糖类的化学

H－C5 －OH
CH2OH
6
H－C5 －OH
决定构型的羟基
CH2OH
6
α－D－吡喃葡萄糖
β－D－吡喃葡萄糖
2.环式结构的构型
例
半缩醛羟基
H
C
1
OH
H
C O
1
OH
H－C2－OH O HO－C3－H H－C4 H－C5－OH
HO－C2－H H－C3－OH
HO－C4－H HO－ C5－H
决定构型的羟基
CH2OH
2.单糖的开链结构 因此含有多个不对称碳原子的 单糖其旋光异构体就不止两个
例
四碳糖含两个不对称碳原子，如图：
CHO
H－C﹡－OH H－C﹡－OH CH2OH
其异构体如下：
2.单糖的开链结构 故含两个不对称碳原子 的四碳糖有4个异构体 五碳糖含三个不对称 碳原子，有8个异构体 单糖分子中含n个不对称碳原子时， 则有2n个旋光异构体。
6
CH2OH
6
α－D－呋喃葡萄糖
β－L－吡喃葡萄糖
2.环式结构的构型
由于单糖具有环状构型,因此可解释上述现象
(1)由于环式结构中半缩醛羟基的位置不同 产生不同的异构体，因此有不止一个旋光 度，在成环过程中此羟基位置可发生改变 最后达到平衡，所以有变旋光现象 故单糖在溶液中至少有五种形式存在（开链， α、 β －呋喃型，α、 β－吡喃型），其中以 β－D－吡喃葡萄糖所占比例最大 （2）由于糖类自身已形成半缩醛 结构，故只能与一分子醇反应
H H－C＝O
1
C
1
OH
H－C－OH 2
HO－C－H 3
H－C2－OH
HO－C3－H H－C4 H－C5－OH CH2OH

糖胺聚糖
杂多糖糖胺聚糖又称为氨基多糖， 杂多糖糖胺聚糖又称为氨基多糖，一 糖胺聚糖又称为氨基多糖 般由N-乙酰氨基己糖和糖醛酸聚合而成 乙酰氨基己糖和糖醛酸聚合而成。 般由 乙酰氨基己糖和糖醛酸聚合而成。 因其溶液具有较大粘性，故又称为粘多 因其溶液具有较大粘性，故又称为粘多 糖。 糖胺聚糖广泛分布于动物体内， 糖胺聚糖广泛分布于动物体内，是许 多结缔组织基质的重要成分， 多结缔组织基质的重要成分，腺体与粘 膜的分泌液、 膜的分泌液、血及尿等体液都含有少量 糖胺聚糖。 糖胺聚糖。
α 偏光平面发 生了旋转
盛液管
偏振光 Nicol棱晶 棱晶 光源 普通光
偏振光通过旋光性物质 时偏光平面发生的变化
物质能使偏光的振动面发生旋转的 旋光性； 性质叫物质的旋光性 性质叫物质的旋光性； 具有旋光性的物质叫旋光性或光活 具有旋光性的物质叫旋光性或 旋光性 性物质； 性物质； 旋光性物质使偏振光的偏振面旋转 的角度称为旋光度 旋光度; 的角度称为旋光度 规定用（ ） 规定用（+）表示偏振面顺时针旋 称为右旋 右旋（ 转，称为右旋（dextrotatory）； ） 用（-）表示偏振面逆时针旋转， ）表示偏振面逆时针旋转， 称为左旋 左旋（ 称为左旋（levorotatory）; ） 相应的物质称为右旋体 左旋体。 右旋体和 相应的物质称为右旋体和左旋体。
第三节 多糖 一、同多糖 二、杂多糖
多糖是一类高分子化 多糖是一类高分子化 合物，由许多单糖 合物， （或单糖衍生物）分 或单糖衍生物） 子之间脱水以糖苷键 相连而成。 相连而成。 多糖都与非糖物质构 复合糖。 成复合糖。
按照多糖的组成成分分为 同多糖（均多糖） 同多糖（均多糖） 杂多糖（异多糖） 杂多糖（异多糖）
平面偏振光 Nicol棱晶好象一个栅栏，只允 棱晶好象一个栅栏， 棱晶好象一个栅栏 许与棱晶晶轴相平行的平面内振 动的光通过， 动的光通过，而在其它平面内振 动的光线则被阻挡。 动的光线则被阻挡。 通过尼克尔棱晶后得到的只在一 个平面上振动的光叫平面偏振光 简称偏光。 简称偏光。

