高中生物 第四章糖类.docx

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高中生物第四章糖类

第四章糖类

一、教学目的与要求

1、熟悉几种重要的单糖、双糖和多糖的结构特点

2、了解糖类的的物理性质和化学性质

3、掌握淀粉的糊化与老化对食品的影响及应用

二、教学重点与难点

1、蔗糖的性质及其在烹饪中的应用

2、淀粉的糊化与老化对食品的影响

三、课时安排与教学方法

教学内容

（计划／实际）

课时数

课程类型／

教学方法

第一节糖类概述

1／

理论／

第二节单糖

2／

理论／

第三节低聚糖

2／

理论／

第四节多糖

4／

理论／

实验淀粉的性质

2／

实验／

合计

11／

四、教学过程

第四章糖类

第一节糖类概述

一、糖类在自然界中的存在

糖类是食品的重要成分。

它广泛存在于植物体中，是绿色植物经过光合作用的产物，占植物体干重的50％～80％。

动物体内不能制造糖类，而是以食用的植物的糖类为能源。

因此糖类主要是由植物性食品供给。

二、糖类的生理功能

1、糖类是人和动物体主要的供能物质。

2、糖类可与脂类形成糖脂，是构成神经组织与细胞膜的成分；

3、糖类还可与蛋白质结合成糖蛋白及粘蛋白，它们都是具有重要生理功能的物质。

三、糖类与食品加工的关系

1、还原糖能使食品变褐；

2、保持食品的粘弹性（淀粉与果胶等）；

3、赋予食品甜味（单糖、二糖）。

四、糖类的结构

1、组成：

糖类由碳、氢、氧三种元素组成。

2、通式：

其中大多数成员的氢与氧之比为2：

1，与水组成相同，可用通式Cn（H20）m来表示，故称为碳水化合物。

但亦有例外，如在自然界中存在的脱氧核糖（C5H1004）及鼠李糖（C6H1205），根据它们的结构和性质应该属于糖类，但其组成并不符合上面通式；而有些化合物，如甲醛（CH20）醋酸（C2H402），乳酸（C3H603）及苯三酚（C6H603）等虽然分子组成符合上述通式，但从结构及性质上讲，则与糖类完全不同，因此，碳水化合物已失去原有的涵义了。

3、结构特点：

从化学结构特点来说，糖类是多羟基醛或多

羟基酮及它们的缩聚物和衍生物。

五、糖类的分类

糖类根据结构和性质，可以分为单糖、低聚糖和多糖

1、单糖

单糖是糖类的基本单位，即单独存在不能再被水解的多羟基醛或多羟基酮。

分类：

根据每一成员的组成碳原子数又分为丙糖（三碳糖）、丁糖（四碳糖）、戊糖（五碳糖）、己糖（六碳糖）等，其中以己糖在自然界分布最广。

单糖又按羰基的类型不同而分为醛糖和酮糖。

2、低聚糖

也叫寡糖，系由2～10个单糖分子脱水缩合而成的糖。

完全水解后得到相应分子数的单糖。

分类：

根据聚合度又分为二糖、三糖、四糖等等，其中以二糖的分布最广，也最为重要。

3、多聚糖

多聚糖是少则几十个，多则几千、几万个单糖分子的脱水缩聚产物，它们都是高分子化合物。

完全水解后产生相应数目的单糖分子。

分类：

多聚糖习惯上简称多糖，根据其组成单体的种数又分为

均一多糖（同多糖）和混合多糖（杂多糖）。

均一多糖：

由一种单糖所组成的，例如淀粉、纤维素、糖元等

混合多糖：

由两种以上单糖组成，如半纤维素、果胶等。

第二节单糖

单糖是低聚糖和多聚糖的基本构成单位。

所有食物中的低聚

糖和多聚糖摄入人体后，都必须水解成单糖后，才能被机体吸收和利用。

一、单糖的分子结构

前已述及单糖按碳原子数可分为丙糖、丁糖、戊糖、己糖等；按羰基又可分为醛糖和酮糖，这里先讨论醛糖，然后再用综合比较的方法介绍酮糖。

（一）醛单糖

醛单糖按多羟基醛的构造来描述，其最简单的成员应是羟基

乙醛[CH2（OH）CHO]。

这个化合物没有手性碳原子，所以只有一种构型式。

当羟基乙醛分子中插入一个-CHOH-基团形成其高一级成员甘油醛（应称为醛糖）时，就产生了一个手性碳原子，从而有一对对映异构体。

即：

对于这个甘油醛，我们在立体异构化学那一章中已经熟悉了。

它被选作确定分子相对构型的基准物质，上述左边的那个构型是右旋体，指定作为D型的基准，右边的那个构型是左旋体，指定作为L型的基准，分别叫做D（+）-甘油醛和L（-）-甘油醛。

