章糖類化學優(yōu)質課件市公開課金獎市賽課一等獎課件

1、第一章 糖類（Carbohydrate）化學Biochemistry第1頁本章學習目標掌握 糖概念、生物學功效 經(jīng)典單糖（葡萄糖）結構和性質熟悉 低聚糖、多糖結構和性質了解 其它糖及糖衍生物結構、用途Biochemistry第2頁1.1 糖概念1.1.1 糖類分布及其重要性分布 植物：約占其干重85-90% 動物：低于2% 微生物：10-30%根原來源：綠色細胞光合作用 Biochemistry第3頁主要能源物質：淀粉、糖原 1.1.2 糖類生物學作用 生物體結組成份在生物體內轉變成其它物質作為細胞識別信息分子Biochemistry第4頁1.1.3 糖化學概念 化學本質： 元素組成： 多數(shù)糖

2、由C、H、O組成，試驗式Cn（H2O）m。少數(shù)含N、P、S糖類是多羥基醛、多羥基酮及其縮聚物和衍生物總稱。例：葡萄糖、果糖、果糖-1，6-二磷酸、淀粉、纖維素等D-葡萄糖 D-果糖Biochemistry第5頁1.1.4 糖分類 按糖聚合度分類 單糖（monosaccharide）：不能被水解成更小分子糖(含碳數(shù)3-7個),分為醛糖、酮糖 寡糖（oligosaccharide）：由2-10個單糖分子縮合而成（二糖、三糖、四糖、五糖等） 多糖（polysaccharide）：同多糖（淀粉、糖原）、雜多糖（透明質酸、半纖維素） 結合糖(復合糖，糖綴合物)：糖脂、糖蛋白(蛋白聚糖)、糖-核苷酸等 B

3、iochemistry第6頁1.2.1 單糖鏈狀結構1、鏈狀結構驗證能和費林試劑或其它醛試劑反應，說明有醛基能與乙酸酐結合，產(chǎn)生具5個乙?；苌铮C實有5個羥基分子式確實定（CH2O）6經(jīng)鈉汞齊(鈉汞合金)作用，被還原成具6個羥基山梨醇，證實葡萄糖六個碳連成一條直鏈鏈狀結構式寫法1.2 單糖Biochemistry第7頁2、單糖D系和L系醛糖：醛糖可看成是由甘油醛醛基碳下端逐一插入C*延伸而成。D系醛糖（由D-甘油醛衍生）、L系醛糖（由L-甘油醛衍生）酮糖：由二羥丙酮衍生Biochemistry第8頁CH2OHOHOHOHOHOH含n個C*化合物，旋光異構體數(shù)目2n，組成對映體2n/2對Bi

4、ochemistry 單糖構型（configuration）：分子中離羰基碳最遠C*構型第9頁1.2.2 單糖環(huán)狀結構1、不能用單糖開鏈結構解釋性質葡萄糖醛基不如普通醛類醛基活潑變旋現(xiàn)象：單糖新配制溶液旋光度會發(fā)生改變。根本原因：糖羥基和酮基發(fā)生分子內親核加成反應，形成環(huán)狀半縮醛Biochemistry第10頁2、異頭物 概念：羰基碳上形成差向異構體。 /異頭物判斷：異頭碳羥基與最末C*羥基取向。 同： 不一樣：Biochemistry第11頁3、吡喃糖和呋喃糖開鏈單糖形成環(huán)狀半縮醛時，輕易出現(xiàn)五元環(huán)和六元環(huán)結構。D-葡萄糖主要以吡喃糖（穩(wěn)定）形式存在，呋喃糖次之；D-果糖以2種形式存在Bio

5、chemistry第12頁將吡喃糖寫成六角平面，將呋喃糖寫成五角平面書寫標準：順時針畫平面，左上右下; 氧橋一端反向; D-型糖末端-CH20H寫在環(huán)平面上，L-型糖末端-CH20H寫在環(huán)平面下; 異頭碳羥基與末端羥甲基反式為，順式為4、單糖Haworth式書寫B(tài)iochemistryD-葡萄糖Fischer投影式第13頁單糖鏈、環(huán)結構關系單糖鏈狀結構、環(huán)狀結構以及吡喃、呋喃式彼此并非孤立存在，而是相互轉變。-與-型互變是經(jīng)過醛式或水化醛式來完成。Biochemistry鏈式葡萄糖-D-吡喃葡萄糖 - D-呋喃葡萄糖-D-吡喃葡萄糖-D-呋喃葡萄糖第14頁鏈狀單糖分子：C-C鍵可自由旋轉，可有

6、各種構象環(huán)狀單糖分子 吡喃糖：船式構象，椅式構象（穩(wěn)定） 呋喃糖：信封式構象（柔性大）1.2.3 單糖構象（conformation）Biochemistry第15頁1.2.4 單糖物理性質1、旋光性（opticity） ：旋光物質使偏振光偏振面發(fā)生旋轉能力，也稱旋光度或光學活性。右旋（+），左旋（-）除二羥丙酮外，幾乎全部單糖及其衍生物都有旋光性。旋光性是判定糖一個主要指標。比旋光度:表示旋光性大小。某一溫度下，某物質一定濃度溶液在1dm長旋光管內鈉光下旋光讀數(shù)Biochemistry100第16頁2、變旋性（mutarotation） 許多單糖新配制溶液會發(fā)生旋光度改變，這種現(xiàn)象稱變旋。變

