再改变。

溶液蒸⼲后，仍得到+112度的葡萄糖。

把葡萄糖浓溶液在110度结晶，得到⽐旋为+19度的另⼀种葡萄糖。

这两种葡萄糖溶液放置⼀定时间后，⽐旋都变为+52.7度。

我们把+112度的叫做α-D(+)-葡萄糖，+19度的叫做β-D(+)-葡萄糖。

这些现象都是由葡萄糖的环式结构引起的。

葡萄糖分⼦中的醛基可以和C5上的羟基缩合形成六元环的半缩醛。

这样原来羰基的C1就变成不对称碳原⼦，并形成⼀对⾮对映旋光异构体。

⼀般规定半缩醛碳原⼦上的羟基(称为半缩醛羟基)与决定单糖构型的碳原⼦(C5)上的羟基在同⼀侧的称为α-葡萄糖，不在同⼀侧的称为β-葡萄糖。

半缩醛羟基⽐其它羟基活泼，糖的还原性⼀般指半缩醛羟基。

葡萄糖的醛基除了可以与C5上的羟基缩合形成六元环外，还可与C4上的羟基缩合形成五元环。

五元环化合物不甚稳定，天然糖多以六元环的形式存在。

五元环化合物可以看成是呋喃的衍⽣物，叫呋喃糖；六元环化合物可以看成是吡喃的衍⽣物，叫吡喃糖。

因此，葡萄糖的全名应为α-D(+)-或β-D(+)-吡喃葡萄糖。

第二节单糖一、单糖的结构1、单糖的链式结构单糖的种类虽多，但其结构和性质都有很多相似之处，因此我们以葡萄糖为例来阐述单糖的结构。

葡萄糖的分子式为C6H12O6，具有一个醛基和5个羟基，我们用费歇尔投影式表示它的链式结构:教材P21以上结构可以简化:教材P212、葡萄糖的构型葡萄糖分子中含有4个手性碳原子，根据规定，单糖的D、L构型由碳链最下端手性碳的构型决定。

人体中的糖绝大多数是D-糖。

3、葡萄糖的环式结构葡萄糖在水溶液中，只有极小部分(<1%)以链式结构存在，大部分以稳定的环式结构存在。

环式结构的发现是因为葡萄糖的某些性质不能用链式结构来解释。

如:葡萄糖不能发生醛的NaHSO3加成反应;葡萄糖不能和醛一样与两分子醇形成缩醛，只能与一分子醇反应;葡萄糖溶液有变旋现象，当新制的葡萄糖溶解于水时，最初的比旋是+112度，放置后变为+52.7度，并不再改变。