如果继续在甘油醛分子中增加-CHOH-基团，则会产生两个系列的高级成员。

为了简便起见，我们在这里只列出D系列的成员（到己糖为止）。

对于L系列，要求学生自行练习后写出。

自然界存在的单糖，多为D型，L型极少见。

例如存在于一些天然树胶中的L（+）-树胶糖[也有人称为L（+）-阿拉伯糖]便是这种少见现象的一例。

至于D型糖，则分布极广，为丁糖中的D（-）-赤藓糖（存在于赤藓藻中）；戊糖中的D（-）-核糖（存在于核酸中）、D（-）-树胶糖（存在于某些糖苷中）、D（+）-木糖（存在于木胶和多种植物的茎、干中）；至于最重要的己醛糖，除了众所周知的D（+）葡萄糖外，尚有D

（+）-甘露糖（存在于某些植物和水果中）和D（+）-半乳糖（存在人及哺乳动物的乳汁中）。

从表4-1所列的醛单糖D-型系列化合物可知，它们何以会存在如此多的立体异构体，就是因为它们的分子中含有手性碳原子的缘故，而且都符合2n这个公式。

如以己醛糖为例，它含有4个手性碳原子，所以24＝16，它应有16种对应异构体（除已写出的8种D型体外，尚有8种L型体）。

在立体化学中，为了研究上的方便。

对于那些含有多个手性碳原子的化合物，把那些只有第一个手性碳原子不同的化合物，叫做差向异构物（也叫表里异构物）。

即表4-1中用大括号联系在一起的一对化合物，如D（+）-葡萄糖和D（+）-甘露糖等，都互为差向异构体。

（二）酮单糖

酮单糖的最简单的成员甘油酮CH2－C－CH2

OHOOH

它不含手性碳原子，所以没有任何构型异构体。

如果在其分子中插入一个－CH2OH－基团，则得到的丁酮糖，因含有一个手性碳原子，应有两个对映异构体，且按照立体化学的规则，分别为D型和L型，即

依此类推，当碳原子数增加到6时，即为己酮糖，它应含有3个手性碳原子，按公式23＝8，它即应有8种对映异构体，其中有4种D型体，4种L型体。

其实在自然界，迄今为止，只发现一种主要的己酮糖，这就是果糖，而且是D（-）-果糖，其余的七种都是用人工方法合成的。

D（-）-果糖的构型式为：

这个构型式的C3－C5与D（+）-葡萄糖和D（+）-甘露糖的C3-C5构型相同。

所以也可以看成是它们的差向异构体，但实际不是，因为它们不属于同一个系列。

（三）单糖的环状结构

无论是醛单糖还是酮单糖，因其分子中既含有羰基，又含

有羟基，故而能够按半缩醛（酮）的作用方式生成环状结构。

现以葡萄糖和果糖为例：

开链式环式

很明显，原来开链式的醛基碳原子是非手性碳原子。

现在成环以后，由于醛基氧原子变成了半缩醛羟基，于是新产生一个手性碳原子，从而使得环式比开链式的对映异构体增加了一倍，即环式中以波纹线标示的羟基，因其在碳链的右侧或左侧而形成一对对映体。

