嗫?暁雲?
3 β2D2葡萄糖残基负载的水溶性 NADH辅酶模型物的设计与合成
周宏
()南京晓庄学院 化学系 ,江苏 南京 211171
摘要 : 以烟酸为起 始 原 料 , 设 计 并 合 成 了 一 系 列 葡 萄 糖 残 基 负 载 的 水 溶 性 NADH 辅 酶 模 型 物 , 其 结 构 经 1 H NMR表征 。
关 键 词 : 烟酸 ; β2D 2葡萄糖 ; 水溶性 ; NADH 辅酶模型物
( ) 文章编号 : 100521511 200902 20226 204 中图分类号 : O629. 11; O626. 32 文献标识码 : A
D esign and Syn thesis of
β W a ter Soluble NAD H M odels Ba sed on 2D 2Glucose
ZHOU Hong
()D ep a rtm en t of Chem istry, N an jing X iaozhuang Co llege, N an jing 211171 , Ch ina
βA b stra c t: A se rie s of wa te r so lub le NADH mode ls ba sed on 2D 2gluco se re sidue we re de signed and
1 syn the sized u sing n ico tin ic ac id a s the sta rting m a te ria l. The struc tu re s we re cha rac te rized by H NMR.
β Keyword s: 2D 2gluco se; wa te r so lub le; NADH coenzym e mode l
[烟 酰 胺 辅 酶烟 酰 胺 腺 嘌 呤 二 核 苷 三 磷 酸 子 ,如果将其嫁 接 到 1 , 4 2二 氢吡 啶 环上 , 将 可以
( ) NAD PH ]是生命体内最重要的一种氧 化还 原 提供一系列非常好 的水 溶 性 NADH 模型 物 。本 ()酶 即氢转移酶 的辅酶 ,在生命体内直接担负着 文设计了通过烟酰胺 1 2位 N 原子与溴乙酰葡萄
( )转 移 或 传 递 负 氢 离 子 和 电 子 给 底 物 分 子 的 职 糖 4 反应 ,合成了一系列葡萄糖残基负载的水 [ 1 , 2 ] ( )能 。探明生命体内烟酰胺辅酶反应机理是人 溶性 NADH 辅酶模型物 。烟酸 1 经脱水生成烟
( )类探索生命体内物质代谢规律 、揭示生命奥秘不 酐 2 后与各种取代苯胺反应生成 3 2N 2对取代苯
( 可缺少的工作 。回顾人们对烟酰胺辅酶反应机理 基烟酰胺 3a ,3 e ) ; 4 分别与 3a ,3 e 通过亲核
取代反应生成吡啶盐 ( 5a ,5 e) , 用保险粉还原 5 的研究不难发现 ,过去的研究几乎都是采用非水
[ 3,6 ] 得到 6a ,6 e; 6 再脱去乙酰基保护即可得到 7a , 介质中的化学模拟研究方法 ,与烟酰胺辅酶
( ) 7 e Schem e 1 。 在生命体内的真实环境中的反应相差甚远 。众所
周知 ,人体内 80 %的物质是水溶液 , 生命体内的
1 实验部分 绝大多数化学反应都是在水体系中或者生物有序
微环境内进行的 ,生命体内烟酰胺辅酶参与的氧 1. 1 仪器与试剂 化还原反应也不会例外 。因此 ,设计合成水溶性 ( ) V a rian 300型核磁共振仪 TM S为内标 。 的模型物 ,以进一步研究烟酰胺辅酶及其模型物 所用试剂均为化学纯或分析纯 ,使用前均按 的水相反应机理是十分必要的 。 照标准方法除水 。
葡萄糖是一个具有良好水溶性的生物活性分
3 收稿日期 : 2008 209 222; 修订日期 : 2008 210 206;
基金项目 : 国家自然科学基金资助项目 ( 20671001 ) ; 江苏省高校自然科学研究指导性项目 ( 03 KJD150118 )
作者简介 : 周宏 ( 1957 - ) ,男 ,汉族 ,安徽安庆人 ,教授 ,主要从事配位化学及有机合成的研究 。E2m ail: zhouhong @ n jxzc. edu. cn
β第 2期227 —— 周宏 :2D 2葡萄糖残基负载的水溶性 NADH 辅酶模型物的设计与合成
1. 2 合成再冰冻 24 h; 过滤 ,滤饼干燥得白色固体 4 ,产率
( ) 约 95 % 。 1 2的合成
[ 7 , 8 ] ) ( ( ) ( 将 1 10 g 81. 3 mmo l和 E tN8. 6 g 85. 1 4 5的合成 3
( )( ))mmo l溶于苯 100 mL 中 ,搅拌下于 5 ?,10 ? 3 5 mmo l溶于乙腈 20 mL 中 ,搅拌下加 将
( ) ( ) ) ( 滴加三光气 4. 2 g的苯 50 mL 溶液 , 滴毕 , 于 入 4 10 mmo l,回流反应 24 h TLC 监测 。过滤 , 室温反应 1 h后再回流反应 2 h。过滤 ,滤液冷却 滤饼用乙醚洗涤 ,干燥后用乙醇重结晶得淡黄色
ββ) (2 , ;过滤 ,滤饼用苯重结晶得无色针状晶体晶体 25 2构型 ,产率约 50 % 。滤液减压除去 结晶
产率 85 % , m. p. 122 ?,123 ?。 溶剂得黑色油状物 ,加氯仿 30 mL ,静臵 , 析出固
( ) 2 3的合成 体 ,抽滤 ,滤液减压浓缩后加入大量乙醚 ,臵于冰
αα(将 2 5 mmo l和 E tN10 mmo l溶于二氯甲箱中冷冻 结 晶 , 抽 滤 , 滤 饼 干 燥 得 白 色 晶 体 25 23
烷 ) 构型 。
( )35 m l中 ,搅拌下加入取代苯胺 5 mmo l,于冰水 ( ) 5 6的合成
浴中搅拌反应 12 h。蒸除溶剂 ,残余物经柱层析 () ()将 5 2. 5 mmo l和 N aHCO13 g溶于 200 = 1 ?5 ][洗脱剂 : A = V 乙酸乙酯 ?V 石油醚 3
mL 水中 ,用氩气去除空气 ,搅拌下加入 N aSO分离得白色粉末 3a ,3 e,收率约 90 % 。 2 2 4
( ) 3 4 的合成 在三 颈 烧 瓶 中 加 入 乙 酸 6. 0 g,于 室 温 避 光 反 应 24 h。过 滤 , 滤 饼 经 柱 层
() 酐 40 mL 和 HC lO析 洗脱剂 : A = 1 ?1 分 离 得 黄 色 固 体 6 , 产 率 4
0. 24 mL ,搅拌下于 30 ?,40 ?分批加入葡萄糖约
49 % 。 10 g。加毕 ,于 ?20 ?加入红磷 3 g,依次缓慢滴
( ) 6 7的合成 加液溴 18 g和水 3. 6 mL ,滴毕 ,于室温反应 2 h。
( ) 过滤 ,滤液加氯仿 30 mL 后再倒入 80 mL 冰水中 , 将 6 2. 5 mmo l溶于绝对无 水 甲醇 30 mL
( ) 分液 ,水 层 用 氯 仿 萃 取 2 ×20 mL 。合 并 有 机 中 ,搅拌下于 - 10 ?通入氨气达饱和 ,室温反应
( ) 相 ,用饱 和 N aHCO冰 水 溶 液 中 和 至 pH? 6 , 用 TLC 监 测 。减 压 脱 溶 , 残 余 物 用 乙 酸 乙 酯 洗 3
(涤 ,真空干燥得黄色固体 7 ,产率约 85 % 避光冷 CaC l和 N aHCO干燥 ,旋干溶剂得黄色油状物 。 2 3
) 冻密封保存 。 加入等体积的乙醚冰冻 24 h;加入石油醚 20 mL ,
1 3 , 5,7 的 H NMR 数据见表 1。
Vo l. 17 , 2009 合 成 化 学— 228 —
1 3表 1 3, 5,7的 H NMR 数据 1 Ta b le 1 H NMR da ta of 3, 5,7
1 Comp H NMR δ
( ) () ( ) ( ) ( ) ( ) ( )3a 9. 16 s, 1H , 8. 75,8. 77 m , 1H , 8. 25 d, 1H , 8. 01 s, 1H , 7. 57 d, 2H , 6. 92 d, 2H , 3. 82 s, 3H
( ) ( ) ( ) ( ) 9. 17 s, 1H , 8. 78 s, 1H , 8. 26 d, 1H , 7. 95 s, 1H , 3 b ( ) ( ) ( )7. 54 d, 2H , 6. 90 d, 2H , 2. 36 s, 3H
( ) ( ) ( ) ( ) ()3 c 9. 09 s, 1H , 8. 72 s, 1H , 8. 40 d, 1H , 8. 20 d, 1H , 7. 25,7. 73 m , 5H
