第一章 糖類化合物

第一章糖類化合物第1頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)概述糖的概念

糖的種類

第2頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月糖——多羥基醛和多羥基酮及其縮合物，或水解后能產生多羥基醛、酮的一類有機化合物。通式為Cn(H2O)m，故稱之為碳水化合物。例如：葡萄糖的分子式為C6H12O6，可表示為C6(H2O)6，蔗糖的分子式為C12H22O11，可表示為C12(H2O)11等。但有的糖不符合碳水化合物的比例，例如：鼠李糖C5H12O5（甲基糖）；脫氧核糖C5H10O4。第3頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月糖的分類單糖寡糖多糖同型多糖異型質多糖第4頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月單糖（monosaccharides）：不能水解為其他糖的糖。按碳原子數分為： 丙糖（甘油醛） 丁糖（赤蘚糖） 戊糖（木酮糖、核酮糖、核糖、脫氧核糖等） 己糖（葡萄糖、果糖、半乳糖等）等。第5頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月寡糖（oligosaccharides）：可以水解為其他糖的糖（2—6個單糖）。一般包括： 二糖（disaccharides）：蔗糖、麥芽糖、乳糖 三糖（trisaccharides）：棉籽糖 其他寡糖。第6頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月多糖（polysaccharides）：可水解為多個其他單糖或其衍生物的糖。同型多糖（均質多糖）：水解為同一單糖的高分子聚合物，淀粉、糖元、纖維素、幾丁質、糖苷等。異型多糖（雜多糖）：水解產物不止一種單糖或單糖衍生物，透明質酸、肝素、硫酸軟骨素、硫酸皮膚素等。第7頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)單糖的結構和性質單糖的分子式是（CH2O）n，其中n＞3。碳原子構成單糖的主要骨架。含3個碳原子的名為丙糖，丙糖之后順序稱為丁糖（4碳）、戊糖（5碳）和己糖（6碳）等。丙糖戊糖己糖繼續(xù)第8頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月第9頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月

CH-C-OHH-C-OHH-C-OHH-C-OH

HOH核糖

H

H-C-OHC=OH-C-OHH-C-OHH-C-OH

H核酮糖

CH-C-HH-C-OHH-C-OHH-C-OH

HOH脫氧核糖O第10頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月己糖又稱六碳糖，是最習見的單糖。葡萄糖、果糖、半乳糖、甘露糖等都是六碳糖。一切六碳糖的分子式都是C6H12O6，但結構式各有不同，所以它們彼此都是異構體第11頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月一、單糖的分子結構1.單糖的開鏈結構及構型2.葡萄糖的環(huán)狀結構3.葡萄糖的Haworth式4.葡萄糖分子的構象繼續(xù)第12頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月醛糖構型譜系L(+)-核糖L(+)-阿拉伯糖L(+)-木糖L(+)-來蘇糖D(-)-來蘇糖D(-)-木糖D(-)-阿拉伯糖D(-)-核糖戊糖L(+)-甘油醛D(-)-甘油醛丙糖L(+)-赤蘚糖L(+)-蘇阿糖D(-)-蘇阿糖D(-)-赤蘚糖丁糖L(+)-阿洛糖L(+)-阿卓糖L(+)-葡萄糖L(+)-古洛糖L(+)-艾杜糖L(+)-甘露糖L(+)-半乳糖L(+)-塔羅糖D(-)-塔羅糖D(-)-半乳糖D(-)-艾杜糖D(-)-古洛糖D(-)-甘露糖D(-)-葡萄糖D(-)-阿卓糖D(-)-阿洛糖己糖酮糖構型譜系C=O二羥基丙酮C=OC=OL-赤蘚酮糖D-赤蘚酮糖C=OC=OL-核酮糖L-木酮糖C=OC=OD-木酮糖D-核酮糖C=OC=OC=OC=OC=OC=OC=OC=OL-阿洛酮糖L-果糖L-山梨糖L-塔格糖D-塔格糖D-山梨糖D-果糖D-阿洛酮糖丙糖丁糖戊糖己糖第13頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月五碳糖、六碳糖等單糖分子在溶液中大多不成上述的鏈式，而成環(huán)式結構。單糖分子中的醛基或酮基與另一個碳原子上的羥基反應，生成半縮醛，從而形成環(huán)式結構：COH+HOCHOHCHOCH第14頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月葡萄糖的環(huán)式結構醛基可與C4-OH成氧橋結合，形成五元環(huán)，也可與C5-OH結合形成六元環(huán)。因為所形成的五元環(huán)和六元環(huán)分布與呋喃環(huán)和吡喃環(huán)相似，因此葡萄糖有呋喃型和吡喃型之分。