7、旋原因：-型分子與-型分子互變-型與-型互變到達平衡時，旋光度不再發(fā)生改變Biochemistry第17頁3、甜度（sweetness）以蔗糖為參考物，要求為100。Biochemistry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18頁4、溶解度水溶性：單糖分子中有多個羥基，增加了水溶性，熱水中溶解度極大。單糖微溶于乙醇，不溶于乙醚、丙酮等非極性有機溶劑。Biochemistry第19頁1.2.5 單糖化學性質由醛、酮基產(chǎn)生性質 單糖氧化 單糖還原 單糖成脎 單糖異構化 發(fā)酵

8、由羥基產(chǎn)生性質 成酯作用 成苷作用 脫水作用 氨基化作用 脫氧Biochemistry第20頁由醛、酮基產(chǎn)生性質1、單糖氧化 氧化成醛糖酸(氧化醛基) Feiling試劑:CuSO4、NaOH、酒石酸鉀鈉 Benedict試劑:CuSO4、Na2CO3、檸檬酸鈉 定性定量檢測還原糖 Biochemistry第21頁氧化成醛糖二酸（氧化醛基和伯醇基）氧化成糖醛酸（氧化伯醇基，保留醛基）BiochemistryBr2H2O濃HNO3（生物體內）糖酸醛糖糖二酸糖醛酸第22頁2、單糖還原Biochemistry第23頁3、單糖成脎作用因為糖脎分子借氫鍵形成穩(wěn)定鰲環(huán)結構，所以單糖醛基或酮基與苯肼反應，只

9、發(fā)生在C1和C2上，不再繼續(xù)下去。Biochemistry成脎作用：單糖第1、2碳與苯肼(氰化氫或羥胺)結合后形成晶體糖脎過程第24頁糖脎為黃色晶體，不溶于水成脎作用可用來判別一些單糖D-葡萄糖、D-果糖和D-甘露糖生成同一個糖脎，從第三位碳原子起構型不一樣單糖產(chǎn)生不一樣糖脎BiochemistryCH2OH第25頁4、單糖異構化弱堿或稀強堿可引發(fā)單糖分子重排強堿使單糖分裂產(chǎn)生各種產(chǎn)物Biochemistry第26頁由羥基產(chǎn)生性質 單糖各個-OH活潑性不一致C1-OH最活潑其次為碳鏈末端一級醇-OH其它二級醇-OH活潑性普通較低且不相等Biochemistry第27頁1、成酯作用單糖一切-OH

10、都可與酸結合成酯單糖與無機磷酸、ATP中磷酸分子Biochemistry第28頁有干燥HCl氣催化下，半縮醛羥基可與醇化合，羥基氫被甲基取代形成糖苷。糖苷鍵種類：O-苷（常見）、N-苷、S-苷、C-苷2、成苷作用Biochemistry第29頁3、脫水作用戊糖:與12%鹽酸作用，經(jīng)一系列消去反應和環(huán)化作用產(chǎn)生糠醛Biochemistry己糖:與酸共熱，生成5-羥甲糠醛第30頁糠醛反應應用判定酮糖：羥甲糠醛與間苯二酚反應生成紅色縮合物判別戊糖：糠醛與間苯三酚或根皮酚縮合生成朱紅色物質； 糠醛與甲基間苯二酚或地衣酚縮合生成藍綠色或橄欖綠色物質驗證糖存在：糠醛及其衍生物能與-萘酚反應生成紅紫色縮合物

11、總糖定量：糖脫水與蒽酮縮合生成藍綠色復合物Biochemistry第31頁4、氨基化反應單糖分子中-OH（主要是C2和C3上）可被-NH2基取代，產(chǎn)生氨基糖，也稱糖胺。自然界中多以乙酰氨基糖形式存在。 Biochemistry第32頁5、脫氧單糖羥基之一失去氧即成脫氧糖2-脫氧-D-核糖 L-鼠李糖（6-脫氧-L-甘露糖）L-巖藻糖（6-脫氧-L-半乳糖）Biochemistry第33頁1.3 二糖和三糖1.3.1 蔗糖（sucrose）起源：甘蔗、甜菜和糖楓結構物理性質：白色結晶，易溶于水，有甜味，有旋光性，無變旋作用化學性質：無還原作用，不能成脎，可被強堿破壞，能被稀酸或轉化酶水解產(chǎn)生轉化

