第十二章碳水化合物课件.ppt
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1、第十二章碳水化合物第1页,此课件共74页哦 碳水化合物也称糖,是自然界存在最广泛的一类有机物。是动、植物体的重要组成成分,约占植物干重的 80%。碳水化合物是绿色植物光合作用的主要产物。是动、植物体进行生命活动所需能量的主要来源之一。一、存在、来源及意义一、存在、来源及意义 最初发现,此类化合物是 由碳、氢、氧三种元素组由碳、氢、氧三种元素组成,成,H H、O O原子个数比原子个数比2 2:1 1,相当于水的组成,通式为,相当于水的组成,通式为CmCm(H(H2 2O)nO)n,形式上像碳和水的化合物,故称碳水化合物,形式上像碳和水的化合物,故称碳水化合物。如葡萄糖、果糖等的分子式为C6H12
2、O6,蔗糖的分子式为C12H22O11,为碳水化合物。二、二、碳水化合物名称的含义碳水化合物名称的含义第2页,此课件共74页哦 如:乙酸(C2H4O2),乳酸(C3H6O3)等,分子组成虽然符合上述通式,但其结构和性质与碳水化合物不同,不是碳水化合物。如:鼠李糖(C6H12O5),脱氧核糖(C5H10O4)等组成不符合Cm(H2O)n的通式,但结构和性质与碳水化合物相似,为碳水化合物。3.某些非某些非碳水化合物的组成却符合碳水化合物的组成却符合C Cm m(H(H2 2O)O)n n的通的通 式式实际上碳水化合物一词是不正确的,碳水化合物一词是不正确的,原因有三:原因有三:1.1.分子中分子中
3、 H H、O O并不是以水的形式存并不是以水的形式存2.2.某些碳水化合物的组成不符合某些碳水化合物的组成不符合C Cm m(H(H2 2O)O)n n的通式的通式第3页,此课件共74页哦 1 1单糖单糖:不能水解的多羟基醛或多羟酮。如葡萄糖、半乳糖、甘露糖、果糖等。2 2低聚糖低聚糖:也称为寡糖,能水解产生210个单糖分子的化合物。分为二糖、三糖、四糖等。重要的二糖有蔗糖、麦芽糖、纤维二糖、乳糖等。3 3多糖多糖:水解产生10个以上单糖分子的化合物。如淀粉、纤维素、糖元等。从分子结构的特点来看,碳水化合物是一类多羟基碳水化合物是一类多羟基醛或多羟基酮,以及能够水解生成多羟基醛或多羟基酮的醛或
4、多羟基酮,以及能够水解生成多羟基醛或多羟基酮的有机化合物有机化合物 碳水化合物按其结构特征可分为三类碳水化合物按其结构特征可分为三类:第4页,此课件共74页哦第一节第一节 单单 糖糖 单糖单糖分类分类(1)(1)按照分子中的羰基,分为醛糖和酮糖按照分子中的羰基,分为醛糖和酮糖(2)(2)按照分子中所含碳原子的数目,又可将单糖分为按照分子中所含碳原子的数目,又可将单糖分为丙糖,丁糖,戊糖和己糖等。丙糖,丁糖,戊糖和己糖等。第5页,此课件共74页哦 这两种分类方法常结合使用。例如,核糖是戊醛糖,葡萄糖是己醛糖,果糖是己酮糖等。自然界中的单糖以戊醛糖、己醛糖和己酮糖分布最为普遍。碳水化合物的命名命名
5、:以俗名最为常用。第6页,此课件共74页哦一、单糖的构型一、单糖的构型 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。除丙酮糖外,所有的单糖分子中都含有手性碳原子,因此有旋光异构体。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。第7页,此课件共74页哦 单糖构型通常采用D、L构型标记法标记,即以甘油醛为标准,通过逐步增长碳链的方法来确定。凡由D-(+)-甘油醛经过逐步增长碳链的反应转变而成的醛糖,其构型为D-构型;D-(-)-赤藓糖 D-(-)-苏阿糖第8页,此课件共74页哦 由L-(-)-甘油醛经过逐步增长碳链的反应转变成的醛糖,其构型