H-1C=OH-2C-OHHO-3C-HH-4C-OHH-5C-OHH-6C-OHH葡萄糖（鏈式）

H-1C-OHH-2C-OHHO-3C-HH-4C-OHH-5CH-6C-OHHO葡萄糖（環(huán)式）

1CH-2C-OHHO-3C-HH-4CH-5C-OHH-6C-OHH-D(+)呋喃型葡萄糖HOHO

1CH-2C-OHHO-3C-HH-4CH-5C-OHH-6C-OHH-D(+)呋喃型葡萄糖HOHO

1CH-2C-OHHO-3C-HH-4C-OHH-5CH-6C-OHH-D(+)吡喃型葡萄糖HOHO-D(+)吡喃型葡萄糖第15頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月第16頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月葡萄糖的Haworth式以上環(huán)狀結構因氧橋過長，不盡合理，1926年Haworth用透視式表達葡萄糖的環(huán)狀結構，稱為Haworth式或透視式：第17頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月葡萄糖分子的構象按照Haworth式，葡萄糖分子的成環(huán)元素都在一個平面上，實際并非如此，而是折疊為椅式，這樣最穩(wěn)定。第18頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月二、單糖的物理性質溶解度甜度旋光度和比旋光度繼續(xù)第19頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月單糖分子有許多親水基團，易溶于水，不溶于乙醚、丙酮等有機溶劑。第20頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月蔗糖甜度規(guī)定為1，用感官品評的方法確定。糖甜度糖甜度果糖173.3鼠李糖32.5轉化糖130麥芽糖32.5蔗糖100半乳糖32.1葡萄糖74.3棉子糖22.6木糖40乳糖16.1第21頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月在一定條件下，測定一定濃度糖溶液的旋光度，可以計算出比旋光度：第22頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月三、單糖的主要化學性質單糖的化學性質主要體現在多羥基醛、或多羥基酮的化學結構特征上，具有一切羥基及多羥基的反應，如氧化、酯化、縮醛反應；也由醛基或羰基的反應；同時還有基團間相互影響而產生的一些特殊的反應。第23頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月單糖的主要化學性質有：糖的氧化反應酯化反應成苷反應還原反應強酸催化脫水作用弱堿條件下的異構化作用脎的形成發(fā)酵作用繼續(xù)第24頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）在弱氧化劑作用下，醛基被氧化生成葡萄糖酸。第25頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）在較強氧化劑作用下，醛基和伯醇基同時被氧化，生成葡萄糖二酸。第26頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）在生物體內，在專一性酶的作用下，伯醇基被氧化，生成葡萄糖醛酸。酶〔O〕

CHO(CHOH)4

CH2OH

CHO(CHOH)4

COOH

葡萄糖醛酸第27頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月酮糖的氧化作用與醛糖有所不同，弱氧化劑溴水，不能使酮糖氧化，據此,可鑒別酮糖與醛糖。在強氧化劑作用下，酮糖在羧基處斷裂，生成兩種酸，以果糖為例：

