中山大学有机化学课件第18章.ppt
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1、第十八章第十八章糖糖Carbohydrates本章主要内容本章主要内容一、概述(定义、分类及生物功能)一、概述(定义、分类及生物功能)二、单糖(重点讲述)二、单糖(重点讲述)(一)结构(构型和构象)(一)结构(构型和构象)(二)化学性质(二)化学性质三、二糖(简述)三、二糖(简述)四、多糖(简述)四、多糖(简述)一、概述一、概述(Introduction)生物功能生物功能生物功能生物功能l l生命体(特别是动物)的主要能量来源生命体(特别是动物)的主要能量来源生命体(特别是动物)的主要能量来源生命体(特别是动物)的主要能量来源l l构成植物的支撑组织构成植物的支撑组织构成植物的支撑组织构成植物
2、的支撑组织l l为其他有机分子的生物合成提供原料为其他有机分子的生物合成提供原料为其他有机分子的生物合成提供原料为其他有机分子的生物合成提供原料糖的化学组成与定义糖的化学组成与定义糖的化学组成与定义糖的化学组成与定义l lC Cn n(H(H2 2O)O)mm 碳水化合物碳水化合物碳水化合物碳水化合物(CarbohydratesCarbohydrates)l l并非所有的糖的组成都符合上述通式并非所有的糖的组成都符合上述通式并非所有的糖的组成都符合上述通式并非所有的糖的组成都符合上述通式l lCarbohydratesCarbohydrates are are polyhydroxypolyh
3、ydroxy aldehydes or aldehydes or ketonesketones,or substances that yield such compounds on,or substances that yield such compounds on hydrolysis.hydrolysis.l lOther names Other names SaccharideSaccharide,sugar,sugar糖的分类糖的分类糖的分类糖的分类糖糖寡糖寡糖单糖单糖多糖多糖二糖二糖 其它其它淀粉淀粉 纤维素纤维素 其它其它醛糖醛糖 酮糖酮糖丙糖丙糖 丁糖丁糖 戊糖戊糖 己糖己糖二、
4、单糖二、单糖(Monosaccharides)(一)结构(一)结构l l基本结构特征基本结构特征基本结构特征基本结构特征:同一分子中含有羟基和羰基同一分子中含有羟基和羰基同一分子中含有羟基和羰基同一分子中含有羟基和羰基l l结构决定物理性质及化学性质:结构决定物理性质及化学性质:结构决定物理性质及化学性质:结构决定物理性质及化学性质:-溶于水,高沸点液体或固体溶于水,高沸点液体或固体溶于水,高沸点液体或固体溶于水,高沸点液体或固体 -氧化还原反应氧化还原反应氧化还原反应氧化还原反应 -亲核加成反应亲核加成反应亲核加成反应亲核加成反应 -成醚和酯化反应成醚和酯化反应成醚和酯化反应成醚和酯化反应l
5、 lOne or more chiral carbonOne or more chiral carbon(except (except dihydroxyacetonedihydroxyacetone)-Optical activity,Optical isomers or -Optical activity,Optical isomers or EnantiomersEnantiomersl lThe number of The number of stereoisomersstereoisomers=2=2n n (n=number of chiral carbon)(n=number o
6、f chiral carbon)二羟基丙酮二羟基丙酮1.D-and L-Configuration 1.D-and L-Configuration(分子构型的表示分子构型的表示分子构型的表示分子构型的表示)(一)结构(一)结构l lDD -相距醛相距醛相距醛相距醛(酮酮酮酮)基最远的手性碳上的羟基处在基最远的手性碳上的羟基处在基最远的手性碳上的羟基处在基最远的手性碳上的羟基处在右右右右边边边边 L L -相距醛相距醛相距醛相距醛(酮酮酮酮)基最远的手性碳上的羟基处在基最远的手性碳上的羟基处在基最远的手性碳上的羟基处在基最远的手性碳上的羟基处在左左左左边边边边l lDD andand L L:T
7、he configurations of sugarThe configurations of sugar molecules molecules R R and and S S:The configuration of carbonThe configuration of carbon (+)and(-)(+)and(-):Physical property of sugarPhysical property of sugarl lTheThe absolute configurationsabsolute configurations can be deduced by can be de