溶液蒸干后，仍得到+112度的葡萄糖。

把葡萄糖浓溶液在110度结晶，得到比旋为+19度的另一种葡萄糖。

这两种葡萄糖溶液放置一定时间后，比旋都变为+52.7度。

我们把+112度的叫做α-D(+)-葡萄糖，+19度的叫做β-D(+)-葡萄糖。

这些现象都是由葡萄糖的环式结构引起的。

葡萄糖分子中的醛基可以和C5上的羟基缩合形成六元环的半缩醛。

这样原来羰基的C1就变成不对称碳原子，并形成一对非对映旋光异构体。

一般规定半缩醛碳原子上的羟基(称为半缩醛羟基)与决定单糖构型的碳原子(C5)上的羟基在同一侧的称为α-葡萄糖，不在同一侧的称为β-葡萄糖。

半缩醛羟基比其它羟基活泼，糖的还原性一般指半缩醛羟基。

葡萄糖的醛基除了可以与C5上的羟基缩合形成六元环外，还可与C4上的羟基缩合形成五元环。

五元环化合物不甚稳定，天然糖多以六元环的形式存在。

五元环化合物可以看成是呋喃的衍生物，叫呋喃糖；六元环化合物可以看成是吡喃的衍生物，叫吡喃糖。

因此，葡萄糖的全名应为α-D(+)-或β-D(+)-吡喃葡萄糖。

一、单糖的结构表示单糖结构式的三种方法：Ｆisc ｈer 投影式、Ｈaworth 投影式和优势构象式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.Ｈａwo ｒth 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C ４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Ｈawo ｒt ｈ式表示方法较F ｉsc ｈer 式有所改进，但它仍然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是Ｃ1式) 当Ｃ４在面下，C 1在面上，称1C 式O123451C 式O12345C1式对于β-Ｄ型和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OO对于α-D 型和β-L 型葡萄糖，当优势构象为C1式时,C 1—O Ｈ 在环的面下,处于竖键上，1C 式时，在横键OO竖键和横键的具体写法：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HOHOOOHOOHOH OHOH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G Ｃ比较与标准单糖Ｄ和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。

一、单糖的结构（一）葡萄糖的开链结构和构型葡掏糖是己醛糖，分子式是C6H12O6。

实验已经证明葡萄糖具有开链的2，3，4，5，6-五羟基己醛的基本结构。

上述结构式中C2、C3、C4、C5都是手性碳原子，每个碳原子上的原子和原子团都可有不同的空间排布。

经过研究，存在于自然界的葡萄糖中，四个手性碳原子上的空间排布除C3上的-OH在左边外，其它三个手性碳原子上的羟基都在右边。

葡萄糖的费歇尔投影式如下：单糖的构型仍沿用D，L衷示构型的方法，这种方法只考虑与羰墓相距最远的一个手性碳原子的构型。

即根据与羰基相距最远的那个手性碳原子上的羟基在右边的为D-型，羟基在左边的为L-型。

自然界存在的单糖都属于D-型。

（二）变旋光现象和葡萄糖的环状结构葡萄糖有两种结晶，一种是从乙醇中结晶出来的，熔点146℃，新配制的溶液经测定比旋光度﹝α﹞D为+112℃，此溶液经放置后比旋光度逐渐下降，达+52.5℃以后维持不变。

另一种是从吡啶中结晶出来的，熔点150℃，新配制的溶液比旋光度﹝α﹞D为+18.7℃，此溶液经放置后比旋光度逐渐上升，也达到+52.5℃后维持不变。

为了区别两种结晶，前者叫做α-D-（+）-葡萄糖，后者叫做β-D-（+）-葡萄糖。

这种糖的晶体溶于水后，比旋光度自行转变为定值的现象称为变旋光现象。

显然，葡萄糖的开链结构不能解释此现象。

经过物理及化学方法证明结晶状态的单糖并不是链状结构，而是以环状结构存在的。

在前面第八章醛和酮的性质学习过，醛与一分子醇加成生成半缩醛，通常把半缩醛反应新形成的羟基称为半缩醛羟基。

在单糖分子中同时存在羰基和羟基，因而在分子内便能由于生成半缩醛而构成环：即羟基中的氢原子加到羰基的氧上，而羟基中的氧与羰基中的碳原子可连接成环。

对于葡萄糖来说，分子中有五个羟基，究竟哪一个羟基与羰基生成环状的半缩醛?由于六元环和五元环比较容易形成，并且六元环比五元环更稳定此，因此，葡萄糖C5上的羟基与C1的羰基加成而形成五碳一氧的六元环。

单糖的结构己醛糖和己酮糖的环状结构单糖的结构己醛糖和己酮糖的环状结构单糖的结构→ 己醛糖和己酮糖的环状结构经研究证明，单糖不仅以开链结构存在，还可以环状结构形式存在。