D-果糖
D-葡萄糖
糖类主要由C、H、O三种元素组成。 最初糖类化合物用Cn(H2O)m表示，统称碳水化合物。 但有很多例外：鼠李糖及岩藻糖（C6H12O5)、脱氧 核糖（C5H10O4)；一些非糖物质：甲醛（CH2O）、 乙酸（C2H4O2）等。
2、糖的分类：
单糖（ monosacchride ）：不能水解的最简 单糖类，是多羟基的醛或酮及其衍生物 （醛糖或酮糖）
CHO OH H OH OH CH 2OH COOH OH H OH OH CH 2OH CH 2OH C O HO H H OH H OH CH 2OH
H HO H H
Br2
H2O
H HO H H
Br2
H2O
=
D 葡萄糖
D 葡萄糖酸
D 果 糖
b 、弱氧化剂——Fehling试剂和Tollens氧化
D(+)-古洛糖 (gulose)
D(-)-艾杜糖 (idose)
D(+)-半乳糖 (galactose)
D(+)-塔罗糖 (talose)
D系酮糖的 立体结构
D(-)-赤藓酮糖
(erythrulose)
(dihytroasetone)
二羟丙酮
D(-)-核酮糖
(ribulose)
(xylulose)
差向异构体 又称异头物
CHO 多羟基 醛的开 环形式
HCOH HOCH HCOH HCOH CH2OH
吡喃糖
CH22OH OH CH
5 5
葡萄糖的结构
O OH O
1 1
OH OH OH OH
OH OH OH
CH CH 2OH 2OH
半缩醛

CHO CHOH CH2OH 甘油 醛 CH2OH C O
CH2OH 二 羟丙 酮
糖类也称为碳水化合物: C m (H2O) n 葡萄糖 C6H12O6
麦芽糖 C12H22O11
不符合通式的糖：
鼠李糖 C6H12O5 脱氧核糖 C5H10O4
符合通式但不属于糖： 乳酸 C3H6O3
二、糖的分类（根据其能否被水解）
HO
HO
从开链或环式改写成哈沃斯式，要将左侧 原子或原子团写在上方，右侧原子或原子团写 在下方。
构象式(立体结构)：
a
a
e a a e a a CH 2OH H e e
e
e H HO
O
H OH OH
O
HO H
H
船式构象
椅式构象
椅式构象：
H HO HO H CH 2OH H H OH OH H
O
HO
H - C CH 2OH
甘油醛构型
CHO * H C OH CHO * HO C H
CH2OH D 甘油 醛
CH2OH L 甘油 醛
葡萄糖 开链式结构与构型
1 *
CHO
2
H C
OH
H - C - OH HO - C - H H - C - OH H - C - OH CH2OH
6 * 5 * 4 * 3
β -D-葡萄糖
α -D-葡萄糖
1 *
CHO
2
H C
OH
H - C - OH HO - C - H H - C - OH H - C - OH CH 2OH
6 * 5 * 4 * 3
H - C OH HO - C - H H - C H - C CH 2OH

含有醛基或酮基，能还原许多弱氧化剂（如氧
化铜的碱性溶液）。
单糖的立体结构 两种构象：船式结构、椅式结构
CH2OH HO HO O OH OH
HO HO
CH2OH HO HO
O
OH
β-D-葡萄糖
CH2OH O OH OH
α-D-葡萄糖
HO HO CH2OH O OH
OH
OH
α-D-半乳糖
α-D-阿洛糖
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椅式
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比旋光度(旋光率):
D
t
t D
cL
100
L为光程，即旋光管的长度，dm； c为浓度，即在100mL溶液中所含溶质的质量，g；
是在以钠光灯（称为D线，为589.6nm和589.0nm）为
t D
光源、温度为t的条件下实测的旋光度。
CH 2OH
CH 2OH
果糖
CH 2OH
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几个概念： 旋光异构、旋光异构体 对映异构体:若两个分子互为镜像关系， 称这两个分子为对映异构体。它们的旋 光活性正好相反，但旋光度相同。 外消旋体:等量的一对对映异构体混合， 旋光性恰好互相抵消，即得到没有旋光 活性的体系，此体系为外消旋体。
第二章 糖类的化学
第一节 概述
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一、糖的定义与元素组成
1、定义
糖类物质是一类多羟基醛或多羟基酮类化 合物或聚合物； 在生物体内，糖类物质主要以均一多糖、 杂多糖、糖蛋白和蛋白聚糖形式存在。
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1、单糖的氧化（即单糖的还原性） （P31） Fehling试剂： CuSO4 、NaOH 、酒石酸钾钠 （黄色沉淀） Benedict试剂： CuSO4 、柠檬酸钠、碳酸钠 （黄色沉淀） Trommer法： CuSO4 、NaOH 、（黄色沉淀） Nylander法： NaOH 、酒石酸钾钠、亚硝酸铋（黑褐色沉淀） Tollen试剂： AgNO3、NH4OH （银沉淀）
α-型
β-型
α-D-吡喃葡萄糖 α-D-呋喃葡萄糖 Haworth式
Fisher式改为Haworth式遵循的原则：
①顺时针画平面，直链碳链右边 -OH 写在 下面，左边 -OH写在环上面 ②未成环碳原子的，如果直链环向右，写在 环之上，反之写在环之下 环状结构中由于链内的缩醛反应第一碳原子 是不对称状态，与其相连的氢和羟基的位置 有两种可能的排列方式，因而有两种构型。 半缩醛羟基在平面以下为α-型，在平面以上 为β-型。二者互为异头体(异头物anomer)。 属于特殊的差向异构体 （清华117、华中P27）。
一般醛类在水溶液中只有一个比旋光度， 但新配制的葡萄糖水溶液的比旋光度随时 间而变化： ＋112 .2° ＋52 .5° ＋18 .7°
鉴于此，1893 E.Fischer提出了葡萄糖的 分子环状结构学说： 即 C5羟基与C1醛基形成1 — 5氧桥 C4羟基 与 C1醛基形成1—4氧桥