8、duced by chemical correlationchemical correlation(化学相关)(化学相关)(化学相关)(化学相关).D,L;R,S;(+),(-)(一)结构(一)结构The Family of D-aldoses天然的糖类天然的糖类物质绝大多物质绝大多数是数是D型糖型糖 2.2.EpimersEpimers (差向异构体差向异构体差向异构体差向异构体)Diastereoisomers(非非对对映映体体)that differ in configuration at only one chirality center are called epimers(一)结构
9、(一)结构3.Cyclic Structures and 3.Cyclic Structures and MutarotationMutarotation(变旋现象变旋现象变旋现象变旋现象)实验事实:实验事实:(1)IR中没有中没有C=O的吸收峰,的吸收峰,1H NMR中也见不到醛中也见不到醛 基质子的信号;基质子的信号;(2)只与只与1mol的醇反应形成糖苷;的醇反应形成糖苷;(3)变旋现象变旋现象(mutarotation)(一)结构(一)结构回顾:回顾:(一)结构(一)结构3.Cyclic Structures and 3.Cyclic Structures and Mutarotati
10、onMutarotation(变旋现象变旋现象变旋现象变旋现象)l Actually pentoses and hexoses exist in solution as intramolecular hemiacetals or hemiketals,forming stable 5 or 6 membered rings(furan and pyran ring).l An additional asymmertric carbon atom.呋喃呋喃吡喃吡喃分子内亲核加分子内亲核加成反应成反应(一)结构(一)结构3.Cyclic Structures and 3.Cyclic Struct
11、ures and MutarotationMutarotation(变旋现象变旋现象变旋现象变旋现象)糖糖在在溶溶液液中中的的结结构构变旋现象变旋现象(Mutarotation)H2OH2O(一)结构(一)结构l l变旋现象变旋现象变旋现象变旋现象 -一种构型的糖其旋光度在溶液中会发生改变,一种构型的糖其旋光度在溶液中会发生改变,一种构型的糖其旋光度在溶液中会发生改变,一种构型的糖其旋光度在溶液中会发生改变,最终达到一恒定值的现象。最终达到一恒定值的现象。最终达到一恒定值的现象。最终达到一恒定值的现象。l l其化学本质其化学本质其化学本质其化学本质 -一种环状结构可通过开链结构转变为另一种一种
12、环状结构可通过开链结构转变为另一种一种环状结构可通过开链结构转变为另一种一种环状结构可通过开链结构转变为另一种环状结构。环状结构。环状结构。环状结构。l la a-forms-forms -半缩醛羟基与决定糖构型的碳原子上的羟基半缩醛羟基与决定糖构型的碳原子上的羟基半缩醛羟基与决定糖构型的碳原子上的羟基半缩醛羟基与决定糖构型的碳原子上的羟基处在碳链的处在碳链的处在碳链的处在碳链的同同同同侧。侧。侧。侧。b b-forms-forms -半缩醛羟基与决定糖构型的碳原子上的羟基半缩醛羟基与决定糖构型的碳原子上的羟基半缩醛羟基与决定糖构型的碳原子上的羟基半缩醛羟基与决定糖构型的碳原子上的羟基处在碳链
13、的处在碳链的处在碳链的处在碳链的异异异异侧。侧。侧。侧。l l异头体(异头体(异头体(异头体(anomersanomers)-仅头个手性碳原子(半缩醛或酮碳)仅头个手性碳原子(半缩醛或酮碳)仅头个手性碳原子(半缩醛或酮碳)仅头个手性碳原子(半缩醛或酮碳)构型不相同的两个异构体,如构型不相同的两个异构体,如构型不相同的两个异构体,如构型不相同的两个异构体,如 a a-D-(+)-D-(+)-glucopyranoseglucopyranose 和和和和 b b-D-(+)-D-(+)-glucopyranoseglucopyranose。变旋现象变旋现象(Mutarotation)环状结构的表示
14、方法环状结构的表示方法环状结构的表示方法环状结构的表示方法HaworthHaworth透视透视透视透视式式l lOO在在在在后后后后面面面面,C-1C-1在在在在右右右右边边边边时时时时(最最最最常常常常用用用用的的的的写写写写法法法法),所所所所有有有有D-D-型型型型糖糖糖糖的的的的CHCH2 2OHOH均向上均向上均向上均向上,L-L-型则均向下。型则均向下。型则均向下。型则均向下。l l对对对对a a-D-D-型糖型糖型糖型糖,C C1 1-OH-OH向向向向下下下下;对对对对b b-D-D-型糖型糖型糖型糖,C C1 1-OH-OH向向向向上上上上。L-L-型则与型则与型则与型则与D