因为虽然大多数单糖的特性可用开链结构来说明，但当深入一步探讨单糖的性质时，又会发现新的矛盾。

下面列举的两个事实，是不能用开链结构来说明的。

（1）糖苷形成。

根据醛的化学性质，将普通醛溶解在无水甲醇中，加入干氯化氢，加热反应得到半缩醛，然后转化为缩醛。

消耗两个甲醇分子：醛糖含有醛基，理应和两分子醇形成缩醛类。

但实验的事实证明，醛糖只能和一分子醇形成一个稳定的化合物。

例如，葡萄糖在甲醇溶液内受氯化氢的作用，生成含有一个甲基的化合物，称为甲基葡萄糖苷。

糖苷的生成是不能用葡萄糖的开链结构来说明的。

（2）糖的旋转变化。

某些光学活性化合物溶液的旋光度将逐渐变为常数。

这种旋光变化的现象称为混浊现象。

例如，葡萄糖可以通过在不同条件下精制得到α-型和β-型。

前者的比旋度为+112°，后者的比旋度为+18.7°。

当它们混合到水溶液中时，放置一定时间后，比旋度发生变化。

前者减小，后者增大，最后变成+52.7°。

这种现象不能用葡萄糖的开链结构来解释。

以上事实说明只用开链结构形式来代表葡萄糖结构，是不足以表达它的理化性质和结构关系的。

自1893年制得α-和β-甲基葡萄糖苷后，就证明糖类还可以环状结构的形式存在。

因为经实验证明，醛糖只能和一分子醇形成一个稳定的化合物，是由于醛糖中的羟基可先与它自己分子中的醛基生成一个半缩醛，然后再与一分子甲醇失水而生成缩醛，叫甲基葡萄糖苷。

它能水解葡萄糖，在原酸作用下不影响甲基葡萄糖苷的还原。

这些实验事实表明，甲基葡萄糖苷具有环状结构。

至于环的大小，根据现代X射线测量显示，它是一个由六个处于结晶状态的原子组成的环。

甲基葡萄糖苷的C-1也是一个手性碳原子，应具有α-和β-两种立体异构体的构型可用普通氧环式表示如下：这两种立体异构体都已得到，后来又发现α-葡萄糖苷可用麦芽糖酶水解，β-葡萄糖苷可用苦杏仁酶水解。

单糖的成分
单糖是一种简单的糖类，它包含一个分子，在化学结构上表现为一个单元，不能进一步降解为更小的糖分子。

单糖的基本成分是碳、氢和氧元素。

单糖的化学式为CnH2nOn，其中n代表碳原子的数量，而On代表氧原子的数量，其数量通常是碳和水的比例。

单糖分子中最常见的元素是碳和氧，它们通常以环状或线性的形式存在。

单糖的分子结构中，有一个羟基（OH）和一个羰基（C=O），它们在碳原子上交替排列，形成了单糖的骨架结构。

单糖的常见种类包括葡萄糖、果糖、半乳糖等，它们的分子式分别为C6H12O6、C6H12O6和C6H12O5。

单糖分子的结构和数量不同，导致它们在生物体内的代谢途径和生理作用也不同。

单糖构型
说起单糖构型，咱们得先搞清楚啥子是单糖。

单糖嘛，就是糖类里头最简单、最基本的那种，像葡萄糖、果糖这些，都是单糖的代表。

在生物化学里头，单糖构型是个重要概念。

构型嘛，说得简单点儿，就是分子里头原子排列的方式。

单糖构型主要分为α（阿尔法）和β（贝塔）两种。

这两种构型，就像是同一个东西摆了两个不同的姿势，看起来不一样，但本质上还是同一个东西。

咋个区分α和β构型呢？关键就看那个羟基（就是-OH这个基团）的朝向。

如果羟基朝一个方向，那就是α构型；如果朝另一个方向，那就是β构型。

这个方向嘛，说起来抽象，但其实在化学反应里头，差别可大了去了。

为啥子要研究单糖构型呢？因为构型不同，单糖的性质和功能也就不一样。

比如说，在人体里头，有些酶只能识别并分解α构型的单糖，有些酶则只能对付β构型的。

要是构型不对，酶就认不出，那单糖也就没法被人体吸收利用了。

所以嘛，研究单糖构型，不光是为了搞清楚糖类分子的结构，更是为了了解它们在生物体内的功能和作用。

这样一来，我们才能更好地利用糖类，为我们的健康服务。

总之，单糖构型是个挺有意思的话题，里头涉及到的生物化学知识也挺深奥。

不过，只要咱们用心去学，总能把这些复杂的概念搞清楚，把生物化学这门学问学好。