（二）通式



C H2OH C O CH2OH
二羟丙酮
二、单 糖 链状 结 构 （清华114、华中P23）

1、理论依据 葡萄糖开链结构的实验证据： ①葡萄糖能与Fehling试剂起反应（有醛基） ②葡萄糖能与乙酸酐反应，产生具有5个乙酰 基的衍生物（有5个羟基） ③葡萄糖经纳汞齐作用，被还原成山梨醇（6 个C连成一条直链）

糖的有氧氧化
葡萄糖在有氧条件下，经过一系列酶促反应，逐步氧化分解生成二氧化碳和水，同时释放 出大量能量。
磷酸戊糖途径
磷酸戊糖途径是葡萄糖氧化分解的一种方式，此途径在胞浆中进行，可分为两个阶段。第 一阶段是氧化反应，产生NADPH及5-磷酸核糖；第二阶段是非氧化反应，是一系列基团 的转移过程。
糖类的转化与利用
核磁共振技术（NMR）
用于糖类结构的解析和构象研究，提供详细的分 子结构和动力学信息。
3
质谱技术（MS）
结合其他技术用于糖类的序列分析、结构确证和 修饰研究。
糖类在生物医学领域的新应用
糖类疫苗
利用糖类抗原制备疫苗，预防和治疗感染性疾病 、自身免疫性疾病和肿瘤等。
糖类药物
具有独特生物活性的糖类化合物，如抗凝血、抗 病毒、抗肿瘤等药物。
糖类在食品添加剂中的应用
作为甜味剂
糖类是食品中最常用的甜味剂 之一，用于替代部分蔗糖，降
低食品的热量和血糖指数。
作为增稠剂
部分糖类具有增稠作用，可以 用于改善食品的质地和稳定性 。
作为乳化剂
某些糖类衍生物具有良好的乳 化性能，可以用于制作乳状液 、冰淇淋等食品。
作为发酵促进剂
在面包、啤酒等食品的加工过 程中，糖类可以作为发酵促进 剂，提供微生物生长所需的碳
寡糖与免疫应答
寡糖作为免疫分子的组成 成分，参与免疫应答过程 ，调节机体对病原体的防 御和清除。
06
糖类在食品工业中的应 用
糖类在食品加工中的作用
提供甜味
糖类是甜味的主要来源， 能够增加食品的口感和风 味。
改善质地
糖类在食品加工过程中可 以起到增稠、胶凝、乳化 和稳定等作用，改善食品 的质地和口感。

第一章 糖类化学
1.1 概述 1.2 单糖:结构、性质 1.3 二糖：蔗糖、麦芽糖、乳糖
1.4 三糖：棉子糖 1.5 多糖：淀粉、糖原、纤维素
1.1 概述 1.1.1 糖的分布
糖类是自然界的一大类有机化合物，它广布 于所有生物体内。 动物体内的糖
血液：血糖（ Glucose） 肝脏/肌肉：糖原 乳汁：乳糖 细胞：核糖，脱氧核糖
溶解度:溶于热水；不溶于有机溶剂
1.2.2.2 化学性 质
一、 有醛、酮产生 的性质 （一）单糖的氧化
还原糖通过烯醇 化变为烯二醇， 在金属离子作用 下被氧化成糖酸。
某些弱氧化剂(Cu2+、Ag+等)在碱性条件下使糖氧
化成糖酸。
常用于还原糖的定
淀粉
-淀粉酶可将淀粉水解为麦芽糖。乙酰 溴化物与淀粉作用也生成乙酰麦芽糖， 由此可见淀粉的组成单位是麦芽糖。 用热水处理淀粉或用极性溶剂处理淀粉 都可以将淀粉分为两种成分；一种为可 溶部分，称为直链淀粉；另一种为不溶 部分，称为支链淀粉。
淀粉（starch）
淀粉是植物的贮存多糖。 各种植物淀粉含量不同：
C1
1C
1.2.2 单糖的性质
1.2.2.1 物理性质
旋光性：能使偏振光的平面向左或向右旋转。
α
t D
糖的旋光性用旋光率表示
变旋性：
α
t D =
× 100
L× C
α-葡萄糖 平衡 β-葡萄糖
+112.2º +52.5º +18.7º
甜度：果糖>转化糖>蔗糖>葡萄糖>木糖>鼠
李糖>麦芽糖>半乳糖>棉子糖>乳糖
最简单的醛糖是甘油醛 (Glyceraldehyde) 最简单的酮糖是二羟丙酮 (Dihydroxyacetone)