( ) ( ) ( ) ( ) ()9. 17 s, 1H , 8. 78 d, 1H , 8. 27 d, 1H , 8. 15 s, 1H , 7. 26,7. 7. 65 m , 5H 3 d
( ) ( ) () ( ) ()9. 21 s, 1H , 8. 78 d, 1H , 8. 27,8. 30 m , 1H , 8. 16 s, 1H , 7. 49,7. 61 m , 5H 3 e
( ) ( ) ( ) ( ) () ( ) 9. 56 s, 1H , 9. 22 d, 1H , 8. 80 d, 1H , 8. 22 t, 1H , 7. 42,6. 94 m , 5H , 6. 25 d, 1H , 5a 5. 60 ( t, 1H ) , 5. 29,5. 45 (m , 2H ) , 4. 38 ( d, 2H ) , 4. 27 ( d, 1H ) , 3. 74 ( s, 3H ) , 1. 86,2. 03 (m , 12H ) ( ) ( ) ( ) ( ) () ( ) 9. 56 s, 1H , 9. 22 d, 1H , 9. 07 d, 1H , 8. 22 t, 1H , 7. 36,7. 20 m , 5H , 6. 25 d, 1H , 5 b 5. 60 ( t, 1H ) , 5. 29,5. 45 (m , 2H ) , 4. 38 ( d, 2H ) , 4. 27 ( d, 1H ) , 2. 24 ( s, 3H ) , 1. 86,2. 03 (m , 12H ) ( ) ( ) ( ) ( ) () ( ) 9. 55 s, 1H , 9. 21 d, 1H , 9. 05 d, 1H , 8. 23 t, 1H , 7. 48,7. 32 m , 6H , 6. 24 d, 1H , 5 c 5. 60 ( t, 1H ) , 5. 29,5. 44 (m , 2H ) , 4. 36 ( d, 2H ) , 4. 24 ( d, 1H ) , 3. 74 ( s, 3H ) , 1. 84,2. 01 (m , 12H ) ( ) ( ) ( ) ( ) () ( ) 9. 53 s, 1H , 9. 21 d, 1H , 9. 05 d, 1H , 8. 23 t, 1H , 7. 48,7. 32 m , 5H , 6. 24 d, 1H , 5 d 5. 60 ( t, 1H ) , 5. 29,5. 44 (m , 2H ) , 4. 36 ( d, 2H ) , 4. 24 ( d, 1H ) , 3. 74 ( s, 3H ) , 1. 84,2. 01 (m , 12H ) ( ) ( ) ( ) ( ) () ( ) 9. 53 s, 1H , 9. 21 d, 1H , 9. 05 d, 1H , 8. 23 t, 1H , 7. 48,7. 32 m , 5H , 6. 24 d, 1H , 5 e 5. 60 ( t, 1H ) , 5. 29,5. 44 (m , 2H ) , 4. 36 ( d, 2H ) , 4. 24 ( d, 1H ) , 3. 74 ( s, 3H ) , 1. 84,2. 01 (m , 12H )
( ) () ( ) ( ) 7. 42,7. 45 d, 2H , 6. 85,6. 91 m , 4H , 6. 01 d, 1H , 5. 09,5. 25 t, 2H , 6a 4. 88 ( t, 1H ) , 4. 39 (m , 1H ) , 3. 81,4. 23 (m , 4H ) , 3. 80 ( s, 3H ) , 3. 22 ( s, 2H ) , 2. 02,2. 10 (m , 12H ) ( ) () ( ) ( ) ( ) () 7. 42,7. 45 d, 2H , 6. 85,6. 91 m , 4H , 6. 01 d, 1H , 5. 09,5. 25 t, 2H , 4. 86 t, 1H , 4. 40 m , 1H , 6 b 4. 08,4. 38 (m , 4H ) , 3. 72,3. 78 ( ddd, 1H ) , 3. 22 ( s, 2H ) , 2. 31 ( s, 3H ) , 2. 01,2. 09 (m , 12H )
( ) () ( ) ( ) ( ) 7. 53,7. 56 d, 2H , 7. 03,7. 34 m , 5H , 6. 01 d, 1H , 5. 08,5. 29 t, 2H , 4. 89 t, 1H , 6 c 4. 41 (m , 1H ) , 4. 08,4. 41 (m , 4H ) , 3. 72,3. 77 ( ddd, 1H ) , 3. 24 ( s, 2H ) , 2. 02,2. 10 (m , 12H )
( ) () ( ) ( ) ( ) 7. 49,7. 52 d, 2H , 7. 02,7. 28 m , 4H , 6. 01 d, 1H , 5. 23 t, 2H , 5. 08 t, 1H , 6 d 4. 80 (m , 1H ) , 4. 41,4. 11 (m , 4H ) , 3. 73,3. 78 ( ddd, 1H ) , 3. 22 ( s, 2H ) , 2. 02,2. 10 (m , 12H )
() ( ) ( ) ( ) 7. 47,7. 16 m , 6H , 6. 00 d, 1H , 5. 22 t, 2H , 5. 11 t, 1H , 6 e 4. 81 (m , 1H ) , 4. 41,4. 10 (m , 4H ) , 3. 78 - 3. 72 ( ddd, 1H ) , 3. 21 ( s, 2H ) , 2. 05,2. 02 (m , 12H )
( ) () ( ) ( ) 7. 43 d, 2H , 6. 85,6. 89 m , 4H , 6. 01 d, 1H , 5. 09,5. 18 t, 2H , 7a 4. 89 ( t, 1H ) , 4. 39 (m , 1H ) , 3. 81,4. 23 (m , 4H ) , 3. 80 ( s, 3H ) , 3. 22 ( s, 2H )
( ) () ( ) ( ) 7. 45 d, 2H , 6. 85,6. 89 m , 4H , 6. 01 d, 1H , 5. 09,5. 19 t, 2H , 7 b 4. 86 ( t, 1H ) , 4. 40 (m , 1H ) , 4. 08,4. 38 (m , 4H ) , 3. 72,3. 78 ( ddd, 1H ) , 3. 22 ( s, 2H ) , 2. 32 ( s, 3H )
( ) () ( ) ( ) 7. 53 d, 2H , 7. 02,7. 36 m , 5H , 6. 01 d, 1H , 5. 08,5. 21 t, 2H , 7 c 4. 88 ( t, 1H ) , 4. 41 (m , 1H ) , 4. 08,4. 41 (m , 4H ) , 3. 72,3. 77 ( d, 1H ) , 3. 24 ( s, 2H )
( ) () ( ) ( ) ( ) 7. 52 d, 2H , 7. 04,7. 26 m , 4H , 6. 01 d, 1H , 5. 24 t, 2H , 5. 08 t, 1H , 7 d 4. 80 (m , 1H ) , 4. 41,4. 11 (m , 4H ) , 3. 73,3. 78 ( d, 1H ) , 3. 25 ( s, 2H )
β第 2期229 —— 周宏 :2D 2葡萄糖残基负载的水溶性 NADH 辅酶模型物的设计与合成
续表 1
1 Comp H NMR δ
() ( ) ( ) ( ) () 7. 47 m , 6H , 6. 00 d, 1H , 5. 24 t, 2H , 5. 10 t, 1H , 4. 82 m , 1H , 7 e 4. 41,4. 10 (m , 4H ) , 3. 78,3. 72 ( d, 1H ) , 3. 24 ( s, 2H )
3 3,7依次以 CDC l , D O , CDC l 和 D O 为溶剂 3 2 3 2
rad ica l ca tion s in ace ton itrile [ J ]. Chem Eu r J , 2003, 9: 2 结果与讨论
871 - 880.
