食品化学 第二章 糖类化学-生物化学课件

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1、第二章 糖类化学第一节 糖类的概念和分类第二节 单糖的结构和性质第三节 寡糖的结构和性质第四节 多糖第一节 糖类的概念和分类一、糖类的概念1、糖类是生物体的组成物质糖类是储存太阳能的物质，是生物界最重要的有机 化合物之一，广泛分布于生物体中2、糖类的定义糖类物质：一类多羟基醛（酮）和它们的缩合物及 其衍生物。3、元素组成糖含有碳、氢、氧三种元素糖类化合物是由碳、氢、氧三种元素构成的，最初用通式Cn(H2O)m来表示，统称为“碳水化合物”。后来人们发现有些化合物如甲醛(HCHO)、醋酸(CH3COOH)和乳酸(CH3CHOHCOOH)等符合上述通式，但它们并不是糖类。而脱氧核糖(C5H10O4)

2、 、鼠李糖(C6H12O5)和岩藻糖(C6H12O5)是糖类，而又不符合上述通式。此外，有些糖类化合物中还含有N、 S 和 P 等元素。二、糖的分类与命名1、分类根据糖类物质能否水解和水解后的产物，可将糖类分为：单糖（monosacchrides）：不能再水解的多羟基醛（酮）及其衍生物。寡糖（oligosacchrides） ：由2个10个相同或不同的单糖分子缩合而成。多糖（polysacchrides） ：由多个单糖分子缩合而成，如淀粉、糖原、纤维素等。2、命名（1）通俗命名：糖类物质多用俗名(据糖的来源)，如葡萄糖、果 糖等。 （2）根据所含碳原子数目命名：如丙糖(三碳糖)、丁糖(四碳糖)

3、、戊糖(五碳糖) 和 己糖（六碳糖）等。（3）根据羰基特定命名：醛糖和酮糖。 三、糖类的生物学功能1、能源糖类是重要的生物能源物质。2、结构组成成分植物细胞壁的主要成分是纤维素和半纤维素；细菌 细胞壁的主要成分是细菌多糖。3、其他复合糖类和寡聚糖具有重要的生物功能。 第二节 单糖的结构和性质一、单糖的构型和立体异构体1、构型不对称碳原子（手性碳原子）对映异构体（D/L型）在Fischer投影式中，规定羰基在上，主链竖直；糖分子的构型一般采用 相对构型表示法（D/L表示法）；最末端的手性碳决定糖分子的构型。相对构型表示法规定：右旋甘油醛的构型如(A)所示，称为D型； 左旋甘油醛的构型如(B)所示

4、，称为L型。以此为标准，其他化合物中较大 基团在右侧的为D型，在左侧的为L型。2、旋光性带有手性碳原子的化学物一般都有旋光性，可使偏振光 旋转。d或（）表示右旋 l或（）表示左旋注意：构型是人为规定的，旋光是用旋光仪测定时偏振 面偏转的实际方向，二者是不同的概念。具有D构型的物质 可能具有右旋性，也可能具有左旋性。在一定条件下，测定一定浓度糖溶液的旋光度，可以计 算其比旋光度。旋光性是鉴定糖的一个重要指标，每种糖都 有特征性的比旋光度。旋光度（ ）：旋光性物质使偏振面旋转的性质。能使偏振光的偏振面向右转（dextrorotatory）即顺时针方向旋转的 物质称为右旋体（+或d）。 能使偏振光的

5、偏振面 向左旋（levorotatory）即逆时针旋转的物质 称为左旋体（-或l） tD = 式中： tD 比旋光度；D 钠光波长为589nm；t 测定温度，一般为20；l 旋光管的长度，dm；C 糖液浓度（gml-1）l C比旋光度的计算：比旋光度：一定温度下，浓度为1gMl-1的待测物质，在1dm 长的旋光管中，光源波长为589nm时测得的旋光度。以表 示。3、单糖的立体异构体凡在理论上可由D-甘油醛衍生出来的单糖皆为D- 型糖，由L- 甘油醛衍生出来的单糖皆为L- 型糖。最末端的手性碳决定糖分子的构型： 可根据规定简写糖分子： 省略不对称碳，用交叉点表示； 省略 -H和 OH的书写； 连