12、作用BiochemistryC12H22O11 + H2O C6H12O6 + C6H12O6 蔗糖D-GlcD-FruD +66.4 +52.5 -92 -20 右旋 左旋第34頁1.3.2 麥芽糖（maltose）起源：谷類種子發(fā)芽或淀粉水解結構物理性質：白色結晶，易溶于水，甜度僅次于蔗糖，有旋光性和變旋作用化學性質：有還原性，可成脎，可被酵母菌發(fā)酵Biochemistry第35頁1.3.3 乳糖（lactose）起源：人及動物乳汁中結構物理性質：白色晶體，溶于水，微甜，有旋光性且有變旋作用化學性質：有還原性，能成脎，與硝酸同煮產(chǎn)生黏酸Biochemistry第36頁1.3.4 三糖（tr

13、isaccharide）棉子糖（葡萄糖、果糖、半乳糖）Biochemistry第37頁第38頁1.4 多糖（polysaccharide）多糖共同特征 分子量普通很大，在幾萬以上。在水中不能形成真溶液，有根本不溶于水，如纖維素。 物理性質：有旋光性，但無變旋現(xiàn)象。無甜味?；瘜W性質：無還原性，不能成脎。 Biochemistry第39頁1.4.1 淀粉（starch）1、結構：天然淀粉呈顆粒狀，其外層為支鏈淀粉，約占8090%；內層為直鏈淀粉，約占1020%。由D-G以-糖苷鍵連接多聚體直鏈淀粉（amylose） 鏈長約250-300個葡萄糖單位 每圈螺旋6個葡萄糖殘基Biochemistry第

14、40頁支鏈淀粉（amylopectin） 主鏈中每隔8-9個葡萄糖單位即有一個分支 每個分支長度約20-30個葡萄糖殘基Biochemistry第41頁2、性質Biochemistry性質直鏈淀粉支鏈淀粉分子量4000-400000500000-1000000溶解性冷水中不溶，略溶于熱水吸水后膨脹成糊狀與磷酸結合情況不結合結合水解酸水解成葡萄糖，淀粉酶水解成麥芽糖水解過程有不一樣大小糊精產(chǎn)生與碘顯色藍色紫色水解過程：淀粉紅色糊精無色糊精麥芽糖葡萄糖 與碘呈色反應 藍（紫） 紅色 不顯色 不顯色 不顯色 第42頁淀粉糊化和老化 糊化：淀粉在適當溫度（60-80C）下，在水中溶脹、分裂形成均勻糊狀

15、溶液作用。本質上是淀粉粒中有序及無序（晶質及非晶質）態(tài)分子間氫鍵斷開，分散在水中成為膠體溶液。 生淀粉：（糊化淀粉、-淀粉）糊化后淀粉漿脫水干燥而得可分散于冷水中無定型粉末。 老化（退化）：淀粉溶液經(jīng)遲緩冷卻，或淀粉凝膠久置，變成不透明甚至沉淀現(xiàn)象。本質上是糊化淀粉分子又自動排列成序，形成致密高度結晶不溶性淀粉膠體。Biochemistry第43頁1.4.2 糖原（glycogen） 分布：人及動物細胞內儲存多糖，又稱動物淀粉。在肝臟和肌肉中含量較多。結構：與支鏈淀粉相同，主鏈以 -1，4糖苷鍵連接，支鏈連接鍵為 -1，6糖苷鍵。末端無還原性。性質：與紅糊精相同。干燥狀態(tài)為無定形粉末，溶于沸水

16、，遇碘呈紅色，無還原性，不成脎。水解產(chǎn)物為D-葡萄糖。功效：肝糖原可分解為葡萄糖進入血液，肌糖原為肌肉收縮提供能量Biochemistry第44頁1.4.3 纖維素（Cellulose） 1、分布：植物纖維部分主要成份2、結構：-D-G以-14糖苷鍵連接而成直鏈，不分支。糖鏈間經(jīng)過分子間氫鍵堆積起緊密片層結構Biochemistry第45頁3、性質純凈纖維素是無色無臭、無味物質溶解性：不溶于水和有機溶劑，但對水有很強親和力；溶于發(fā)煙鹽酸、無水氟化氫、濃硫酸及濃磷酸；堿可使棉花纖維素部分溶解水解：稀酸中不易水解得纖維二糖；濃硫酸低溫或稀硫酸高溫高壓下水解得20%G。與碘無顏色反應。Biochemistry第46頁1.4.4 瓊膠（瓊脂，agar）分布：海藻組成：D-半乳糖，L-半乳糖結構性質：瓊膠無色，無味，能吸水膨脹，溶于熱水，冷卻后成凝膠。用途：電泳支持物之一；微生物培養(yǎng)基凝固劑；食品中用于果凍、軟糖、果醬、栗子羹等加工，改進冰激淋組織狀態(tài)、預防形成粗糙結晶。Biochemistry第47頁1.4.5 果膠（pectin）分布：鮮果組成及結構：半乳糖醛酸以-（14）糖苷鍵連成長鏈，通常以甲酯化狀態(tài)存在（果酸甲酯）用途：食品添加劑，用于果醬、飲料、罐頭、甜食生產(chǎn)。含有膨脹和膠體性質