6、为L-构型。L-赤藓糖L-苏阿糖第9页,此课件共74页哦可以导出四种D-型戊醛糖、八种D-型己醛糖。第10页,此课件共74页哦 D-构型的醛糖与-L构型的醛糖互为对映体。例如,D-(+)-葡萄糖与L-(-)-葡萄糖是对映体,它们的旋光度相同,旋光方向相反。D-(+)-葡萄糖 L-(-)-葡萄糖第11页,此课件共74页哦 D-型酮糖,它们的结构一般在2-位上具有酮羰基,比相同碳数的醛糖少一个手性碳原子,所以异构体的数目也相应减少。D-果糖 D-甘露庚酮糖第12页,此课件共74页哦 单糖的构型以距羰基最远的手性碳原子为标准,即该手性碳原子的构型与D-(+)-甘油醛的手性碳原子构型相同时,称为D-构
7、型;与L-(-)-甘油醛构型相同时,称为L-构型。D-甘油醛 D-醛糖 D-酮糖第13页,此课件共74页哦二、单糖的环状结构二、单糖的环状结构 1单糖的氧环式结构和变旋现象单糖的氧环式结构和变旋现象 D-葡萄糖能以两种结晶存在,一种是从酒精溶液中析出的结晶,熔点为146,比旋光为+112.2;另一种是从吡啶中析出的结晶,熔点为150,比旋光度为+18.7。将其中任何一种结晶溶于水后,其比旋光度都会逐渐变成+52.7并保持恒定。有变旋现象。葡萄糖具有醛基,应该能与HCN和羰基试剂等发生类似醛的反应,但在通常条件下却不与亚硫酸氢钠起加成反应;在干燥的HCl存在下,葡萄糖只能与一分子醇发生反应生成稳
8、定的缩醛。实验事实实验事实第14页,此课件共74页哦 这些事实无法从开链式结构得到圆满地解释。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。两个环状结构的葡萄糖是一对非对映异构体两个环状结构的葡萄糖是一对非对映异构体(1)单糖氧环式结构的形成)单糖氧环式结构的形成第15页,此课件共74页哦 D-葡萄糖产生变旋现象是由于-构型或-构型溶于水后,通过开链式相互转变,最后-构型、-构型和开链式三种形式达到动态平衡。平衡时的比旋光度为+52.7。因此,具有变旋现象。D-葡萄糖平衡混合物中开链式含量仅占0.01%,因此不能与饱和NaHSO3发生加成反应。D-葡萄糖主要
9、以环状半缩醛形式存在,所以只能与一分子甲醇反应生成缩醛。(2)对上述实验事实的解释)对上述实验事实的解释第16页,此课件共74页哦 果糖在自然界的化合态中为五元环结构,而在结晶中则为六元环结构,因此,果糖在水溶液中能以五种形式存在。果糖第17页,此课件共74页哦吡喃呋喃 第18页,此课件共74页哦 单糖主要以五元、六元环存在。六元环糖与杂环化合物中的吡喃()相当,具有这种结构的糖称为吡喃糖;五元环糖与杂环化合物中的呋喃()相当,具有这种结构的糖称为呋喃糖。所以-D-(-)-果糖(五元环)应称为-D-(-)-呋喃果糖。第19页,此课件共74页哦 2 2哈武斯哈武斯(Haworth)(Hawort
10、h)透视式透视式 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。为了更接近其真实性,并形象地表达单糖的氧环式结构,一般采用Haworth透视式来表示。第20页,此课件共74页哦书写D-葡萄糖Haworth式的步骤第21页,此课件共74页哦D吡喃葡萄糖 D吡喃葡萄糖 半缩醛羟基与末端羟甲基在环的异侧为-构型构型;反之,半缩醛羟基与羟甲基在环的同侧为-构型构型。末端末端羟羟甲基甲基半半缩醛羟缩醛羟基基第22页,此课件共74页哦 -D-(+)-吡喃葡萄糖的环平面旋转或翻转第23页,此课件共74页哦D-(-)-果糖的四种Haworth式如下:D呋喃果糖 D呋喃果糖第24页,此课件共74页哦D吡喃
