糖类思维导图

这是一篇关于糖类的思维导图。糖类（carbohydrate）是多羟基醛、多羟基酮以及能水解而生成多羟基醛或多羟基酮的有机化合物，可分为单糖、二糖和多糖等。糖类是自然界中广泛分布的一类重要的有机化合物。

多糖

• 分类
  • 单糖
    • 不能被分解成更小分子的糖类
      • 葡萄糖/Glc(己醛糖)
      • 果糖/Fru(己酮糖)
      • 核糖
      • 半乳糖/Gal
  • 寡糖
    • 由2-20个单糖通过糖苷键连接形成的
      • 蔗糖
        • 葡萄糖
        • 果糖
      • 麦芽糖
        • 葡萄糖
        • 葡萄糖
      • 乳糖
        • 半乳糖
        • 葡萄糖
  • 多糖
    • 同多糖
      • 水解只产生一种多糖或单糖衍生物
        • 淀粉
        • 糖原
        • 壳多糖
    • 异多糖
      • 水解产生一种以上单糖或单糖衍生物
        • 透明质酸
        • 半纤维素
• 旋光异构体
  • 异构现象（异构）
    • 具有相同的分子式，但结构不同
    • 分类
      • 结构异构
        • 由于分子中原子连接的次序不同
          • 碳架异构体
          • 位置异构体
          • 功能异构体
      • 立体异构
        • 原子在空间的分布不同
          • 如何区分
            • 立体模型
            • 透视式
            • 投影式
        • 分类
          • 几何异构（顺反异构)
            • 双键或环的存在或其他原因限制原子间的自由旋转
          • 旋光异构（光学异构）
            • 由于存在手性造成的，最常见的是分子内存在不对称碳原子
  • 旋光性
    • 平面偏振光
      • 当光波通过尼科尔棱镜时，由于棱镜的结构只允许沿某一平面振动的光波通过，其他光波都被阻断
        • 偏振面向右旋，为右旋光物质（+）
        • 偏振面向左旋，为左旋光物质（一）
    • 旋光性/光学活性/旋光度
      • 旋光物质使平面偏振光的偏振面发生旋转的能力
  • 不对称碳原子/不对称中心/手性碳原子/手性中心（C*）
    • 指与四个不同的原子或原子基团共价连接并因而失去对称性的四面体碳
      • 对映体
        • 互为实物与镜像而不可重叠的一对异构体
        • 两个对映体具有程度相等而方向相反的旋光性和不同的生物活性，但物理和化学性质完全相同
  • Fischer投影式
    • 立体模型或透视结构在纸面上的投影
  • 构型的RS表示法
    • 比DL构型命名法有普遍适用性特点
      • 顺时针方向为R型
      • 逆时针方向为S型
• 单糖
  • 环状结构
    • 变旋现象
      • 单糖在新配的溶液会发生旋光度的改变
      • 产生原因
        • 异头物在水溶液中通过直链(开链)形式可以互变(差向异构化),经一段时间后达到平衡
    • 环状半缩醛
      • 醇与醛或酮发生可逆的亲核加成
      • 单糖中发生分子内亲核加成
        • 形成环状结构
    • α和β异头物
      • 变成环状结构后，羰基碳原子C1成为新的手性中心，导致C1差向异构化
      • 异头物
        • 定义：这种羰基碳C1上形成的差向异构体
        • 异头碳原子(异头中心)
          • C1
      • 分类
        • 异头碳C1上的羟基与最末的手性碳原子C5的羟基
          • 相同取向→α异头物
          • 相反取向→β异头物
    • 吡喃糖和呋喃糖(O原子也在环中)
      • 由于形成环状半缩醛
        • 五元环
          • 呋喃糖
        • 六元环
          • 吡喃糖
            • D型葡萄糖主要存在方式
      • 用Haworth投影式或Haworth式表示
        • 羟甲基在环平面上方→D型糖，下方→为L型糖
        • 异头碳羟基与末端羟甲基是反式→α异头物，顺式→β异头物
  • 构象
    • 由于单键旋转引起的组成原子的不同排列
    • 吡喃糖的构象
      • 椅式环己烷→只有位阻张力→是环己烷的优势构象
      • D-吡喃葡糖→β异头物比α异头物稳定 其他乙醛糖→α异头物比β异头物稳定