同异构体
演示对比实验：
银氨溶液 20%蔗 糖溶液
热水浴
热水浴
无现象
蔗糖 + 稀硫酸
NaOH 中和酸
热水浴
→
银氨溶液
→
产生 银镜
热水浴
C12H22O11 + H2O
(蔗糖)
催化剂
C6H12O6 + C6H12O6
(葡萄糖) (果糖)
●蔗糖与麦芽糖的比较：
蔗 糖
C12H22O11 同分异构 麦 芽 糖 还原性糖 (有－CHO) 水解成二分子葡萄糖 二 糖
加入无机盐使某些有机物降低 溶解度，从而析出的过程，属于物 理变化。
这里的盐析是指加入食盐使肥 皂析出的过程。
2.油脂的氢化
硬化
1.油脂的氢化(硬化) 液态的油 氢化或硬化 固态的脂肪
C17H35COOCH2 C17H33COOCH2 催 化 剂 C17H33COOCH + 3H2 加热、加压 C17H35COOCH C17H35COOCH2 C17H33COOCH2
（ >10）
二、葡萄糖与果糖
互 为 1、葡萄糖： 分子式：C6H12O6 同 OH H OH H OH O 分 H—C—C—C—C—C—C—H异 构 H OH H OH H 体 分子式：C6H12O6
2、果糖：
OH H OH H O OH
H—C—C—C—C—C—C—H
H OH H OH H
3、葡萄糖的物理性质及存在
③不符合此通式的不一定不是糖类化合物
④有甜味的不一定是糖。 例如：甘油
⑤没有甜味的也可能是糖。 例如：淀粉、纤维素
脱氧核糖 C5H10O4
二、蔗糖与麦芽糖
1、从结构上看，什么是蔗糖?什么是麦芽糖？ 蔗糖是由一分子葡萄糖和一分子果糖脱水形成

3、甜度（sweetness） • 以蔗糖为参照物，规定为100。
糖 果糖 转化糖 蔗糖 葡萄糖 木糖
甜度 173.3 130 100 74.3
40
糖 鼠李糖 麦芽糖 半乳糖 棉子糖 乳糖
甜度 32.5 32.5 32.1 22. 6 16.1
4、溶解度
• 水溶性：单糖分子中有多个羟基，增加了水溶性， 热水中溶解度极大。
• 氧化成醛糖二酸（氧化醛基和伯醇基）
• 氧化成糖醛酸（氧化伯醇基，保留醛基）
COOH
CHO
COOH
(CHOH)n Br2－H2O (CHOH)n 浓HNO3 (CHOH)n
CH 2OH 糖酸
CH 2OH 醛糖
（生物体内） CHO
COOH 糖二酸
(CHOH)n
COOH 糖醛酸
2、单糖的还原
3、单糖的成脎作用
第一章 糖类（Carbohydrate）化学
本章学习目标
• 掌握 糖的概念、生物学功能 典型单糖（葡萄糖）的结构和性质
• 熟悉 低聚糖、多糖的结构和性质
• 了解 其他糖及糖衍生物的结构、用途
1.1 糖的概念
1.1.1 糖类的分布及其重要性 • 分布
植物：约占其干重的85-90% 动物：低于2% 微生物：10-30% • 根本来源：绿色细胞的光合作用
• 链状单糖分子：C-C键可自由旋转，可有各种构 象
• 环状单糖分子 吡喃糖：船式构象，椅式构象（稳定） 呋喃糖：信封式构象（柔性大）
1.2.4 单糖的物理性质
1、旋光性（opticity） ：旋光物质使偏振光的偏振 面发生旋转的能力，也称旋光度或光学活性。右 旋（+），左旋（-）
• 除二羟丙酮外，几乎所有的单糖及其衍生物都有 旋光性。旋光性是鉴定糖的一个重要指标。