《糖类化合物》课件.ppt

第一章 糖类化合物（saccharides）,第一节 概述,第二节 单糖的结构和性质,第三节 重要的寡糖第四节 重要的多糖,第一节 概述,糖的概念,糖的种类,糖 多羟基醛和多羟基酮及其缩合物，或水解后能产生多羟基醛、酮的一类有机化合物。通式为Cn(H2O)m，故称之为碳水化合物。,例如：葡萄糖的分子式为C6H12O6，可表示为C6(H2O)6，蔗糖的分子式为C12H22O11，可表示为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）；脱氧核糖C5H10O4。,糖的分类,单糖,寡糖,多糖,同型多糖,异型质多糖,单糖（monosaccharides）：不能水解为其他糖的糖。,按碳原子数分为：丙糖（甘油醛）丁糖（赤藓糖）戊糖（木酮糖、核酮糖、核糖、脱氧核糖等）己糖（葡萄糖、果糖、半乳糖等）等。,寡糖（oligosaccharides）：可以水解为其他糖的糖（26个单糖）。,一般包括：二糖（disaccharides）：蔗糖、麦 芽糖、乳糖三糖（trisaccharides）：棉籽糖其他寡糖。,多糖（polysaccharides）：可水解为多个其他单糖或其衍生物的糖。,同型多糖（均质多糖）：水解为同一单糖的高分子聚合物，淀粉、糖元、纤维素、几丁质、糖苷等。,异型多糖（杂多糖）：水解产物不止一种单糖或单糖衍生物，透明质酸、肝素、硫酸软骨素、硫酸皮肤素等。,第二节 单糖的结构和性质,单糖的分子式是（CH2O）n，其中n3。碳原子构成单糖的主要骨架。含3个碳原子的名为丙糖，丙糖之后顺序称为丁糖（4碳）、戊糖（5碳）和己糖（6碳）等。,丙糖,戊糖,己糖,继续,己糖 又称六碳糖，是最习见的单糖。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，但结构式各有不同，所以它们彼此都是异构体,一、单糖的分子结构,1.单糖的开链结构及构型,2.葡萄糖的环状结构,3.葡萄糖的Haworth式,五碳糖、六碳糖等单糖分子在溶液中大多不成上述的链式，而成环式结构。单糖分子中的醛基或酮基与另一个碳原子上的羟基反应，生成半缩醛，从而形成环式结构：,葡萄糖的环式结构,醛基可与C4-OH 成氧桥结合，形成五元环，也可与C5-OH 结合形成六元环。因为所形成的五元环和六元环分布与呋喃环和吡喃环相似，因此葡萄糖有呋喃型和吡喃型之分。,葡萄糖的Haworth式,以上环状结构因氧桥过长，不尽合理，1926年Haworth用透视式表达葡萄糖的环状结构，称为Haworth式或透视式：,葡萄糖分子的构象,按照Haworth式，葡萄糖分子的成环元素都在一个平面上，实际并非如此，而是折叠为椅式，这样最稳定。,二、单糖的物理性质,溶解度,甜度,旋光度和比旋光度,继续,单糖分子有许多亲水基团，易溶于水，不溶于乙醚、丙酮等有机溶剂。,蔗糖甜度规定为1，用感官品评的方法确定。,在一定条件下，测定一定浓度糖溶液的旋光度，可以计算出比旋光度：,三、单糖的主要化学性质,单糖的化学性质主要体现在多羟基醛、或多羟基酮的化学结构特征上，具有一切羟基及多羟基的反应，如氧化、酯化、缩醛反应；也由醛基或羰基的反应；同时还有基团间相互影响而产生的一些特殊的反应。,单糖的主要化学性质有：,糖的氧化反应,酯化反应,成苷反应,还原反应,强酸催化脱水作用,弱碱条件下的异构化作用,脎的形成,发酵作用,继续,（1）在弱氧化剂作用下，醛基被氧化生成葡萄糖酸。,（2）在较强氧化剂作用下，醛基和伯醇基同时被氧化，生成葡萄糖二酸。,（3）在生物体内，在专一性酶的作用下，伯醇基被氧化，生成葡萄糖醛酸。,酶O,葡萄糖醛酸,酮糖的氧化作用与醛糖有所不同，弱氧化剂溴水，不能使酮糖氧化，据此,可鉴别酮糖与醛糖。在强氧化剂作用下，酮糖在羧基处断裂，生成两种酸，以果糖为例：,酯化反应,单糖分子中的-OH，特别是异头碳上的半缩醛羟基能与磷酸、硫酸、乙酸酐等脱水生成酯。糖的磷酸酯是糖分子进入代谢反应的活化形式，最重要的是己糖磷酸酯。