3与 4在乙 腈 中回 流 , 通过 亲 核取 代反 应 [ 3 ] Zhu X Q , Yang Y. F irst e stim a tion of C- H bond 4 以 d issoc ia tion ene rgie s of NADH and its rad ica l ca tion in
ββα中等收率得到 25 ,同时生成 25。实验发现 ,25 在aqueou s so lu tion [ J ]. J Am Chem Soc, 2003 , 125:
15298 - 15299. 乙腈和氯仿中的溶解度很低 ,反应过程中析出 , 而 +2 ( ) [ 4 ] 鲁云 ,鲜明 ,程津培 . NAD PH 辅酶模型在 M g 离 α25 在乙腈和氯仿中具有良好的溶解度 , 因此 可
子催化条件下还原 N 2芳基芴亚胺反应的研究 [ J ]. 以通过溶解度的区别加以分离 。同时通过不同
高等学校化学学报 , 1997 , 18: 1484 - 1487. 温度下的对照实验发现 ,随着反应回流温度的提
[ 5 ] Cu rtis C J , M iedaner A , E llis W , et a l. M ea surem ent βα高 ,25 的产率急剧下降 , 主要生成 25。因此控 制+ ( )] of the hyd ride dono r ab ilitie s of [ HM d ip ho sph ine 2 ( )α反应温度 < 50="" 以得到较高产率的="" 25。="" ()="" comp="" lexe="" s="" m="N" i,="" p="" tby="" he="" te="" ro="" lytic="" ac="" tiva="" tion="" of="" hy2="" [="" 9="" ]="" 5的还原采用了经典的还原方法="" ,="" 值得注意="" drogen="" [="" j="" ].="" j="" am="" chem="" soc,="" 2002,="" 124:="" 1918="" -="" 1925.="" 的是="" 5的脱乙酰基保护的过程="" ,一般常用的脱乙酰="" h="" ayne="" s="" l="" j="" ,="" todd="" a="" r.="" codehyd="" rogena="" se="" s.="" the="" syn2="" [="" 6="" ]="">
基的简便方法可以用甲醇钠脱保护然后用酸性交 the sis of d ihyd ron ico tinam ide [ J ]. J Chem Soc, 1950: 换树脂除去钠离子 ,然而实验中发现在脱去保护之 303 - 308.
后加入酸性树脂得不到 6,而是得到了 6 的氧化产 [ 7 ] D avo ll J , L ythgoe B , Todd A R. Exp e rim en ts on the
syn the sis of p u rine nuc leo side s. Pa rt ??. A syn the sis 物 ,这可能是 5在酸性介质中容易脱去负氢离子所
of adeno sine [ J ]. J Chem Soc, 1948: 967 - 968. 致 。因此 ,本文中选择 NH作为脱保护的试剂 。 3
H ayne s L J , H ughe s N A , Kenne r, G W , et a l. Code2 [ 8 ] 参考文献
hyd rogena se s. Pa rt ?. A syn the sis of n ico tinam ide nu2
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bond d issoc ia tion ene rgie s of NADH mode ls and the ir
()上接第 225页
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5: 2913 - 2915.
葡萄糖
生命的基础能源—糖类 葡萄糖
10级化学 刘寒冬 201004034055
【教学目标】 1、知识与技能
探究葡萄糖分子的组成、结构式；掌握葡萄糖典型的化学性质，掌握醛基和羟基的性质。 2、过程与方法
通过葡萄糖分子结构的推测和实验论证过程，培养学生的演绎推理思维和逻辑思维能力；使学生体会科学研究的方法、领悟到科学的实验方法； 3、情感、态度与价值观
通过对葡萄糖分子结构的推理过程，从中体会到严谨求实的科学态度。结合葡萄糖结构的探究与性质的探索，培养学生的科学探究能力和科学创新精神。通过科学探究，转变学生的学习方式，使学生进行“自主、合作、探究”的学习。 教学重点：葡萄糖的结构和葡萄糖的性质 教学难点：葡萄糖的结构和葡萄糖的性质
教学方法：采用设置问题、实验、讨论、分析、归纳、讲解、自学相结合的教学法方法
【课时安排】2课时
葡萄糖
第十四章糖类化合物
学习目标
※知识目标
◆熟悉糖类的概念
◆掌握单糖的结构和性质
◆会比较蔗糖、麦芽糖、乳糖的结构和性质
※能力目标
◆能够说出糖类物质的性质及应用
糖类化合物又称碳水化合物，是非常重要的一类天然有机化合物，在自然界分布广泛。植物中最常见的糖是纤维素、淀粉、蔗糖，对一切生物而言，最重要的是葡萄糖。植物利用二氧化碳和水经光合作用合成葡萄糖，在动物体及人体中，葡萄糖以糖原的形式贮存于肝脏和肌肉中，它给动物体及人体以能量，并可通过体内酶的作用转化为脂肪、甾体、蛋白质等。
从结构上看，糖类化合物是多羟基醛或多羟基酮以及它们失水结合而成的缩聚物。因这类化合物都是由C、H、O三种元素组成，且都符合Cn(H2O)m的通式，所以又称之为碳水化合物。例如：
葡萄糖的分子式为C6H12O6，可表示为C6(H2O)6。蔗糖的分子式为C12H22O11，可表示为C12(H2O)ll。但有的糖不符合碳水化合物的比例，例如：鼠李糖C5H12O5(甲基糖)、脱氧核糖C5H10O4。因此，把糖类化合物称做碳水化合物并不科学，但由于沿用已久，所以至今仍在使用。另外，有些化合物的组成虽然符合碳水化合物的比例，但并不是糖。例如甲醛(CH2O)、乙酸(C2H4O2)、乳酸(C3H6O3)等。
通常根据糖类化合物的结构及性质将其分成三大类：单糖、低聚糖、多糖。单糖——不能水解的多羟基醛或多羟基酮，如葡萄糖、果糖。低聚糖——水解后产生2个或几个单糖分子的糖类。低聚糖通常由2～10个单糖分子缩合而成，常见的是二糖，如麦芽糖、蔗糖等。低聚糖也叫寡糖。
多糖——水解后生成数十个、数百个乃至成千上万个单糖分子的糖类，如淀粉、纤维素等。
第一节单糖
单糖一般是含有3～6个碳原子的多羟基醛或多羟基酮。含有醛基的糖称为醛糖，含有酮基的糖称为酮糖。根据分子中含碳原子数目，单糖又可分为丙糖、丁糖、戊糖和己糖。自然界存在最广泛的单糖是葡萄糖和果糖，下面就以它们为代表讨论单糖的结构和性质。
一、单糖的结构
（一）葡萄糖分子的结构1．开链式
葡萄糖的分子式为C6H12O6，属于己醛糖，分子中含有1个醛基和5个羟基，4个手性碳原子。葡萄糖的开链式结构可表示如下：
1
CHOOHHOHOH
1
CHO
OHOHOH
HHOHH
23456
HHO
23456
简写为
HH
2OH
2OH
葡萄糖分子中有4个手性碳原子(C2、C3、C4、C5)，应有16种光学异构体，其中有8种为D型，8种为L型，组成8对对映体。自然界只存在有D-(+)-葡萄糖、D-(+)-甘露糖和D-(+)-半乳糖，其余的13种都是人工合成的。图17-1列出了8种D-己醛糖的开链式结构。自然界存在的单糖绝大部分为D型糖，单糖的旋光方向与D和L构型没有必然的联系，只能通过实验确定。
HHHH
OHOHOHOH
HOHHH
OHOHOH
HHOHH
CHOOHHOHOH
HOHOHH
HHOHOH
2OH2OH2OH2OH
+D-(-)-阿洛糖 D-(+)-阿卓糖 D-(+)-葡萄糖 D-(+)-甘露糖
HHHOH
OHOHHOH
HOHHOH
HOHOH
HHOHOH
OHHHOH
HOHOHOH
HHHOH
2OH2OH2OH2OH
D-(-)-古罗糖 D-(-)-艾杜糖 D-(+)-半乳糖 D-(+)-塔洛糖