同样，对于己酮糖来说，如以D（-）-果糖为例，也有类似的情况。

即原来的酮基氧原子变成了半缩酮羟基，也新增加了一个手性碳原子，相应的对映异构体数目也增加了一倍。

上述讨论，不是简单的符号游戏，而是通过糖溶液的变旋光现象，确证上述转变的存在，而且在水溶液中确有下列平衡体系存在。

这里要说明的是：

对于那个半缩醛羟基来说，它的空间位置也有两种选择，于是规定：

凡是半缩醛羟基与其定位的碳原子（即C5）上的羟基在链的同一侧的叫α型；在不同一侧的叫β型。

仿此，我们也可以写出D（-）-果糖相应的平衡体系，即：

α-D（-）-果糖D（-）-果糖β-D（-）-果糖

以上所述的这些结构式，都是以费歇尔投影式为基础的，特别是用来表示环状结构时，缺乏真实感。

为此英国化学家哈武斯（S．N．Haworth）将以费歇尔投影式为基础的氧环式转变为以吡喃（六元环）或呋喃（五元环）为基本骨架的环状结构式，叫做哈武斯式。

这种转变过程可以表示如下：

IIIIII

即先从直立的费歇尔式

（1）平放为（Ⅱ）式，即旋转900，原来在直立式右侧的原子或基团到了链的下侧，直立式左侧的原子或基团到了链的上侧。

然后把C5上所连接的三个基团按虚线箭头所示方向互换位置，并沿水平方向曲折起来得到（Ⅲ）式。

最后把（Ⅲ）式按（Ⅳ）式箭头所示的方向进行半缩醛化，就得到（V）和（Ⅵ）两种哈武斯式。

哈武斯结构式的书写规则规定，凡是半缩醛羟基在环平面下方的叫α式，在环平面上方的叫β式。

而且一般都把环氧原子写在右上角。

同理，可以写出果糖的两种呋喃环式，即：

α-D（-）呋喃果糖β-D（-）呋喃果糖

对于一个从事食品化学工作或研究的人员来说，葡萄糖和果糖的这些结构书写方法，要熟练地掌握。

其实，要真正讨论单糖的立体化学，光掌握构型式还是不够的，还必须熟悉它们的构象式，以葡萄糖为例，它的两种稳定构象式为：

α-D（+）吡喃葡萄糖β-D（+）吡喃葡萄糖

以上这两个构象式,可以立刻解释为什么在水溶液平衡体系中,β式的含量高达64％，因为它的羟基都是连接在平伏键上的。

二、单糖的物理性质

（一）旋光性

一切单糖分子都具有旋光性。

旋光性是鉴定糖的一个重要指标。

许多单糖在水溶液中有变旋光现象，说明了这些糖溶液是一种动态的平衡系统。

几种重要的单糖的旋光度见表4-2。

表4-2单糖的旋光度

糖

α型

平衡

β型

D（+）-葡萄糖

D（+）-半乳糖

D（+）-甘露糖

D（-）-果糖

+1120

+1440

+340

-210

+52.50

+80.50

+14.60

-920

+190

+15.40

-170

-133.50

（二）溶解度

纯净的单糖，为白色结晶，具有较强的吸湿性。

单糖分子中有多个羟基，增加了它的水溶性，所以极易溶于水，尤其在热水中的溶解度极大。

参见表12-3。

单糖在乙醇中也能溶解，但不溶于乙醚、丙酮、脂肪等有机溶剂。

表4-3几种糖在水中的溶解度（g／lOOg水）

名称

20℃

30℃

40℃

50℃

90.8℃

果糖

蔗糖

葡萄糖

374.78

199.4

87.67

441.70

214.3

120.46

538.63

233.4

162.38

665.58

257.6

243.76

-

-

563.3

（三）甜度

单糖均有甜味。

糖甜味的高低称为糖的甜度。

就天然糖而言，果糖最甜，葡萄糖次之，半乳糖又次之。

单糖甜度顺序:

果糖＞葡萄糖＞半乳糖

同一单糖的甜度受结构影响:

果糖β:

α=3:

1葡萄糖α:

β=3:

2

三、单糖的化学性质

（一）脱水反应

单糖与强酸（如12％以上的浓盐酸）共同加热时，会发生脱水反应，生成糠醛或其衍生物。

例如：

己糖

糠醛及其衍生物能与α-萘酚反应显紫色，故常用于糖的定性和定量分析。

单糖与浓硫酸反应失水生成碳。

（二）酯化反应

单糖中的醇羟基，在一定条件下，与酸作用则生成酯。

这种反应在生物体中相当重要。

例如：

α-D-葡萄糖α-D-6-磷酸葡萄糖

P-代表磷酸基

这种反应在生物体外是相当难进行的，但在生物体内，由于有三磷酸腺苷（ATP）提供能量，从而促进了这个反应的进行。

（三）氧化反应

无论是醛糖或酮糖，都能和银氨试剂反应生成银镜，跟费林试剂反应生成Cu20红色沉淀。

第一个反应被用来镀制镜子，后一个反应可用来检验糖尿病便中的糖分。

果糖也能进行这个反应，因为在碱性条件下，酮糖可经过烯醇化互变转变成醛糖，再与氧化剂反应。

（四）成脎反应

这是单糖分子中羰基所起的反应。

无论是醛糖和酮糖，都能和苯肼