學習要求：
1．掌握葡萄糖、果糖的結構(開鏈式、環狀哈武斯式)及其化學性質。
2．掌握還原性二糖和非還原性二糖在結構上和性質上的差異。
3．掌握澱粉和纖維素在結構上的主要區別和用途。
§14.1 碳水化合物的涵義及分類
碳水化合物又稱為醣類，是植物光合作用的產物，是一類重要的天然有機化合物，
對於維持動植物的生命起著重要的作用。
14.1.1 碳水化合物的涵義
糖 —— 多羥基醛和多羥基酮及其縮合物，或水解後能產生多羥基醛、酮的一類
有機化合物。因這類化合物都是由c、h、o三種元素組成，且都符合cn(h2o)m的通式，
所以稱之為碳水化合物。例如：葡萄糖的分子式為c6h12o6，可表示為c6(h2o)6，蔗糖
的分子式為c12h22o11，可表示為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）；脫氧核醣c5h10o4。有些化合物的組成符合碳水化合物
的比例，但不是糖。例如甲酸（ch2o）、乙酸（c2h4o2）、乳酸（c3h6o3）等。因此，
最好還是叫做醣類較為合理。
14.1.2 分類
根據其單元結構分為：
單醣 —— 不能再水解的多羥基醛或多羥基酮。
低聚醣——含2~10個單醣結構的縮合物。以二糖最為多見，如蔗糖、麥芽糖、乳糖
等。 多醣 ——含10個以上單醣結構的縮合物。如澱粉、纖維素等。
14.1.3 存在與**
醣類化合物廣泛存在於自然界，是植物進行光合作用的產物。植物在日光的作用
下，在葉綠素催化下將空氣中的二氧化碳和水轉化成葡萄糖，並放出氧氣：
葡萄糖在植物體內還進一步結合生成多醣——澱粉及纖維素。地球上每年由綠色
植物經光合作用合成的醣類物質達數千億噸。它既是構成掌握的組織基礎，又是人類
和動物賴以生存的物質基礎，也為工業提供如糧、棉麻、竹、木等眾多的有機原料。
我國物產豐富，許多特產均是含糖衍生物，具有特殊的藥用功效，有待我們去研究、
開發。§14.2 單醣
單醣可根據分子中所含碳原子的數目分為戊糖、己糖等。自然界中存在最廣泛的單
糖是葡萄糖（多羥基醛）、果糖（多羥基酮）和核醣。我們以葡萄糖和果糖為代表來討
論單醣。
14.2.1 單醣的結構
（一）、單醣的構造式
葡萄糖、果糖等的結構已在上個世紀由被譽為「糖化學之父」的費歇爾（fischer）
及哈沃斯（haworth）等化學家的不懈努力而確定。
實驗證明，葡萄糖的分子式為c6h12o6，為2，3，4，5，6，-五羥基己醛的基本結
構。果糖為1，3，4，5，6，-五羥基己酮的基本結構。其構造式如下：
（二）、單醣的構型
葡萄糖有四個手性碳原子，因此，它有24=16個對映異構體。所以，只測定糖的構
造式是不夠的，還必須確定它的構型。
1．相對構型的確定
糖的相對構型(d系列和l系列)是以d-(+)甘油醛和l-(-)甘油醛作為標準，將其進
行與醣類化合物有關聯的一系列反應聯絡，得到相應的醣類。這樣醣類的相對構型也
就可以確定了。例如，己醛糖的d型異構體與d-(+)甘油醛的關聯見p581圖18-1。
18世紀末，20世紀初，費歇爾（efischer）首先對糖進行了系統的研究，確定了
葡糖的結構。葡萄糖的構型如下：
十六個己醛糖都經合得到，其中十二個是費歇爾乙個人取得的（於2023年完成合