图14－1
8种D－己醛糖
2．环状结构人们发现D—葡萄糖在不同条件下结晶，可以得到两种晶体。一种从乙醇
溶液中结晶，可以得到熔点为146℃，比旋光度为+112°的晶体；另一种从吡啶溶液中结晶，可以得到熔点为150℃，比旋光度为+18.7°的晶体。若将这两种D—葡萄糖结晶分别溶于水，两种溶液的比旋光度分别从+112°逐渐降至+52.7°和从+18.7°逐渐升至+52.7°。然后维持恒定。像这种比旋光度发生自行改变的现象称为变旋现象。
葡萄糖为什么会产生变旋现象?用它的链状结构是无法解释的。现代物理和化学方法已证明：葡萄糖分子内的醛基与C5上的羟基，可以发生类似于醛和醇的加成反应，形成了稳定的六元环状的半缩醛结构。
由于形成了环状的半缩醛结构，原来没有手性的羰基碳原子变成了手性碳原子，从而产生了两种异构体，新形成的半缩醛羟基(也称为苷羟基或甙羟基)与决定糖构型的C5上的羟基处于同侧的称为α-D-(+)-葡萄糖，其比旋光度为+112°；反之，称为β-D-(+)-葡萄糖，其比旋光度为+18.7°。这两种异构体分别溶于水后，通过开链结构互相转变，并组成一个稳定的动态平衡体系，此时α-D-(+)-葡萄糖约占36％，β-D-(+)-葡萄糖约占64％，链状结构的葡萄糖仅占0.005％，比旋光度是一个恒定值+52.7°。这就是葡萄糖溶液产生变旋现象的原因。
H
HHHOH
OH
H
HOHH
OHHOHOH
HO
HHHOH
H
OHOHH
OHOHH
2OH
2OH
2OH
α-D-(+)-葡萄糖（36%） 链状结构（微量） β-D-(+)-葡萄糖（64%）
α-型和β-型两种异构体仅仅端基碳原子构型不同，为非对映异构体。像这种有多个手性碳原子的非对映异构体，相互间仅有一个手性碳原子的构型不同，而其余的都相同者，称为差向异构体。葡萄糖的两种环状结构称C1差向异构体或端基异构体。
哈沃斯式用上式表示葡萄糖的环状结构时，碳原子排列成直线，氧桥键也太长，不能真实地反映出单糖分子中原子和基团在空间的相互关系。所以，常采用哈沃斯透视式来表示。
将链式结构书写成哈沃斯式结构的步骤如下：
首先将碳链向右放成水平，基团上下排布（左上右下）位置。
123456
OHHOHOH
右转90°
2
6
HHOHH
5
4
3
2
1
2OH
其次从左端开始顺时针弯成六边形。
CH2
6
5
4
3
2
CHO
1
CH2OH
4CHO
12
H
56
然后转动5号碳的角度让羟基接近醛基成环。
12OH
4
6
5
OH
CHO
1
α-型葡萄糖
β-型葡萄糖
哈沃斯式中，葡萄糖分子中成环的碳原子和氧原子构成一个六边形平面，称吡喃环，习惯
上将Cl写在右边，C4写在左边，C2和C3在前面，C5和氧原子在后面；环加粗的键线表示
在纸平面之前，细的键线表示在纸平面之后；D型糖C5上的CH2OH写在环平面上方，L型糖C5上的CH2OH写在环平面下方；将葡萄糖费歇尔投影式中右边的氢和羟基写在环平面下方，左边的氢和羟基写在环平面上方；C5上的CH2OH与苷羟基在同侧为β-型，在异侧为α-型。在某些环中无参照的CH2OH时，则以决定构型D／L羟基为参照，苷羟基与它在同侧的为α-型，异侧为β-型。
α-D-(+)-吡喃葡萄糖
β-D-(+)-吡喃葡萄糖
哈沃斯式虽然比费歇尔式较为合理地表示了葡萄糖的结构，但六元环呈平面型仍然是不合实际的，X射线分析证明葡萄糖的六元环主要呈稳定的椅型构象。
HH
α-D-(+)-吡喃葡萄糖β-D-(+)-吡喃葡萄糖
从构象可以看出，在β-D-葡萄糖中所有大基团都处于平伏键上，在α-D-葡萄糖的构象中，则1位苷羟基处在直立键上，因此β-D-葡萄糖要比α-D-葡萄糖稳定。这就是为什么在葡萄糖水溶液的动态平衡体系中，β-D-葡萄糖的比例大于α-D-葡萄糖的原因。
（二）果糖分子的结构
1．链状结构果糖的分子式为C6H12O6，与葡萄糖互为同分异构体，属己酮糖。D—果糖为2-己酮糖，其链状结构式为：
12
2OHOHOHOH
HOHH
123456
2OHOHOHOH2OH
HOHH
3456
简写为
2OH
2．环状结构D-果糖的水溶液也有变旋现象。分子中C5羟基或C6羟基可以与C2酮基作用，形成五元或六元环状结构。
通常游离的果糖主要以六元环（又称吡喃环）形式存在，而在结合状态时，主要以五元环（又称呋喃环）形式存在。由于形成环状结构时，糖苷羟基在空间的位置不同，所以也有α-和β-构型。果糖的环状结构，在溶液中也是通过链状结构相互转变，达成平衡体系，此时比旋光度为-92°。
6
2OH
12
1
OH
2HO
2OHOHOHOH
α-D-(-)-呋喃果糖
6
34
56
α-D-(-)-吡喃果糖
H
H
2OH
2OH
D-(-)-果糖
2OH
β-D-(-)-呋喃果糖
β-D-(-)-吡喃果糖
二、单糖的性质
（一）差向异构化
用稀碱溶液处理D—葡萄糖，可通过烯二醇中间体得到D—葡萄糖、D—甘露糖和D—果糖的三种物质的平衡混合物。
CHOHH
OHH
OHHOHOH
HOHHHO
HOHHOHOH
HOHO
HH
CHOHHOHOH
2OHD-葡萄糖
2OH烯二醇中间体
2OHD-甘露糖
2OHHOHH
OHOHOH
2OHD-果糖
同样，用稀碱溶液处理D—甘露糖或D—果糖，也可以得到3种糖的平衡混合物。生物体代谢过程中，在异构酶的作用下，常会发生葡萄糖与果糖的相互转化。
（二）氧化反应
单糖具有还原性，易被氧化，可被不同的氧化剂氧化生成不同的产物。
1．弱氧化剂氧化托伦试剂、班氏试剂(由硫酸铜、柠檬酸和碳酸钠配制)和斐林试剂为碱性弱氧化剂，能把糖中的醛基氧化成羧基。果糖虽是酮糖，但在碱性条件下，能异构化
反应转化为醛糖，所以也能被碱性弱氧化剂氧化。
托伦试剂
单糖
班氏试剂或菲林试剂
银镜
+
复杂氧化物
单糖氧化亚铜
+
复杂氧化物
凡是能被托伦试剂、班氏试剂和斐林试剂等碱性弱氧化剂氧化的糖称还原糖；反之，则称非还原糖。临床上常用班氏试剂检测糖尿病患者尿中的葡萄糖。
2．溴水氧化溴水能将糖中的醛基氧化成羧基，生成相应的糖酸，但不能氧化糖中的酮基。因为溴水呈酸性，不能使酮糖异构化。
HHOHH
OHHOHOH2OHD-葡萄糖
溴水
HHOHH
OHHOHOH2OHD-葡萄糖酸
3．硝酸氧化硝酸是强氧化剂，它可以将糖分子中的醛基以及端基的羟甲基氧化为羧基，生成糖二酸。例如D—葡萄糖经硝酸氧化，生成D—葡萄糖二酸。
HHOHH
H2OHD-葡萄糖
稀H2NO3
HHOHH
OHHOHOHD-葡萄糖二酸
酮糖被稀硝酸氧化，发生碳链断裂，生成小分子羧酸。在强氧化剂作用下，醛糖和酮糖都可以被氧化分解，产物比较复杂。
（三）成脎反应
单糖分子中的羰基与苯肼作用生成苯腙。在过量的苯肼试剂中，醛糖和酮糖都能与3分子苯肼作用生成糖脎。
H
HHOHH
OHHOHOH2OHD-葡萄糖
3C6H5NHNH2
-
O
H
CHOHH
NHOHOH2OHD-葡萄糖脎
+C6H5NH2+NH3+H2ONHNH
C6H5C6H5
成脎反应仅发生在糖分子的C1和C2上，不涉及其他碳原子。如果除C1和C2外其他碳
原子构型都相同的糖，则可以生成相同的糖脎。例如，D—葡萄糖、D—甘露糖和D—果糖均可与苯肼作用生成相同的糖脎。
糖脎都是难溶于水的黄色晶体。不同的糖脎，其晶形不同，熔点不同，成脎所需的时间也不同。因此，可根据糖脎的晶形、熔点及生成所需的时间来鉴定糖。
（四）成苷反应
在单糖的环状结构中含有糖苷羟基，这个羟基比醇羟基活泼，容易和醇或酚中的羟基脱水，生成具有缩醛结构的糖苷，此反应称成苷反应，糖苷分子结构分为糖和非糖两部分。糖的部分称为糖苷基，非糖部分称配糖基或苷元。两者之间连接的键称氧苷键，简称苷键。。例如：
HCl
+
CH3OH
3
+H
2O
β-D-葡萄糖
β-D-葡萄糖
糖苷中无半缩醛(酮)羟基。环状结构不能再互变成开链式结构，故无变旋现象，也无还
原性。糖苷在碱溶液中较稳定，但在酸性条件下或酶的作用下，很容易水解生成原来的糖和非糖成分。
糖苷在自然界中分布很广，很多具有生物活性。如毛地黄毒苷有强心作用，苦杏仁苷有止咳作用等。
（五）成酯反应
单糖环状结构中的羟基都可以与无机酸或有机酸发生酯化反应，生成糖酯，但具有重要生理意义的是与磷酸反应生成磷酸酯。
α-D-葡萄糖
HO
O
+
+H2O
α-D-葡萄糖-1-磷酸酯
α-D-葡萄糖
HO
+
+H2O
α-D-葡萄糖-6-磷酸酯
.