,单糖环状结构中的半缩醛羟基比其他羟基活泼，可与其他分子的-OH（或活性H原子）反应，缩去一分子水而成糖苷（又称甙或配糖体，糖苷实际上是缩醛的一种），其中的非糖部分叫做苷元，糖苷的名称叫做（苷元名称）基糖苷。如甲基葡萄糖苷。因为葡萄糖的半缩醛羟基有-型与-型之分，生成的糖苷也有-与-之分。,成苷作用,自然界中的糖苷,葡萄糖C1上的-CHO可被还原为-OH而成糖醇山梨醇。而果糖除了象葡萄糖一样可以还原为山梨醇外，还生成其它异构物。,还原反应,山梨醇是转化成维生素C的前体。在生物体内这一反应是由特异的脱氢酶催化，以NADH+H+或NADPH+H+作为供氢体来完成的。,单糖在强酸作用下，受热脱水生成糠醛或糠醛衍生物。糠醛是多种化工合成所需的原料。,糠醛或羟甲基糠醛能与某些酚类作用生成有色的缩合物，利用这一性质，可进行糖的定性定量测定。,强酸催化脱水作用,单糖对稀酸相当稳定，但在碱性溶液中能发生多种反应，产生不同的产物。异构化是其中的一种。单糖异构化是在室温下弱碱催化的烯醇化作用的结果。例如D-葡萄糖在氢氧化钡溶液中放置数天，可形成63.5的D-葡萄糖、21的D-果糖、2.5的D-甘露糖、10不能发酵的酮糖和3的其它物质。,碱性条件下的异构反应,单糖与苯肼反应生成苯腙（phenylhydrazone），过量的苯肼可进一步作用生成脎，每个脎分子中含2分子苯肼，第三个苯肼被转化为苯胺和氨。脎的溶解度小，易成结晶，不同糖脎晶体形状不同、熔点不同，有时可作为糖的定性鉴定。,己糖中的D-葡萄糖、D-甘露糖、D-果糖均易被酵母发酵生成酒精和CO2，D-半乳糖则较难发酵。D-型的其他己糖和L-型己糖以及戊糖则不能被酵母发酵。,单糖的分析检测,用成脎反应和呈色试剂可以定性鉴定未知样品溶液中的糖类。物理方法，测样品溶液的折光率、旋光度和测比重计法等。化学方法主要是根据单糖的还原性质建立的。常用的有3，5-二硝基水杨酸法、斐林试剂法和碘量法等。单糖混合液的分离方法常用层析法和高压液相色谱法,第三节 寡糖,常见的双糖,蔗糖,麦芽糖,乳糖,纤维二糖,棉子糖,常用食糖，甜度大，易结晶，易溶于水，甘蔗、甜菜中丰富。不能还原Fehling试剂（无还原性），不能成脎，是葡萄糖苷，又是果糖苷。,又称饴糖，分子式：C12H22O11，有变旋（存在、形式），和还原性。与笨肼成脎C12H20O9C=NNH(C6H5)2（一个半缩醛羟基），被溴水氧化为一元羧酸（一个半缩醛羟基），稀酸、麦芽糖酶可水解，产物为D-(+)-Glc。,存在于人乳（5-7%）和牛乳（4%）中，分子式C12H22O11，还原糖，能成一个脎，脎水解产物是D(+)-Gal和D-葡萄糖脎，有变旋（有、形式）酸或酶（苦杏仁酶，只水解连接糖苷键）水解得到D(+)-Glc及Gal，乳糖酶缺乏，小肠乳糖升高引起渗透性腹泻，肠道细菌使乳糖发酵产生大量气体。,棉子糖(raffinose)，分子式C18H32O16，许多植物中存在，棉籽与桉树分泌物中尤多。不能还原Fehling试剂，与酸共热水解生成Glc、Fru及Gal。,多糖（Polysaccharides）,由许多单糖或单糖衍生物聚合而成，缩合时单糖分子以糖苷键相连，一般无甜味、无还原性、酸或酶的作用下可水解为双糖、寡糖或单糖，重要的有淀粉、糖元、纤维素、果胶质、几丁质、粘多糖等。可分为同多糖和杂多糖。,广泛存在于植物的种子和根茎中，热水处理25分钟能溶解的部分为直链淀粉，不溶解的部分为支链淀粉。,继续,直链淀粉平均250-300个-D-Glc通过-1，4糖苷键相连，旋转卷曲成螺旋状，每6个Glc残基盘旋一圈，与KI-I2呈（深）兰色。水解的唯一双糖为麦芽糖、唯一单糖为葡萄糖。,支链淀粉由2000-22000个Glc残基组成，大约每24-30个Glc就有一个-1，6糖苷键的分支，与KI-I2呈紫（红）色。水解时只生成一种双糖-（+）麦芽糖。,淀粉的结构,几种主要农作物的淀粉含量,淀粉的主要性质：,糊化作用,凝沉作用,显色反应,水解作用,变性作用,将淀粉加水调成乳浊液，随着加热升温，淀粉粒吸水溶胀。当温度升高到一定限度，体积膨胀几十倍时，淀粉粒解体，分子均匀分散成粘性很大的糊状胶体溶液。这种作用过程称为淀粉的糊化。