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18 第十八章 碳水化合物.ppt

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本课件为有机化学碳水化合物章节,先讲糖的通式与按水解情况及分子结构的两种分类方法,随后讲解葡萄糖和果糖的开链式结构、立体异构与手性碳原子、环状半缩醛结构与变旋光现象,最后系统讲解单糖的氧化、还原、成脎和成苷反应以及蔗糖与麦芽糖。

第十八章碳水化合物封面,标示本章主题为糖类化合物
定义页,说明糖的通式及葡萄糖果糖蔗糖的分子式
第十八章内容导览页,标明分类单糖化学性质与二糖等节次
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第1页:第十八章碳水化合物封面

第十八章 碳水化合物

第2页:碳水化合物的定义

糖又称碳水化合物,是自然界存在最广泛的一类有机物。糖主要由碳、氢和氧三种元素组成,通式为 Cm(H2O)n,形式上像碳和水的化合物,故称碳水化合物。

  • 葡萄糖、果糖的分子式为 C6H12O6
  • 蔗糖的分子式为 C12H22O11

第3页:本章内容导览

本章内容导览

  • 第一节 碳水化合物的分类
  • 第二节 单糖
  • 第三节 单糖的化学性质
  • 第四节 二糖

第4页:按水解情况分类

第一节 碳水化合物的分类

  • 单糖:不能再被水解成为更简单糖分子的糖
  • 低聚糖:水解后每一分子能生成 2~10 个单糖分子的糖。例如二糖(蔗糖、麦芽糖等)、三糖等
  • 多糖:水解后每一分子能生成 10 个以上单糖分子的糖。例如淀粉、纤维素等

第5页:单糖的两种分类方法

第二节 单糖

这两种分类方法常结合使用,例如:

  • 根据分子中所含碳原子的数目分类:丙糖、丁糖、戊糖、己糖
  • 根据分子的结构分类:醛糖、酮糖

例如:核糖是戊醛糖,葡萄糖是己醛糖,果糖是己酮糖。自然界中的单糖以戊醛糖、己醛糖和己酮糖分布最为普遍。

第6页:葡萄糖的开链结构

一、葡萄糖:1.链状结构

本页图示给出 D-葡萄糖与 D-果糖的费歇尔投影式和构造式。

第7页:单糖的立体异构

除丙酮糖外,所有的单糖分子中都含有手性碳原子,因此有立体异构体。

  • 己醛糖分子中有四个手性碳原子,有 24=16 个立体异构体,葡萄糖是其中的一种
  • 己酮糖分子中有三个手性碳原子,有 23=8 个旋光异构体,果糖是其中的一种

第8页:单糖的R/S标记法

单糖的 R/S 标记法

单糖的名称可用 R/S 标记法表示,表示时需要把每一个手性碳原子标记出来。例如天然葡萄糖的名称是:

(2R,3S,4R,5R)-2,3,4,5,6-五羟基己醛

第9页:环状结构的实验事实

2.单糖的环状结构:实验事实

  • (1) 葡萄糖不能与亚硫酸氢钠饱和水溶液反应
  • (2) 葡萄糖与乙醇反应时,1 mol 葡萄糖仅与 1 mol 乙醇而不是 2 mol 乙醇生成缩醛
  • (3) 用新配置的葡萄糖水溶液测定其比旋光度,所得数值是 +112°,且随着时间的推移,比旋光度数值连续下降,直至降到 +52.7° 才不发生变化。这种比旋光度会发生变化的现象,叫做变旋光现象

以上这些现象用开链式结构无法解释。

第10页:环状半缩醛与哈沃斯式

环状半缩醛结构

  • D-葡萄糖分子中同时含有醛基和羟基,因此能发生分子内的加成反应,生成环状半缩醛;在溶液中单糖的开链式结构可转化为环状结构
  • 单糖的环状结构投影式不能反映各个基团的相对空间关系,一般采用哈沃斯(Haworth)透视式来表示单糖的半缩醛环状结构

第11页:

第12页:与托伦试剂和费林试剂反应

第三节 单糖的化学性质:一、氧化反应 1.与托伦试剂、费林试剂反应

醛糖具有醛基,能被弱氧化剂氧化;酮糖能在弱碱性条件下转变为醛糖,所以单糖都可与托伦试剂、费林试剂反应,分别生成银镜和氧化亚铜红棕色沉淀。本页图示给出反应式。

第13页:还原糖与非还原糖

还原糖与非还原糖

  • 凡能被托伦试剂和费林试剂氧化的糖叫做还原糖
  • 不能被氧化的糖叫做非还原糖
  • 单糖都是还原糖
  • 可以利用这两个反应来区别还原糖和非还原糖

第14页:与溴水的反应

(2) 与溴水的反应

溴水能将醛糖氧化为糖酸,而酮糖不与溴水反应,因此可用溴水来区别醛糖和酮糖。本页图示给出反应式。

第15页:与稀硝酸的反应

(3) 与稀硝酸的反应

稀硝酸的氧化性比溴水强,可将醛糖的醛基和伯醇基同时氧化,生成糖二酸。本页图示给出反应式。

第16页:还原反应

2.还原反应

单糖的羰基可被还原为羟基,生成糖醇。还原剂有 NaBH4、钠汞齐(Na-Hg 齐)等,工业上则采用催化加氢法。本页图示给出反应式。

第17页:成脎反应

3.成脎反应

单糖与苯肼作用生成糖脎。本页图示给出反应式。

第18页:成脎反应的应用

成脎反应的应用

糖脎都是不溶于水的亮黄色结晶体,不同的糖脎具有不同的结晶形态和熔点,因此可用糖脎的生成对糖进行鉴定。

第19页:成苷反应

4.成苷反应

单糖的半缩醛羟基可与其他含羟基、氨基等基团的非糖化合物脱水缩合,生成苷。

  • 苷由糖和非糖部分组成,非糖部分叫做糖苷配基
  • 糖和糖苷配基之间连接的键(如 -O-)称为苷键

第20页:蔗糖

第四节 二糖:一、蔗糖

蔗糖水解后生成一分子葡萄糖和一分子果糖。蔗糖分子中两单糖的半缩醛羟基相互结合,因此蔗糖无还原性,属于非还原糖。本页图示给出其结构。

第21页:麦芽糖

二、麦芽糖

淀粉水解可生成麦芽糖,麦芽糖水解则生成 D-葡萄糖。麦芽糖分子中保留一个半缩醛羟基,因此具有还原性,属于还原糖。本页图示给出其结构。

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