6、接氢的短横省略，-OH仅用短横表示。糖发生分子内加成，生成环状半缩醛：二、葡萄糖的环状结构羰基碳原子变成手性碳原子：定义 型：半缩醛羟基与决定构型的-OH在环的同侧； 型：半缩醛羟基与决定构型的-OH在环的异侧。 推论Fischer式中，半缩醛羟基在右侧（与氧桥同侧）为 型，在左侧（与氧桥异侧）为型。由于单糖为多羟基醛或酮，理论上C1位上的醛基可以和多个羟基 分别发生半缩醛反应。实验证明仅有两种可能：一种是醛基与C5上 的羟基反应生成吡喃环，另一种是醛基与C4上的羟基反应生成呋喃 环。因此，前者称为吡喃糖，后者称为呋喃糖，它们的结构式如下 ：单糖环状结构表示法：三、葡萄糖的构象1、船式构象2、

7、椅式构象（较稳定）四、重要的单糖及其衍生物1、己糖单糖中己糖最重要。 （1）葡萄糖甜度约为蔗糖的56%75%。食用、工业发酵原料 （2）果糖糖类中最甜的糖。与葡萄糖共存于果实和 蜂蜜中。2、戊糖（1）核糖自然界中存在的核糖有D-核糖、 D-2-脱 氧核糖，它们是细胞中遗传信息的载体 核糖的组分。（2）L-阿拉伯糖广泛存在于植物界中等多糖的，是植物 分泌的胶粘质及半纤维质的组分。3、糖苷糖苷是很多中药的有效成分。单糖半缩醛结 构上的羟基与其他含羟基的化合物（如醇、酚） 失水缩合而成缩醛式衍生物，称为糖苷（详见 有机化学有关内容）。五、 单糖的性质1、物理性质：甜味，无色晶体，易溶于水。2、化学性

8、质： （1）氧化反应 （2）还原反应 （3）脱水反应（4）成苷反应 （5）异构化反应 （6）成酯反应 （7）成脎反应 （1）氧化反应： 含有半缩醛羟基的糖为还原性糖，易被 氧化在糖酸。以葡萄糖为例，因反应条件不同，有三种 方式氧化，生成不同的酸：在弱氧化剂（例如溴水）作 用下，被氧化成葡萄糖酸；在较强氧化剂（例如稀硝酸 ）作用下，被氧化成葡萄糖二酸；经专一酶的作用，被 氧化成葡萄糖醛酸；完全氧化则氧化成二氧化碳和水。能被Benedict试剂等碱性弱氧化剂氧化的糖统称为称为还原糖。醛糖可使溴水褪色，而酮糖不具备此性质。因此可以利用该反应鉴 别醛糖和酮糖。非碱性弱氧化剂（2）还原反应单糖中的游离羰

9、基可被还原为醇羟基。 例：D-葡萄糖 D-葡萄糖醇（山梨醇）甘露糖 甘露醇 核醇（3）脱水反应与强酸（如12%以上的浓盐酸）共同加热时，会发生脱水反应，生成糖醛。糖醛及其衍生物能与-萘酚反应显紫色，常用于糖的定性及定量分析。（4） 成苷反应（形成缩醛）：在单糖的环式结构中，由醛基或羰基氧形成的羟基称为半缩醛羟基，该羟基较其他羟基活泼，可以与其它分子的羟基（活泼氢原子）脱水缩合，生成糖苷。在稀碱作用，C2差向异构体之间可以通过烯醇式相互转化，这种作用称为差向异构化。（5）异构化反应 （6）成酯反应单糖分子内所有的羟基都能与酸缩合成酯，其中具有重要 生物学意义的是形成磷酸酯。（7） 成脎反应反应的