在人体内，糖的代谢首先要经过磷酸化，但磷酸化试剂并不是磷酸，而是三磷酸腺苷(ATP)，并在酶的催化下完成，然后才能进行一系列其他的化学反应。因此，糖的成酯反应是糖代谢的重要步骤。
(六)颜色反应
1．莫立许反应（又称α—萘酚反应）所有的糖在浓硫酸的存在下，与α—萘酚反应，生成紫色物质，这个反应称莫立许反应，是定性鉴定糖类化合物常用的方法之一。
2．塞利凡诺夫反应（又称间苯二酚反应）酮糖在浓盐酸存在下，与间苯二酚加热，很快出现鲜红色，此反应称塞利凡诺夫反应。在同样条件下，醛糖缓慢出现淡红色，由此可以区别醛糖和酮糖。
三、重要的单糖
（一）葡萄糖葡萄糖是自然界分布最广的己醛糖，因最初从葡萄中获得而得名。葡萄糖为白色晶体，熔点146℃，易溶于水，难溶于乙醇等有机溶剂。甜度约为蔗糖的74％。葡萄糖有右旋性，所以又称右旋糖。
葡萄糖是一种重要的营养物质，是人体所需能量的重要来源。人体血液中的葡萄糖称血糖。正常人血糖浓度为3.9～6.1mmol／L。长期低血糖会导致头昏、恶心及营养不良等症状，而高血糖及糖代谢障碍，可导致糖尿病的发生。
（二）果糖果糖存在于水果和蜂蜜中，白色晶体，熔点104℃，易溶于水，可溶于乙醇或乙醚中。果糖是最甜的糖，是蔗糖的组成部分。果糖具有左旋性，所以又称左旋糖。
（三）核糖和2—脱氧核糖核糖和2—脱氧核糖是重要的戊醛糖，是核酸的重要组成部分。两者结构上的差异可看作2—脱氧核糖是核糖的C2羟基脱去氧原子而成。他们是D－型醛糖，具有左旋性。D—核糖是核糖核酸(RNA)的组成部分，D—2—脱氧核糖是脱氧核糖核酸(DNA)的组成部分。其环状和开链结构如下：
HHH
OHOHOH
2OH
α-D-核糖 D-核糖 β-D-核糖
HHH
HOHOH
2OH
α-D-2-脱氧核糖 D-2-脱氧核糖 β-D-2-脱氧核糖
第二节双糖
双糖水解能生成两个分子单糖。根据分子中是否含有苷羟基，双糖分为还原性双糖和非
还原性双糖两类。常见的双糖有麦芽糖、乳糖和蔗糖。它们的分子式都是C12H22011，互为同分异构体。
一、蔗糖
蔗糖是自然界分布最广的双糖，尤其在甘蔗和甜菜中含量最多，故有蔗糖或甜菜糖之称。
蔗糖为无色晶体，熔点186℃，易溶于水，较难溶于乙醇，甜度仅次于果糖，是重要的甜味食物。
蔗糖是由一分子α—D—葡萄糖C1上的苷羟基和另一分子β－D－呋喃果糖C2上的苷羟基脱水，以α—1，2—苷键(或β－2，l—苷键)连接而成。在蔗糖分子中不再有苷羟基，因此无还原性，属非还原糖。蔗糖不能被托伦试剂、斐林试剂、班氏试剂氧化，也不能生成糖脎，
无变旋现象。
蔗糖是右旋糖，比旋光度为＋66.7°，水解后生成等量的D—葡萄糖和D—果糖的混合物，则是左旋的，比旋光度为－19.7°，与水解前的旋光方向相反。因此蔗糖的水解又称作蔗糖的转化，水解后的混合物称为转化糖。蜂蜜的主要成分就是转化糖。
C12H22O11
蔗糖
+
H2O
水解
C6H12O6
D-葡萄糖
+
C6H12O6 D-果糖
在医药上，蔗糖常用作矫味剂配制糖浆。
二、麦芽糖
麦芽糖存在于麦芽中。麦芽中的淀粉在α－淀粉酶作用下，水解生成麦芽糖。人体在消化食物时，淀粉在口腔中的淀粉酶作用下，水解生成麦芽糖，再经麦芽糖酶催化，水解生成D—葡萄糖，所以麦芽糖是淀粉水解过程中的中间产物。麦芽糖结晶含一分子结晶水，熔点103℃，易溶于水，有甜味，但不如蔗糖甜。
α-1，4-苷键
β?型
麦芽糖是由两分子D—葡萄糖分子之间脱去1分子水的缩合产物，即一分子α-D-葡萄糖C1上的苷羟基和另一分子D—葡萄糖C4上的醇羟基脱水，以α—1，4—苷键连接而成。
由于麦芽糖分子中还保留着一个苷羟基，所以具有还原性，属还原糖。因此麦芽糖能被托伦试剂、斐林试剂、班氏试剂等弱氧化剂氧化，能形成糖脎、糖苷；并且有α—、β—两种异构体，也有变旋现象；在水溶液中达平衡时，比旋光度为＋136°。
麦芽糖在酸或酶的作用下，水解生成两分子葡萄糖。
C12H22O11
麦芽糖
+
H2O
2 C6H12O6
葡萄糖
三、乳糖
乳糖存在于哺乳动物的乳汁中，牛乳中含量为40～50g·L-1，人乳中含量为70～80g·L-1。乳糖结晶含一分子结晶水，熔点202℃，甜度不大，水溶性较小，医药上常利用其吸湿性小作为药物内稀释剂以配制散剂和片剂。
乳糖是由一分子β－D－半乳糖的苷羟基与另一分子D—葡萄糖C4上的醇羟基脱水，以β－1，4－苷键连接而成。
β?型
β-1，4-苷键
在乳糖的分子中，仍保留着一个苷羟基，所以有还原性，属还原糖，也有变旋现象，在
水溶液中达平衡时，比旋光度为+53.5°。
乳糖在酸或酶的作用下，水解生成半乳糖和葡萄糖。
C12H22O11
乳糖
+
H2O
水解
C6H12O6
葡萄糖
+
C6H12O6
半乳糖
第三节多糖
多糖是由几百个单糖甚至高达几千个单糖分子之间以糖苷键连接而成的天然高分子化合物，相对分子质量在几万以上，其最终水解产物是单糖。
多糖的性质与单糖完全不同，虽然有少量的苷羟基，但由于相对分子质量很大，且分子卷曲，苷羟基被隐藏在内部，所以多糖一般是非还原性糖，没有变旋光现象，亦无成脎反应，也没有甜味，大多数不溶于水，少数能与水形成胶体溶液。
一、淀粉
淀粉大量存在于植物的种子、茎和块根中，是白色、无臭、无味的无定形粉末。天然淀粉可分为直链淀粉和支链淀粉两类。两部分在淀粉中的比例随植物的品种而异，一般直链淀粉约占10％～30％，支链淀粉约占70％～90％，直链淀粉溶于热水而成溶胶，支链淀粉在热水中不溶，但可吸水膨胀成糊状。
直链淀粉一般是由250～300个D—葡萄糖以α—1，4—苷键连接而成的线形高聚物。结构如下：
直链淀粉的分子结构
直链淀粉并不是一条展开的直链，而是在分子内氢键的作用下，盘旋成螺旋状的，每
一圈约含6个葡萄糖单位(图14－2)。由于直链淀粉的螺旋状结构的空隙恰好适合碘分子的进入，并依靠分子间作用力使碘与淀粉形成深蓝色的包合物。所以，直链淀粉遇碘呈深蓝色，见图17—3。当加热时，氢键断裂，包合物解散，蓝色消失，冷却后又形成包合物，蓝色又重新出现。
图14－2直连淀粉结构示意图图14－3淀粉与碘形成的包合物
支链淀粉一般含600～6000个D—葡萄糖单位，主链是D—葡萄糖之间以α—1，4—苷键相连，每隔20一25个D—葡萄糖单位便有一个以α—1，6—苷键相连的分支，因此结构比直链淀粉复杂，见图17—4。支链淀粉遇碘呈紫红色。支链淀粉的结构如下：
α-1，6-苷键
支链淀粉的分子结构
由于天然淀粉都是直链淀粉和支链淀粉的混合物，所以淀粉遇碘呈蓝紫色。这是检验淀粉或碘的特性反应。
淀粉在酸或酶的催化下，逐步由大分子水解成小分子，整个过程生成一系列的糊精，最终经过麦芽糖水解生成葡萄糖。糊精能溶于水，其水溶液具有黏性，可作为黏合剂。
(C6H10O5)n