15、-D-型糖恰恰相反。型糖恰恰相反。型糖恰恰相反。型糖恰恰相反。l lFischerFischer式式式式中中中中在在在在垂垂垂垂直直直直碳碳碳碳链链链链右右右右边边边边的的的的羟羟羟羟基基基基,在在在在HaworthHaworth式式式式中中中中则则则则向向向向下下下下;FischerFischer式式式式中中中中在在在在垂垂垂垂直直直直碳碳碳碳链链链链左左左左边边边边的的的的羟羟羟羟基基基基,在在在在HaworthHaworth式式式式中中中中则向则向则向则向上上上上。Haworth 透视式的书写规律透视式的书写规律环状结构的表示方法(例子)环状结构的表示方法(例子)环环状状结结构构的的表表
16、示示方方法法(例例子子)l l试从试从试从试从D-D-甘露糖的甘露糖的甘露糖的甘露糖的FischerFischer投影式写出其环状结构的投影式写出其环状结构的投影式写出其环状结构的投影式写出其环状结构的FischerFischer投影式和投影式和投影式和投影式和HaworthHaworth透视式透视式透视式透视式。课堂练习课堂练习1Fischer 投影投影式式Haworth 透视式透视式l试写出试写出L-甘露糖的甘露糖的Fischer投影式以及其环状结构的投影式以及其环状结构的Fischer投影式和投影式和Haworth透视式。透视式。课堂练习课堂练习2Fischer 投影式投影式Hawort
17、h 透视式透视式Fischer投投影影式式变旋现象变旋现象(Mutarotation)H2OH2O(一)结构(一)结构吡喃糖椅式构象中,吡喃糖椅式构象中,取代基取代基(OH,CH2OH等等)占平伏键位置越多,占平伏键位置越多,其构象越稳定。其构象越稳定。己醛糖中,较大的取己醛糖中,较大的取代基代基CH2OH一般均占一般均占据平伏键,只有据平伏键,只有a-D-idopyranose 例外。例外。(一)结构(一)结构4.4.ConformationConformation1.1.碱催化下的差向异构化和互变异构化碱催化下的差向异构化和互变异构化碱催化下的差向异构化和互变异构化碱催化下的差向异构化和互
18、变异构化2.2.氧化氧化氧化氧化3.3.还原还原还原还原4.4.脎的形成脎的形成脎的形成脎的形成5.5.糖苷的形成糖苷的形成糖苷的形成糖苷的形成6.6.甲基化甲基化甲基化甲基化7.7.酰基化酰基化酰基化酰基化8.8.RuffRuff降解降解降解降解9.9.KilianiKiliani-Fischer-Fischer合成合成合成合成10.10.葡萄糖结构的测定葡萄糖结构的测定葡萄糖结构的测定葡萄糖结构的测定(二)化学性质(二)化学性质1.1.碱催化下的差向异构化和互变异构化碱催化下的差向异构化和互变异构化碱催化下的差向异构化和互变异构化碱催化下的差向异构化和互变异构化碱性条件下的不稳定性碱性条件
19、下的不稳定性碱性条件下的不稳定性碱性条件下的不稳定性(二)化学性质(二)化学性质*Epimerization Epimerization(差向异构化差向异构化差向异构化差向异构化)l Epimers(差向异构体差向异构体)-含多个手性中心的旋光异构体中,那含多个手性中心的旋光异构体中,那些只有一个手性中心的构型相反的异构体。些只有一个手性中心的构型相反的异构体。l Epimerization-使多手性中心分子中的一个手性中心的构型使多手性中心分子中的一个手性中心的构型发生转化的作用发生转化的作用(碱性条件下发生碱性条件下发生)。TautomerizationTautomerization(互变
20、异构化互变异构化互变异构化互变异构化)通常采用中性或酸性条件下进行各种糖的反应,以避免各种可通常采用中性或酸性条件下进行各种糖的反应,以避免各种可能的副反应发生。能的副反应发生。烯二醇重排烯二醇重排烯二醇重排烯二醇重排2.Oxidation2.Oxidation1)Tollens,Fehlings,or Benedicts reagents1)Tollens,Fehlings,or Benedicts reagentsFehlings/Benedicts reagent:Cu2O Tollens reagent:Ag2O 应用应用鉴定糖的还原性;鉴定糖的还原性;血液及尿液中血液及尿液中gluc
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- 中山大学 有机化学 课件 18
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