CH2OHC=O(CHOH)3CH2OH[O]CH2OHCOOHCOOHCHOHCHOHCH2OH+D-果糖乙醇酸三羥基丁酸第28頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月酯化反應單糖分子中的-OH，特別是異頭碳上的半縮醛羥基能與磷酸、硫酸、乙酸酐等脫水生成酯。糖的磷酸酯是糖分子進入代謝反應的活化形式，最重要的是己糖磷酸酯。第29頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月單糖環(huán)狀結構中的半縮醛羥基比其他羥基活潑，可與其他分子的-OH（或活性H原子）反應，縮去一分子水而成糖苷（又稱甙或配糖體，糖苷實際上是縮醛的一種），其中的非糖部分叫做苷元，糖苷的名稱叫做××（苷元名稱）基××糖苷。如甲基葡萄糖苷。因為葡萄糖的半縮醛羥基有α-型與β-型之分，生成的糖苷也有α-與β-之分。成苷作用第30頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月自然界中的糖苷第31頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月葡萄糖C1上的-CHO可被還原為-OH而成糖醇—山梨醇。而果糖除了象葡萄糖一樣可以還原為山梨醇外，還生成其它異構物。還原反應山梨醇是轉化成維生素C的前體。在生物體內這一反應是由特異的脫氫酶催化，以NADH+H+或NADPH+H+作為供氫體來完成的。第32頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月單糖在強酸作用下，受熱脫水生成糠醛或糠醛衍生物?？啡┦嵌喾N化工合成所需的原料?？啡┗蛄u甲基糠醛能與某些酚類作用生成有色的縮合物，利用這一性質，可進行糖的定性定量測定。強酸催化脫水作用第33頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月單糖對稀酸相當穩(wěn)定，但在堿性溶液中能發(fā)生多種反應，產生不同的產物。異構化是其中的一種。單糖異構化是在室溫下弱堿催化的烯醇化作用的結果。例如D-葡萄糖在氫氧化鋇溶液中放置數天，可形成63.5％的D-葡萄糖、21％的D-果糖、2.5％的D-甘露糖、10％不能發(fā)酵的酮糖和3％的其它物質。。堿性條件下的異構反應第34頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月單糖與苯肼反應生成苯腙（phenylhydrazone），過量的苯肼可進一步作用生成脎，每個脎分子中含2分子苯肼，第三個苯肼被轉化為苯胺和氨。脎的溶解度小，易成結晶，不同糖脎晶體形狀不同、熔點不同，有時可作為糖的定性鑒定。第35頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月己糖中的D-葡萄糖、D-甘露糖、D-果糖均易被酵母發(fā)酵生成酒精和CO2，D-半乳糖則較難發(fā)酵。D-型的其他己糖和L-型己糖以及戊糖則不能被酵母發(fā)酵。第36頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月單糖的分析檢測用成脎反應和呈色試劑可以定性鑒定未知樣品溶液中的糖類。物理方法，測樣品溶液的折光率、旋光度和測比重計法等?；瘜W方法主要是根據單糖的還原性質建立的。常用的有3，5-二硝基水楊酸法、斐林試劑法和碘量法等。單糖混合液的分離方法常用層析法和高壓液相色譜法第37頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)寡糖蔗糖麥芽糖乳糖纖維二糖龍膽二糖海藻糖異麥芽糖第38頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月第39頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月第40頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月第41頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月第42頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月第43頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月第44頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月第45頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月常見的雙糖蔗糖麥芽糖乳糖纖維二糖棉子糖第46頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月常用食糖，甜度大，易結晶，易溶于水，甘蔗、甜菜中豐富。不能還原Fehling試劑（無還原性），不能成脎，是葡萄糖苷，又是果糖苷。第47頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月又稱飴糖，分子式：C12H22O11，有變旋（存在

、

形式），和還原性。與笨肼成脎C12H20O9C=NNH(C6H5)2（一個半縮醛羥基），被溴水氧化為一元羧酸（一個半縮醛羥基），稀酸、麥芽糖酶可水解，產物為D-(+)-Glc。第48頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月存在于人乳（5-7%）和牛乳（4%）中，分子式C12H22O11，還原糖，能成一個脎，脎水解產物是D(+)-Gal和D-葡萄糖脎，有變旋（有

、

形式）酸或酶（苦杏仁酶，只水解

連接糖苷鍵）水解得到D(+)-Glc及Gal，乳糖酶缺乏，小腸乳糖升高引起滲透性腹瀉，腸道細菌使乳糖發(fā)酵產生大量氣體。第49頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月棉子糖(raffinose)，分子式C18H32O16，許多植物中存在，棉籽與桉樹分泌物中尤多。不能還原Fehling試劑，與酸共熱水解生成Glc、Fru及Gal。第50頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月多糖（Polysaccharides）由許多單糖或單糖衍生物聚合而成，縮合時單糖分子以糖苷鍵相連，一般無甜味、無還原性、酸或酶的作用下可水解為雙糖、寡糖或單糖，重要的有淀粉、糖元、纖維素、果膠質、幾丁質、粘多糖等?？煞譃橥嗵呛碗s多糖。第51頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月廣泛存在于植物的種子和根莖中，熱水處理25分鐘能溶解的部分為直鏈淀粉，不溶解的部分為支鏈淀粉。繼續(xù)第52頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月直鏈淀粉平均250-300個

-D-Glc通過

-1，4糖苷鍵相連，旋轉卷曲成螺旋狀，每6個Glc殘基盤旋一圈，與KI-I2呈（深）蘭色。水解的唯一雙糖為麥芽糖、唯一單糖為葡萄糖。第53頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月支鏈淀粉由2000-22000個Glc殘基組成，大約每24-30個Glc就有一個