淀粉(C6H10O5)m糊精C12H22O麦芽糖C6H12O6葡萄糖
图14－4支链淀粉结构示意图图14－5糖原结构示意图
药用淀粉多以玉米淀粉为主。淀粉目前仍然是主要的药物辅料，它具有无毒无味，价格
低廉，来源广泛，供应十分稳定等优点。
淀粉具有不溶于水、水中分散、60～70℃溶胀的特点。常被用作稀释剂、粘合剂、崩解剂，并可用来制备糊精和淀粉浆。
1．用作稀释剂(Diluents)：稀释剂(或称为填充剂，Fil1ers)的主要作用是用来填充片剂的重量或体积，以便于制剂成型和分剂量，从而便于压片；常用的填充剂有淀粉类、糖类、纤维素类和无机盐类等。以淀粉作为稀释剂时，比较常用的是玉米淀粉，它的性质非常稳定，与大多数药物不起作用，价格也比较便宜，吸湿性小、外观色泽好。在实际生产中，常与可压性较好的糖粉、糊精混合使用，这是因为淀粉的可压性较差，若单独使用，会使压出的药片过于松散。
2．用作粘合剂(Adhesives)：某些药物粉末本身不具有粘性或粘性较小，需要加入淀粉浆等粘性物质，才能使其粘合起来，这时所加入的粘性物质就称为粘合剂。淀粉浆（俗称淀粉糊）是片剂中最常用的粘合剂，常用8%～15%的浓度，并以10%淀粉浆最为常用；若物料可压性较差，可再适当提高淀粉浆的浓度到20%，相反，也可适当降低淀粉浆的浓度，如氢氧化铝片即用5%淀粉浆作粘合剂。淀粉浆的制法主要有煮浆和冲浆两种方法，都是利用了淀粉能够糊化的性质。所谓糊化(Gelatinization)是指淀粉受热后形成均匀糊状物的现象(玉米淀粉完全糊化的温度是77℃)。糊化后，淀粉的粘度急剧增大，从而可以作为片剂的粘合剂使用。具体说来，冲浆是将淀粉混悬于少量(1～1.5倍)水中，然后根据浓度要求冲入一定量的沸水，不断搅拌糊化而成；煮浆是将淀粉混悬于全部量的水中，在夹层容器中加热并不断搅拌(不宜用直火加热，以免焦化)，直至糊化。因为淀粉价廉易得且粘合性良好，所以凡在使用淀粉浆能够制粒并满足压片要求的情况下，大多数选用淀粉浆这种粘合剂。
3．用作崩解剂(Disintegrants)：崩解剂是使片剂在胃肠液中迅速裂碎成细小颗粒的物质，除了缓(控)释片以及某些特殊用途的片剂以外，一般的片剂中都应加入崩解剂。由于它们具有很强的吸水膨胀性，能够瓦解片剂的结合力，使片剂从一个整体的片状物裂碎成许多细小的颗粒，实现片剂的崩解，所以十分有利于片剂中主药的溶解和吸收。干淀粉是一种最为经典的崩解剂，含水量在8%以下，吸水性较强且有一定的膨胀性，较适用于水不溶性或微溶性药物的片剂，但对易溶性药物的崩解作用较差，这是因为易溶性药物遇水溶解产生浓度差，使片剂外面的水不易通过溶液层面透入到片剂的内部，阻碍了片剂内部淀粉的吸水膨胀。在生产中，一般采用外加法、内加法或“内外加法”来达到预期的崩解效果。
淀粉作为片剂崩解剂的缺点：首先，淀粉的可压性不好，用量多时，可影响片剂的硬度。其次，淀粉的流动性不好，外加淀粉过多会影响颗粒的流动性。
4．制备糊精：糊精(C6H10O5)x,由淀粉经酸或热处理或经a-淀粉酶作用而成的不完全水解的产物，在药剂学中可作为片剂或胶囊剂的稀释剂，片剂的胶粘剂，也可作为口服液体制剂或混悬剂的增粘剂。
(二)淀粉衍生物
1．β—环糊精
β—环糊精(简称β-CD)，是三种环状糊精产品之一，系以淀粉为原材料，经糊化、液化、糖化、酶作用转化而成。作为新型的药用辅料及食品添加剂，可广泛应用于药品，食品、化妆品等制造业上以及轻工、农业等领域，是这些工业生产良好的赋形剂、稳定剂、乳化剂、矫味剂、防腐剂和品质改良剂，其具体作用如下：
(1)增加物质的稳定性：防挥发、防升华；防氧化；防光分解；防化学物质分解；延长物质的有效期
(2)增加药物的溶解度和生物利用度；
(3)液态药物转化为固态；
(4)防止药物—药物，药物—添加剂之间相互作用；
(5)减少令人不快的嗅味；
(6)降低毒副作用。
2．羧甲基淀粉钠
羧甲基淀粉钠（sodiumcarboxymethylstarch，CMS-Na），又称乙醇酸钠淀粉，为聚α-葡萄糖的羧甲基醚。
来源与制法：
①把淀粉溶于水，加入一氯代乙酸钠进行反应后，经中和、脱水、干燥制成。
②在苛性钠存在下，于甲醇中使淀粉与氯乙酸钠进行反应，经酸中和，用甲醇水溶液洗净后干燥制得。
用途：羧甲基淀粉钠为无毒安全的口服辅料，现广泛用作片剂和胶囊剂的崩解剂。羧甲基淀粉钠为白色至类白色自由流动的粉末，松密度为0.75g/cm3,镜检呈椭圆或球形颗粒,直径30～100μm。羧甲基淀粉钠能分散于水形成凝胶，醇中溶解度约2%，不溶于其它有机溶剂，在水中的体积能膨胀300倍。市售品有不同的黏度等级。
二、糖原
糖原是动物体内储存葡萄糖的一种形式，又称动物淀粉。主要存在于肝脏和肌肉中，所以可分称为肝糖原和肌糖原。
糖原的结构与支链淀粉相似，也是由D—葡萄糖通过(2--1，4—苷键和C--1，6—苷键连接而成，但分支更密、更短，平均每隔3—4个葡萄糖单位即可有一个分支，每一条支链中也只有12～18个葡萄糖单位，其含有的葡萄糖单位高达几千甚至几万个(图17—5)。
糖原在人体代谢中对维持血糖浓度起着重要的作用，当血糖浓度较高时，葡萄糖会在激素的作用下，结合成糖原储存于肝脏中；当血糖浓度降低时，糖原又会在激素的作用下，分解为葡萄糖而进入血液，以保持血糖浓度正常。
糖原是白色粉末，能溶于水成为胶体溶液。糖原遇碘呈红色。
三、纤维素
纤维素是自然界分布最广的天然高分子化合物。木材中纤维素含量约占50
％，亚麻中
为80％，棉花中含量高达97％。
纤维素是由D—葡萄糖以β－1，4—苷键连接而成的线形高聚物，X射线分析证明，分子中不存在支链，纤维链之间通过氢键的作用而扭在一起，大约60个纤维素可形成一个纤维素胶束，几个胶束再定向排列而形成绳索状纤维结构。这使纤维素具有良好的机械强度和化学稳定性。如图17－６所示
纤维素的分子结构
如图14－６纤维素的麻绳状结构示意图
纤维素是白色、无臭、无味的纤维状晶体，不溶于水和一般有机溶剂，但吸水膨胀。由于淀粉酶只能水解α－1，4—苷键，而不能水解β—1，4—苷键，所以人体不能消化纤维素。但纤维素可增强肠的蠕动，因此食入富含纤维素的食品，对健康有益。食草动物的胃肠中存在—些微生物，这些微生物能分泌出可水解β—1，4—苷键的酶，所以纤维素是食草动物的饲料。
【知识拓展】
[纤维素的应用]
已列入一些国家法定典籍中的药用纤维有粉状纤维素和微晶纤维素二种。
粉状纤维素可作片剂的稀释剂，硬胶囊或散剂的填充剂。在软胶囊剂中可用作降低油性悬浮性内容物的稳定性，以减轻其沉降作用。也可作口服混悬剂的助悬剂。用作片剂干性粘合剂的浓度为5%～20%，崩解剂浓度为5%～15%，助流剂浓度为1%～2%，但不得用作注射剂或吸入剂辅料，因可致肉芽肿。在食品工业中可作为无热量食品的添加剂.