  • 性质
    • 物理性质
      • 旋光性
        • 几乎所有的单糖及其衍生物都有旋光性
      • 甜度
        • 蔗糖为参照物(100)
      • 溶解度
        • 由于有多个羟基，除了甘油醛，都易溶于水，不溶于有机溶剂
    • 化学性质
      • 异构化(弱碱作用)
        • 直链与环状互相转变，达到动态平衡
      • 氧化
        • 氧化成醛糖酸
          • Fehling试剂或Benedict试剂
            • 碱液中的重金属离子(Cu2+)作为弱氧化剂 酒石酸钾钠或柠檬酸用作螯合剂，防止Cu2+沉淀
            • 常用于检测还原糖(有黄红色反应)
          • 只氧化醛基 酮糖也能被氧化(酮糖能在碱液中异构化为醛糖)
        • 氧化成醛糖二酸
          • 较强的氧化剂(热的稀硝酸)
            • 醛基和伯醇基都被氧化
        • 氧化成糖醛酸
          • 醛糖在特定的脱氢酶
            • 只氧化伯醇基
      • 还原
        • 羰基在还原剂的作用下→生成相应的多元醇
      • 糖脎反应(亲核加成)
        • 一元还原糖
          • 糖脎易结晶，可以根据结晶的形状，判断单糖的种类
      • 糖苷化
        • 环状单糖的半缩醛(或半缩酮)羟基，与另一化合物发生缩合形成的缩醛(或缩酮)为糖苷
          • 糖基→提供半缩醛羟基的糖部分
          • 配基→非糖部分
          • 糖苷键→两部分之间的连键
      • 单糖脱水(无机酸的作用)
        • Molish反应→鉴定单糖的存在(紫环反应)
        • Seliwannoff反应→据此区分酮糖与醛糖 (利用溴水也可以区分醛糖与酮糖)
      • 酯化
        • 所有的异头羟基和羟基都被酯化
• 多糖
  • 自然界中糖的主要存在方式
  • 性质
    • 属于非还原糖，有旋光性，没有变旋现象，无甜味，一般不结晶
    • 储存多糖(淀粉，糖原，右旋糖酐，菊粉)
    • 结构多糖(纤维素，壳多糖)
    • 没有固定的分子量
  • 同多糖
    • 淀粉
      • 植物生长期间
      • 分类
        • 直链淀粉
          • 少量溶于热水，放置后重新析出淀粉晶体(退行现象)
          • 由D-葡萄糖单位通过α-1,4连接的线性分子
          • 有极性(方向性) 1'(1个还原端)，在右边，4'(1个非还原端)，在左边
          • 形成长长的螺旋体(碘分子嵌入轴心部位)→碘液变蓝
        • 支链淀粉
          • 易溶于水(形成稳定胶体)，静置不出现沉淀
          • 线性线段是α-1,4 分支点处是α-1,6
          • 只有一个还原端，多个非还原端
          • 螺旋比较低→碘液为紫色
          • 容易糊化
      • 分解
        • α-淀粉酶
          • 存在于动植物与微生物中
          • 一种内切葡糖苷酶→切α-1,4
        • β-淀粉酶
          • 存在于高等植物中
          • 一种外切葡糖苷酶→切α-1,4(不能越过分支点)
        • 脱支酶→切α-1,6
    • 糖原
      • 存在于动物的肝脏和骨骼肌(多)
      • 与支链淀粉类似，分支程度更高，分支链更短
        • 高度分支的作用(支链淀粉和糖原)
          • 可增加分子的溶解度
          • 有更多的非还原端同时受到降解酶的作用，加速供能
            • 直链淀粉不能即时动用，主要用于葡萄糖的长期贮存
      • 碘液→红褐色
    • 右旋糖酐
      • 酵母和细菌的贮存多糖
    • 菊粉
      • 存在于菊科植物中的贮存多糖
        • 多聚果糖
    • 壳多糖(几丁质)
      • N-乙酰-β-D-葡萄糖胺以(1，4)糖苷链相连成的直链
    • 纤维素
      • 由D-葡萄糖分子单元通过β-1,4连接而成的线性多糖
      • 植物细胞壁的主要成分
      • 不溶于水和其他溶剂
      • 人和哺乳类缺乏纤维素酶 某些反刍动物的肠道中有产生纤维素酶的细菌
  • 杂多糖
    • 果胶
      • 存在于植物的初生细胞壁和细胞之间的中层
      • 用作凝胶剂