-1，6糖苷鍵的分支，與KI-I2呈紫（紅）色。水解時只生成一種雙糖--（+）麥芽糖。第54頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月淀粉的結構第55頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月作物名稱淀粉含量（％）大麥（種子）63.5小麥（種子）63.7－67.0玉米（種子）64.7－66.9米70－80山芋16.0馬鈴薯13.2－23幾種主要農作物的淀粉含量第56頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月淀粉的主要性質：糊化作用凝沉作用顯色反應水解作用變性作用第57頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月將淀粉加水調成乳濁液，隨著加熱升溫，淀粉粒吸水溶脹。當溫度升高到一定限度，體積膨脹幾十倍時，淀粉粒解體，分子均勻分散成粘性很大的糊狀膠體溶液。這種作用過程稱為淀粉的糊化。淀粉的糊化溫度：使淀粉發(fā)生糊化的溫度稱為糊化溫度。糊化溫度與淀粉粒大小有關，較大的淀粉粒易糊化，較小者則難糊化。因為每種天然淀粉都是由大小不一的淀粉粒組成的，所以，使其完全糊化的溫度有一個范圍。通常用糊化開始的溫度和糊化完成的溫度表示糊化溫度。常見淀粉的糊化溫度淀粉來源糊化溫度(℃)

淀粉來源糊化溫度(℃)山芋53－64小麥58－69甘薯70－76大麥51.5－59.5馬鈴薯56－67大米68－78木薯59－70豌豆57－70玉米64－72小米68－78高粱68－78高直鏈淀粉玉米67－（在沸水中亦不能完全糊化）影響糊化溫度的因素：

蔗糖、氫氧化鈉、氯化鈉、碳酸氫鈉等化合物對糊化溫度影響很大。例如玉米淀粉在水中糊化溫度為62－72℃；在0.2％的NaOH溶液中則降為55.5－69.5℃；在0.3％的NaOH溶液中則降為49－65℃。蔗糖、NaCl、Na2CO3都能使玉米淀粉糊化溫度升高。升高的度數與這些化合物的濃度成正比。第58頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月糊化淀粉溶液快速冷卻可成凍狀凝膠。若長時間放置，緩慢冷卻，會變混濁，甚至產生凝結沉淀，這種現象稱為“凝沉”，又叫“回生”或“老化”。發(fā)生凝沉作用的機理相當于糊化作用的逆轉，由無序的直鏈淀粉分子向有序排列轉化，部分地恢復結晶性狀?！澳痢弊饔檬軠囟?、濃度等因素的影響。常溫下易凝沉，2－4℃是最易發(fā)生凝沉作用的溫度。水分含量在30％一60％易凝沉。高聚合度直鏈淀粉含量高者易凝沉，支鏈淀粉糊化后不易發(fā)生凝沉。發(fā)生凝沉的淀粉不易再溶解，也不易被水解。第59頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月淀粉的碘顯色反應非常靈敏，常用作淀粉的定性鑒定或指示淀粉水解反應終點。在分析化學上，也常用淀粉作指示劑，指示碘量法氧化還原滴定的終點。碘顯色反應的顏色與葡萄糖鏈的長度有關。糖鏈聚合度大于60個殘基者，顯籃色；小于20個殘基者顯紅色；低于6個殘基的寡糖不顯色。直鏈淀粉顯藍色，純支鏈淀粉顯紫紅色。一般天然淀粉大都是直鏈和支鏈淀粉的混合物。遇碘顯藍色。淀粉→紅色糊精→無色糊精→麥芽糖→葡萄糖↓（遇碘）↓↓↓（紫藍色）（紅色）（不顯色）（不顯色）

第60頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月淀粉經適當化學處理，使結構和性狀發(fā)生了變化的淀粉衍生物稱為改性淀粉。改性淀粉的糊化性能、粘性、膠凝性，凝沉性和親水性都發(fā)生了改變，可分別被作為增調劑、膠凝劑、粘合劑、分散劑、淀粉膜等，廣泛用于紡織、印染、造紙、紙箱、食品、制藥、水處理、包裝以及生化分離分析和生物材料的固定化技術等領域。第61頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月自然界中分布最廣的糖，以纖維二糖為基本單位縮合而成，纖維狀、僵硬、不溶于水的分子，分子不分支，約由10000-15000個

-D-Glc殘基組成。水解需高溫、高壓和酸，人體消化酶不能水解纖維素，食草動物利用腸道寄生菌分泌的纖維素酶將部分纖維素水解為葡萄