微晶纤维素pH型广泛用作口服片剂及胶囊剂的稀释剂和吸附剂，常用浓度为20%～90%,适用于湿性制粒及直接压片；用作崩解剂时的浓度为5%～15%，用作抗粘附剂的浓度为5%～20%，此外也可作为倍散的稀释剂和丸剂的赋形剂。
微晶纤维素RC型作为胶体分散系主要用于干糖浆、混悬剂，有时也作为水包油型乳剂和乳膏的稳定剂。
近年来微晶纤维素又推出一些新型号如AvicelPH-300系列，具有快速崩解性、较好的流动性、可减小片重差异等优点；AvicelKG-801可以提高片剂硬度、降低磨损性、少量添加适于在低压力下压片等优点。
国外市场上近年来推出微晶纤维素球形颗粒（
microcrystallinecellulosespheres），为具有高圆度和机械强度的球形细粒剂，可作为包衣型缓释制剂、苦味掩盖制剂的核芯，已广泛用于缓释微丸包衣。本品与蔗糖球形颗粒相比，颗粒之间的粘连作用较小，便于药物包衣。
四、右旋糖酐
右旋糖酐是人工合成的D—葡萄糖聚合物，分子中的葡萄糖主要以α－1，6—苷键连接。
临床上使用的有右旋糖酐40(平均相对分子质量为4000)和右旋糖酐70(平均相对分子质量为7000)。相对分子质量小的右旋糖酐有降低血液黏度、防止血栓的形成和改善微循环等作用。相对分子质量大的右旋糖酐能提高血浆的胶体渗透压，可作为血浆代用品。
右旋糖酐
习题
1.举例解释下列名词。
（1）变旋光现象（2）端基异构体（异头物）
（2）差相异构体（4）还原性糖和非还原性糖
（5）转化糖
2.用化学方法区别下列各组化合物。
（1）葡萄糖与果糖（2）葡萄糖与淀粉
（3）蔗糖与淀粉（4）麦芽糖与淀粉
（5）葡萄糖与己醛
3.某D-己醛糖用硝酸氧化时，得到无光学活性的化合物，试推断该己醛糖可能的结构式。
4.有2个D-型的四碳醛糖（A）和（B），当用HNO3氧化时，（A）生成没有旋光性的二元羧酸，（B）生成有旋光性的二元羧酸，写出单糖（A）和（B）的费歇尔投影式。
5.某二糖属于非还原糖，已知它是由β-吡喃半乳糖和α-D-吡喃葡萄糖结合而成，试写出它的结构式。
葡萄糖》
葡萄糖》教学课例评析 长春市第二实验中学/李彦生
摘自：《吉林教育信息网》
一、教学内容
本节课是人教版高中化学第二册（必修加选修）第七章第一节第一课时。
二、建议思考的问题
1．新课程理念强调教学中要以学生的发展为本，培养学生终身学习的能力。因此新课程理念强调教学不仅要重视结论，而且要重视得出结论的过程，强调学生探索新知的经历和获得新知的体验。那么，怎样才能真正做到在教学中注重学习过程，培养学习能力呢？结合化学学科的特点，我在本节课的教学中采用了“科学探究”的教学模式，运用演绎推理的教学方法，培养了学生的科学探究能力和科学创新精神。科学探究要避免形式化，有的教育者认为多做几个化学实验，通过实验得出结论就是科学探究，而我认为这种看法不够全面，科学探究应该是充分信任学生，给学生提供课堂参与的足够机会，给学生提供更多的思考和探究的时空。通过科学探究，转变学生的学习方式，使学生进行“自主、合作、探究”的学习。
2．新课程理念和新教材要求，化学教学要面向生活，联系实际，增强应用意识和环保意识。加强学科之间的联系。因此在课堂教学中要做到从生活走向化学，即从学生周围的日常生活环境和已有的生活经验，出发去学习化学。
3．和谐的师生关系，融洽的课堂教学氛围是教学成功的先决条件，因此新课程理念强调要建立师生互动、生生互动的教学关系。怎样才能做到这些呢？我认为在教学中教师要给师生、生生创造交往互动的时空和条件，真正的起到课堂的组织者和引导者，这就需要我们上每一节课时都要认真动脑思考，才能达到目标。
三、课例描述
本课例的背景：2003年3月27日，在长春五中举行“长春市中小学新课程教学大赛高中化学成果展示课”活动，《葡萄糖》教学案例是其中一节展示课，听课教师和专家有700多人，受到听课教师和专家的一致好评。具体的课堂教学实录如下：
[导入新课]
[教师]：“民以食为天”，食物是人类生存的必需品，它为人类进行正常的生命活动提供必需的营养物质，那么食物中含有哪些营养物质呢？
[学生]：糖类、油脂、蛋白质、维生素、水、无机盐六大类。（联系生物学知识）
[教师]：那么糖类、油脂、蛋白质是如何维持人类的正常生命活动呢？它们又具有什么样的性质呢？从这节课开始我们就来学习糖类、油脂、蛋白质。（通过学生所熟悉的营养物质，提出问题，激发学生的学习兴趣）新课教学]
[大屏幕]：出示自学提纲
1．小结糖类物质的定义和通式。
2．糖类是如何进行分类的？
[学生阅读]：
[学生回答]：糖的定义和通式。
[教师]：追问符合糖类通式的一定是糖吗？糖是否都符合Cn(H2O)m的通式？
[学生]：不是。
[学生回答]：糖的分类：分为单糖、二糖、多糖。
[教师]：单糖中最重要的是葡萄糖，下面我们就来研究葡萄糖的性质。
[板书]：一、葡萄糖
[板书]：（一）物理性质
[教师]：展示实物，学生观察总结。
[板书]：葡萄糖是白色晶体，有甜味，能溶于水。
[教师]：哪位同学知道葡萄糖的分子式？
[学生]：C6H12O6（生物学中学过的知识）
[板书]：（二）分子结构
[大屏幕显示]：讨论题（一）：
[教师]：请同学们依据葡萄糖的分子式，结合你所掌握的知识，来分析讨论葡萄糖中可能含有哪些官能团？
[生生互动]：小组合作，分析讨论
[师生互动]：教师参与小组讨论。
[点评]:学生在其它学科中了解了葡萄糖，根据学过的知识讨论分析结构，本质在于强化合作学习，互相促进思维发展。
[教师]：下面请同学们汇报小组讨论结果。
[学生甲]：我们小组认为，根据葡萄糖的分子式以及它的不饱和度，可能含有--CHO或--COOH，但二者不能同时存在。
[学生乙]：我们小组认为还可能有碳碳双键，但它不能与--CHO或--COOH同时存在。
[学生丙]：我们认为也可能有羟基。
[大屏幕显示]：讨论题（二）：如何用实验的方法来验证上述官能团的存在？该实验的操作要点是什么？
[生生互动]：讨论实验方案。
[汇报结果]：
[学生甲]：可以用银镜反应或新制的Cu(OH)2来验证--CHO的存在，实验操作要点是注意银氨溶液的配制，新制的Cu(OH)2要求碱要过量。
[学生乙]：可以用指示剂来验证--COOH的存在，用Na与葡萄糖的反应来验证--OH。
[学生丙]：可以用溴水来检验碳碳双键。
[教师]：根据我们的讨论成果，结合我所提供给你的实验试剂和用品，设计实验来探究葡萄糖的分子结构。在实验过程中要注意按实验基本操作的要求去做，互相配合，注意观察和记录好实验现象，并分析产生该现象的原因，如果你已明确了实验的要求就可以动手实验了，做完实验请把药品放好并举手示意。
[点评]：教师在提出问题之后，如何解决是关键，学生根据学习目标去建构知识，去参与到问题的解决中来。
[学生实验]：教师要走近学生观察和指导实验。
[教师]：请同学们汇报一下你们的实验方案和结果。