,淀粉的糊化温度：使淀粉发生糊化的温度称为糊化温度。糊化温度与淀粉粒大小有关，较大的淀粉粒易糊化，较小者则难糊化。因为每种天然淀粉都是由大小不一的淀粉粒组成的，所以，使其完全糊化的温度有一个范围。通常用糊化开始的温度和糊化完成的温度表示糊化温度。,常见淀粉的糊化温度,影响糊化温度的因素：蔗糖、氢氧化钠、氯化钠、碳酸氢钠等化合物对糊化温度影响很大。例如玉米淀粉在水中糊化温度为6272；在0.2的NaOH溶液中则降为55.569.5；在0.3的NaOH溶液中则降为4965。蔗糖、NaCl、Na2CO3都能使玉米淀粉糊化温度升高。升高的度数与这些化合物的浓度成正比。,糊化淀粉溶液快速冷却可成冻状凝胶。若长时间放置，缓慢冷却，会变混浊，甚至产生凝结沉淀，这种现象称为“凝沉”，又叫“回生”或“老化”。发生凝沉作用的机理相当于糊化作用的逆转，由无序的直链淀粉分子向有序排列转化，部分地恢复结晶性状。,“凝沉”作用受温度、浓度等因素的影响。常温下易凝沉，24是最易发生凝沉作用的温度。水分含量在30一60易凝沉。高聚合度直链淀粉含量高者易凝沉，支链淀粉糊化后不易发生凝沉。发生凝沉的淀粉不易再溶解，也不易被水解。,淀粉的碘显色反应非常灵敏，常用作淀粉的定性鉴定或指示淀粉水解反应终点。在分析化学上，也常用淀粉作指示剂，指示碘量法氧化还原滴定的终点。,碘显色反应的颜色与葡萄糖链的长度有关。糖链聚合度大于60个残基者，显篮色；小于20个残基者显红色；低于6个残基的寡糖不显色。直链淀粉显蓝色，纯支链淀粉显紫红色。一般天然淀粉大都是直链和支链淀粉的混合物。遇碘显蓝色。,淀粉红色糊精无色糊精麦芽糖葡萄糖（遇碘）（紫蓝色）（红色）（不显色）（不显色）,淀粉经适当化学处理，使结构和性状发生了变化的淀粉衍生物称为改性淀粉。改性淀粉的糊化性能、粘性、胶凝性，凝沉性和亲水性都发生了改变，可分别被作为增调剂、胶凝剂、粘合剂、分散剂、淀粉膜等，广泛用于纺织、印染、造纸、纸箱、食品、制药、水处理、包装以及生化分离分析和生物材料的固定化技术等领域。,自然界中分布最广的糖，以纤维二糖为基本单位缩合而成，纤维状、僵硬、不溶于水的分子，分子不分支，约由10000-15000个-D-Glc残基组成。水解需高温、高压和酸，人体消化酶不能水解纤维素，食草动物利用肠道寄生菌分泌的纤维素酶将部分纤维素水解为葡萄糖。,在植物组织中，纤维素分子平行排列，糖链与糖链之间有氢键联结。构成微纤维。每个微纤维约60个纤维素分子组成。有的区域分子排列非常整齐，为结晶区；有的排列不整齐，是非结晶区。,许多微纤维粘合在一起组成微纤维束。微纤维束紧密聚集成层并填充半纤维素、果胶质、木质素等多聚物，构成天然植物纤维。复杂的层次结构使纤维素具有很强的抗拉强度和化学稳定性以及水不溶性等特性。,纤维素带有大量的亲水基团，对水有很强的亲和力，通常有20左右的结合水。化实验室常用纤维素制品作为色层分析的惰性支持物。,将纤维素进行化学修饰，得到具有特殊理化性能的纤维素的衍生物，称为改性纤维素。这些具有离子交换功能的改性纤维素在生化分离分析中，具有很强的分辨能力，已经成为实验室不可缺少的技术材料。,果胶质又可分为果胶酸和果胶两类基本多糖成分。果胶酸又叫半乳糖醛酸聚糖（PGA），是由D-半乳糖醛酸缩合脱水以-1，4-糖苷键连接而成的长链分子。果胶又叫甲氧基半乳糖醛酸聚糖（PMGA），是PGA分子与甲醇发生酯化反应的产物。,果胶酸及果胶在水中溶解度随相对分子质量增加而降低，随甲酯化程度增加而增加。果胶酸在水中溶解度低于1。果胶则易溶于水，溶液粘度大。粘度与果胶相对分子质量成正比。稀酸溶液有利于果胶质溶解，因此，生产上用稀盐酸分离提取果胶质。果胶不溶于酒精，工业上生成果胶都是采用酸（稀）提醇沉法。,不同植物材料的果胶，甲酯化程度不同。若羧基100被甲酯化，甲氧基（-O-CH3）的理论含量为16.3。实践中规定甲氧基含量大于7者，称为高甲氧基果胶，小于7者，为低甲氧基果胶。,复习重点：1.单糖的结构（构型、链式、环式等）；2.糖苷键，常见寡糖的组成与结构；3.单糖的性质与测定方法；4.淀粉的结构与性质。,