10、应用:用作糖的定性鉴定。第三节 寡糖的结构和性质一、二糖的结构二糖由两分子单糖失去一分子水缩合而成，单糖分子间形成 糖苷键。有两种类型：1、还原二糖有半缩醛羟基保留一个半缩醛羟基，具有单糖的某些性质（ 变旋现象，还原性，成脎反应等）2、 非还原二糖没有半缩醛羟基二、二糖的性质1、蔗糖非还原糖，由一分子-D-葡萄糖和一分子- D-果糖通过-1,2-糖苷键相连而成。2、麦芽糖还原糖。大量存在于发芽的各种种子中。两分子的葡萄糖 通过-，4糖苷键连接而成。 3、乳糖还原糖。存在于各种哺乳动物的乳汁中。由一分子葡 萄糖和一分子-半乳糖通过-，4糖苷键连接而成。 4、细胞膜上寡聚糖链细胞膜寡聚糖链中主要含

11、半乳糖、甘露糖、 N-乙酰胺基葡萄糖和N-乙酰基半乳糖等，它 的分支末端一般是岩藻糖（fucose）或唾液 酸（sialic acid）。其结构式分别如下，目前已知的血型物质（blood-group substance） 有很多种，其中研究较多的是ABO血型，它的化 学本质是鞘糖脂。5、血型物质第四节 多糖 一、同多糖（均多糖） 1、淀粉：麦芽糖的高聚体=直链淀粉+支链淀粉 （1）直链淀粉 ：遇碘显蓝色n 以-D-葡萄糖为结为结 构单单位，通过过-1,4-糖苷键键相连连而成，呈线线 型直链链。n 直链链淀粉分子的长链长链 并非直线线形，而是有规则规则 地卷曲成螺旋状 ，每一个螺旋约约有6个葡萄

12、糖基。n 淀粉溶液遇碘呈蓝蓝色，这这是直链链淀粉的定性鉴鉴定反应应。目前认认 为为可能是由于碘分子嵌入直链链淀粉螺旋中央空隙中，并依靠分子间间 引力使碘分子与淀粉形成螯合物所致。n 淀粉在酸或酶作用下课发生水解反应，水解过程生成一系列分 子大小不同的中间产物，根据它们与碘反应的颜色不同，分别称 为紫糊精、红糊精和无色糊精（糊精就是分子量较小的多糖）。（2）支链淀粉支链淀粉分子量比直链淀粉打，是由2030个-D-葡萄糖单单位以 -D-葡萄糖单单位以-1,4-糖苷键连键连 接成短链链，短链链之间间再以- 1,6-糖苷键键相连连，成为为支链链多糖2、糖原 糖原（glycogen）又称为动物淀粉，是葡

13、萄糖在动物体内的储 存形式，主要存在于肝脏和肌肉中，因此有肝糖原和肌糖元之 分。 糖原的结构与支链淀粉相似，但分支比支链淀粉更短更密， 大约每隔68个葡萄糖单位就有一个分支。 糖原是无定形粉末，不溶于冷水，易溶于热水，与碘作用呈 紫红色或红褐色。3、纤维素纤维素（cellulose）是自然界分布最广、量最多的一种多糖， 它是植物细胞的主要结构成分。纤维素的结构单位是-D-葡萄糖，与直链链淀粉相似，分子中没 有分支，结结构单单位以-1,4-糖苷键键相连连。二、杂多糖 杂多糖（heteropolysaccharide）又称异多糖， 是由多种单趟或单糖衍生物组成的多糖。杂多糖中以 糖胺聚糖最为重要。 糖胺聚糖（glycosaminoglycan）又称为氨基多 糖，一般由N-乙酰氨基激糖和糖醛酸聚合而成。 常见的有透明质酸、硫酸软骨素、肝素及血型物质 等。