成)。所以費歇爾被譽為「糖化學之父」。也因而獲得了2023年的諾貝爾化學獎。
（38歲出成果，50歲獲諾貝爾化學獎）
2．構型的標記和表示方法
（1）構型的標記
醣類的構型習慣用d / l名稱進行標記。即編號最大的手性碳原子上oh在右邊的為
d型，oh在左邊的為l型。八個d型的己醛糖的名稱及構型見p581，另有八個l型異構體。
（2）構型的表示方法
糖的構型一般用費歇爾式表示，但為了書寫方便，也可以寫成省寫式。其常見的幾
種表示方法為：
另一種表示方法是用楔型線表示指向紙平面的鍵，虛線表示指向紙平面後面的
鍵。如d-(+)葡萄糖可表示為：
應當注意的是：碳鏈上的幾個碳原子並不在一條直線上，著可從分子模型看出。
把結構式橫寫更容易看出分子中各原子團之間的立體關係。
（三）、單醣的環狀結構
單醣的開鏈結構是由它的一些性質而推出來的，因此，開鏈結構能說明單醣的許多
化學性質，但開鏈結構不能解釋單醣的所有性質，如：
① 不與品紅醛試劑反應、與nahso4反應非常遲緩（這說明單醣分子內無典型的醛
基）。② 單醣只能與一分子醇生成縮醛（說明單醣是乙個分子內半縮醛結構）。
③ 變旋光現象，如：
葡萄糖晶體常溫下用乙醇結晶而得（α型） 高溫下用醋酸結晶而得（β型）
146℃ 150℃
新配溶液的[α]d +112° +18°
新配溶液放置 [α]d 逐漸減少至52° [α]d 逐漸增高至52°
由變旋現象說明，單醣並不是僅以開鏈式存在，還有其它的存在形式。1825-
2023年，由x射線等現代物理方法證明，葡萄糖主要是以氧環式（環狀半縮醛結構）
存在的。
1．氧環式結構
2．環狀結構的α構型和β構型
糖分子中的醛基與羥基作用形成半縮醛時，由於c=o為平面結構，羥基可從平面的
兩邊進攻c=o，所以得到兩種異構體α構型和β構型。兩種構型可通過開鏈式相互轉化而
達到平衡。
這就是糖具有變旋光現象的原因。
α構型——生成的半縮醛羥基與決定單醣構型的羥基在同一側。
β構型——生成的半縮醛羥基與決定單醣構型的羥基在不同的兩側。
α-型糖與β-型糖是一對非對映體，α-型與β-型的不同在c1的構型上故有稱為端
基異構體和異頭物。
3．環狀結構的哈沃斯式（haworth）透視式
糖的半縮醛氧環式結構不能反映出各個基團的相對空間位置。為了更清楚地反映
糖的氧環式結構，哈沃斯透視式是最直觀的表示方法。
將鏈狀結構書寫成哈沃斯式的步驟如下：
① 將碳鏈向右放成水平，使原基團處於左上右下的位置。
②將碳鏈水平位置彎成六邊形狀。
③ 以c4-c5為軸旋轉120°使c5上的羥基與醛基接近，然後成環（因羥基在環平面的
下面，它必須旋轉到環平面上才易與c1成環。
α-型β-型糖的哈沃斯結構和吡喃相似，所以，六元環單醣又稱為吡喃型單醣。因而葡萄糖
的全名稱為：
α-d-(+)-吡喃葡萄糖 β-d-(+)-吡喃葡萄糖
（四）單醣的構象
研究證明，吡喃型糖的六元環主要是呈椅式構象存在與自然界的。
從d-(+)-吡喃葡萄糖的構象可以清楚的看到，在β-d-(+)-吡喃葡萄糖中，體積
大的取代基-oh和-ch2oh，都在e鍵上；而在α-d-(+)-吡喃葡萄糖中有乙個-oh
在a鍵上。故β型是比較穩定的構象，因而在平衡體系中的含量也較多。