11、果糖D吡喃果糖第25页,此课件共74页哦 如何确定单糖的如何确定单糖的D D、L-L-构型和构型和、-构型构型 确定确定 D D、L-L-构型:构型:环上碳原子的位次按顺时针方式排列,环上碳原子的位次按顺时针方式排列,编号最大手性碳上的羟甲基在环平面上方的为编号最大手性碳上的羟甲基在环平面上方的为 D-D-构型;构型;羟甲基在羟甲基在环平面下方为环平面下方为 L-L-构型。若按逆时针方式排列,则与上述判别恰构型。若按逆时针方式排列,则与上述判别恰好相反。好相反。D-D-构型构型L-L-构型构型第26页,此课件共74页哦确定确定、-构型构型 半半缩醛羟缩醛羟基与基与编编号最大手性碳上的号最大手性
12、碳上的羟羟甲基在甲基在环环的的异异侧为侧为-构型;反之,半构型;反之,半缩醛羟缩醛羟基与基与羟羟甲基在甲基在环环的同的同侧为侧为-构型。构型。-构型构型-构型构型第27页,此课件共74页哦 无无末端末端羟羟甲基甲基时时,则则与与编编号最大手性碳上的号最大手性碳上的氢氢比比较较,半半缩醛羟缩醛羟基与基与编编号最大手性碳上的号最大手性碳上的氢氢在在环环的异的异侧为侧为-构型;反之,构型;反之,为为-构型。构型。-构型构型-构型构型第28页,此课件共74页哦-D-吡喃甘露糖 -D-吡喃半乳糖-D-吡喃阿拉伯糖 -D-呋喃核糖练习:确定下列单糖的构型:练习:确定下列单糖的构型:第29页,此课件共74页
13、哦 3单糖的构象 D葡萄糖 (37%)D葡萄糖 (63%)第30页,此课件共74页哦 除丙酮糖外,所有单糖都具有旋光性,且存在变旋现象。三、单糖的物理性质三、单糖的物理性质 1差向异构化四、单糖的化学性质四、单糖的化学性质 差向异构体:含多个手性碳原子的旋光异构体,若含多个手性碳原子的旋光异构体,若只有一个手性碳原子构型不同,其它构型均相同,只有一个手性碳原子构型不同,其它构型均相同,这样的旋光异构体被称为差向异构体。这样的旋光异构体被称为差向异构体。例如:例如:第31页,此课件共74页哦 差向异构体之间相互转化的反应,称为差向异构化差向异构体之间相互转化的反应,称为差向异构化 。D-葡萄糖和
14、葡萄糖和D-甘露糖为差向异构体甘露糖为差向异构体二者仅二者仅C2的构型不同,所以又称做的构型不同,所以又称做C2-差向异构体。差向异构体。第32页,此课件共74页哦差向异构化单糖在碱性水溶液中均发生差向异构化单糖在碱性水溶液中均发生差向异构化第33页,此课件共74页哦 2氧化反应 溴水氧化:(-CHO氧化成氧化成-COOH)(1)酸性介质中的氧化反应酮糖不被溴水氧化,用于区别醛糖与酮糖。酮糖不被溴水氧化,用于区别醛糖与酮糖。第34页,此课件共74页哦 硝酸氧化 (醛糖被氧化成糖二酸)醛糖被氧化成糖二酸)第35页,此课件共74页哦 根据氧化产物有无旋光性,可以推测醛糖的根据氧化产物有无旋光性,可
15、以推测醛糖的结构结构。稀第36页,此课件共74页哦例如:例如:某D-丁醛糖被稀硝酸氧化后产物有旋光性,试推测出该D-丁醛糖的构型。无旋光性有旋光性 酮糖与强氧化剂作用,碳链断裂,生成小分子的羧酸酮糖与强氧化剂作用,碳链断裂,生成小分子的羧酸混合物。混合物。第37页,此课件共74页哦常用的弱氧化剂:常用的弱氧化剂:土伦试剂土伦试剂 斐林试剂斐林试剂 本尼迪特试剂本尼迪特试剂 醛糖具有醛基,能被弱氧化剂氧化。酮糖(例如果糖)在弱碱性介质中能发生差向异构化转变为醛糖,因此也能被弱氧化剂氧化。通常,把能被把能被上述上述弱氧化弱氧化剂剂氧化氧化的的糖称糖称为还为还原性糖。原性糖。单单糖都是糖都是还还原糖
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