（五）果糖的結構
1．構型
d-果糖為2-己酮糖，其c3、c4、c5的構型與葡萄糖一樣。
2．果糖的環狀結構
果糖在形成環狀結構時，可由c5上的羥基與羰基形成呋喃式環，也可由c6上的羥
基與羰基形成吡喃式環。兩種氧環式都有α型和β型兩種構型，因此，果糖可能有
五種構型。
14.2.2 單醣的化學性質
1．成脎反應
單醣與苯肼反應生成的產物叫做脎，
生成糖脎的反應是發生在c1和c2上。不涉及其他的碳原子，所以，如果僅在第二碳
上構型不同而其他碳原子構型相同的差向異構體，必然生成同乙個脎。例如，d-葡
萄糖、d-甘露糖、d-果糖的c3、c4、c5的構型都相同，因此它們生成同乙個糖脎。
糖脎為黃色結晶，不同的糖脎有不同的晶形，反應中生成的速度也不同。因此，
可根據糖脎的晶型和生成的時間來鑑別糖。
2．氧化反應
（1）土倫試劑、費林試劑氧化（鹼性氧化）
醛糖與酮糖都能被象土倫試劑或費林試劑這樣的弱氧化劑氧化，前者產生銀鏡，
後者生成氧化亞銅的磚紅色沉澱，糖分子的醛基被氧化為羧基。
凡是能被上述弱氧化劑氧化的糖，都稱為還原糖，所以，果糖也是還原糖。
果糖具有還原性的原因：
差向異構化作用——果糖在稀鹼溶液中可發生酮式-烯醇式互變，酮基不斷地變成
醛基（土倫試劑和費林試劑都是鹼性試劑，故酮糖能被這兩種試劑氧化）。其反
應如下：
（2）溴水氧化（酸性氧化）
溴水能氧化醛糖，但不能氧化酮糖，因為酸性條件下，不會引起糖分子的異構化
作用。可用此反應來區別醛糖和酮糖。
（3）硝酸氧化
稀硝酸的氧化作用比溴水強，能使醛糖氧化成糖二酸。例如：
（4）高碘酸氧化
醣類象其他有兩個或更多的在相鄰的碳原子上有羥基或羰基的化合物一樣，也能被
高碘酸所氧化，碳碳鍵發生斷裂。反應是定量的，每破裂乙個碳碳鍵消耗一摩爾高
碘酸。因此，此反應是研究醣類結構的重要手段之一。
3．還原反應
單醣還原生成多元醇。d-葡萄糖還原生成山梨醇，d-甘露醇還原生成甘露醇，d-果
糖還原生成甘露醇和山梨醇的混合物。山梨醇、甘露醇等多元醇存在於植物中，山
梨醇無毒，有輕微的甜味和吸濕性，用於化妝品和藥物中。
碳水化合物
一選擇題 1.描述糖的儲存與動員不正確的是 a.維持體內血糖水平穩定b.組織細胞的能量供給 c.對細胞能量利用過程具有重要作用 d.維護體內蛋白質穩定 2.描述碳水化合物代謝正確的是 a.葡萄糖進入肝細胞後與磷酸反應生成葡萄糖 1 磷酸 b.果糖和麥芽糖在肝中轉變為葡萄糖 c.葡萄糖經酵解最終生成丙...
第十四章總結
2 基本內涵 海上風險 海上航行中發生的自然災害和意外事故。外來風險 海上風險意外的其他外來原因的風險 海損 海上航行中所遇到的損失。外來風險損失 海上風險意外的其他損失。3 保險公司的賠付原則 保險賠償原則有時也稱損失補償原則。保險賠償作為財產保險活動的最後環節，是保險雙方權利義務關係的核心內容，...
第十四章作業
第十四章狹義相對論 一.選擇題 1.下列幾種說法 1 對所有慣性系物理基本規律都是等價的 2 在真空中，光的速度與光的頻率 光源的運動狀態無關 3 在任何慣性系中，光在真空中沿任何方向的傳播速度都相同 正確的是 a 1 和 2 b 1 2 3 c 1 和 3 d 2 和 3 2.關於洛倫茲變換與伽利...