[学生甲]：我们小组做了银镜反应实验，向同学们展示成果，证明葡萄糖中有--CHO。
[学生乙]：我们小组用石蕊指示剂检验，无颜色变化，证明无--COOH。
[学生丙]：我们用新制的氢氧化铜和葡萄糖反应，有红色沉淀生成，证明有--CHO，同时观察到没加热前，新制Cu(OH)2中加入葡萄糖变成深蓝色溶液了，不知为什么？
[教师]：好，很好，说明这组同学认真观察了，还有哪些同学看到了这样的现象。
[学生]：举手示意，多人看到。
[信息提示]：[大屏幕]
含有多个羟基的物质，如丙三醇遇新制Cu(OH)2出现绛蓝色。
[学生总结]：葡萄糖中含有--CHO和--OH。教师]：给出葡萄糖的结构简式和空间结构（微机展示）
[大屏幕显示]：讨论题（三）根据葡萄糖的分子结构，它应该具有哪些化学性质？
[学生讨论]：（小组合作）
[学生回答]：（分组汇报）
[板书]：（一）醛基的性质
1．氧化反应
银镜反应
新制的氢氧化铜
生理氧化
a．有氧呼吸：热化学方程式
b．无氧呼吸
[教师]：糖类为人类活动提供能量。
[板书]：2．还原反应
（二）羟基的性质
（1）酯化
（2）与钠反应
（3）脱水反应
[教师]：葡萄糖被氧化成葡萄糖酸是从哪个化学键断开的？
[学生回答]：
[教师]：辅以微机演示。
[教师]：结合醛的性质，分析讨论葡萄糖与银氨溶液，新制Cu(OH)2的反应产物。
[学生回答]：
银镜反应产物：氨气、水、葡萄糖酸铵、银
和新制Cu(OH)2：Cu2O、水、葡萄糖酸
[教师]：葡萄糖有什么样的用途呢？
[自学导读]：葡萄糖的用途，并说明利用了葡萄糖的什么性质。
[学生回答]：
[板书]：（1）制镜：银镜反应
（2）糖果：有甜味
（3）营养物质
（4）制药葡萄糖酸钙（广告语提示）
[小结]：通过本节课的分析讨论和科学探究，我们掌握了葡萄糖的分子结构、性质和用途，加深了结构决定性质，性质决定用途的认识。但有一点不足，一个葡萄糖分子中一定有五个羟基吗？
[研究性课题]：探究一个葡萄糖分子中--OH的个数。
[形成性练习]：
1、在下列四种有机物中，不属于糖类，但与葡萄糖具有相同的最简式，且能发生银镜反应的物质是（）
A、丙三醇B、甲醛C、乙酸D、甲酸甲酯
2、在一定条件下，下列物质既能发生氧化反应，又能发生还原反应的是（）A、甲醛B、乙醇C、葡萄糖D、乙酸
3、下列各组混合物中，不论两种物质以何种比例混合，只要总质量一定，经完全燃烧后产生的CO2的质量为一定值的是（）
A、乙炔和苯B、乙醇和乙酸C、甲醛和葡萄糖D、丙烯和丙烷
4、某短跑运动员的体重为70kg，起跑时能1/7s冲出1m，能量全部由消耗体内的葡萄糖
来提供，其热化学反应方程式为：C6H12O6(s)+6O2(g)→6CO2(g)+6H2O(l)+2804kJ
则该短跑运动员消耗的葡萄糖的质量为多少克?
[自评]：课后研究题的设计，是对课堂教学的补充和完善，又训练和培养了学生的科学探究能力和创新精神，最大限度地提高学生的开放性思维和主动探索的精神。
[点评]这节课教师能够利用新的教学理念组织教学，积极倡导以学生发展为本的原则，教师是设计师，从联系生活实际开始，逐步引导学生参与到学习中来，对所遇到的学习困难，让学生合作、交流，共同建构知识以期达到目标要求。对于学生的思维发展，动手操作能力都将产生较大影响。
四、课后反思
新的课程理念对课堂教学的要求是培养学生的创新精神，创新能力，增进学生之间的交流与合作达到知识成果共享。学生是课堂教学的主体，是学习的主人，本节课的成功之处是运用了演绎推理的科学探究方法，为学生的交流与合作，创新与发展提供了时空，同时锻炼了学生的动手实验技能，培养和提高了学生的合作意识。不足之处是对葡萄糖中羟基官能团的探究挖掘的还不够，处理方法不是特别恰当，今后还要多挖掘教材。
通过本节展示课，对于今后的课堂教学模式有了一个全新的认识，还要运用新的课程理念对教学模式进行不断的更新探索，争取探索出符合学生发展特点的教学模式以达到培养学生分析和解决问题的能力，交流与合作的能力，提高科学素养，增强实践能力和创新能力之目的。
葡萄糖
葡萄糖
开放分类：化学品医学名词有机物碳水化合物科学
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? 1 简介 2 性质 3 异构体 4 分解途径 5 代谢功能
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葡萄糖
葡萄糖（Glucose ）无色结晶或白色结晶性或颗粒性粉末；无臭，味甜，有吸湿性。易溶于水，在碱性条件下加热易分解。应密闭保存。口服后迅速吸收，进入人体后被组织利用，也可转化成糖原或脂肪贮存。正常人体每分钟利用葡萄糖的能力为每公斤体重6毫克。是一种能直接吸收利用，补充热能的碳水化合物，是人体所需能量的主要来源，在体内被氧化成二氧化碳和水，并同时供给热量，或以糖原形式贮存。能促进肝脏的解毒功能，对肝脏有保护作用。是生物体内最为常见的能源物资。
异构体
化学式 C6H 12O 6
摩尔质量 180.16 g mol?1
密度 1.54
熔点 α-D-glucose: 146°C
β-D-glucose: 150°C
葡萄糖又称右旋糖。一种单糖，含醛基的已糖。固体状态为白色结晶，溶于水稍有甜味，有旋光性，其水溶液旋光向右。广泛存在于生物体内，为某些双糖（如蔗糖、麦芽糖等）和多糖（如淀粉、纤维素等）的组成成分。游离的葡萄糖存在于某些植物的果实（如葡萄）和动物血液中，是生物体中的主要能源物质。人体血液中的葡萄（血糖）含量相对恒定，正常人空腹和安静时血糖浓度为80～120毫克%。
物理性质
葡萄糖是己醛糖，白色晶体，易溶于水，味甜，熔点146℃。
化学性质
化学分子式
它的结构简式：CH2OH —CHOH —CHOH —CHOH —CHOH —CHO 与果糖(CH2OH(CHOH)3COCH2OH)互为同分异构体。它是自然界分布最广泛的单糖。葡萄糖含多个羟基，一个醛基，具有多元醇和醛的性质。其主要化学性质是：
（1）分子中有醛基，有还原性，能与银氨溶液反应：CH2OH-（CHOH ）4-CHO+2[Ag（NH3)2]++2OH-==CH2OH-（CHOH ）4-COOH ＋2Ag ↓＋H2O ＋4N4H3↑，被氧化成葡萄糖酸；
（2）醛基还能被还原为己六醇；
（3）分子中有多个羟基，能与酸发生酯化反应；
（4）葡萄糖在生物体内发生氧化反应，放出热量。
[1]
葡萄糖化学分析（点击图片放大）
天然的葡萄糖，无论是游离的或是结合的，均属D 构型，在水溶液中主要以吡喃式构形含氧环存在，为α和β两种构型的衡态混合物。
在常温条件下，可以α－D －葡萄糖的水合物（含1个水分子）形式从过饱和的水溶液中析出晶体，熔点为80℃；而在50～115℃之间析出的晶体则为无水α-D-葡萄糖，熔点146℃。115℃以上析出的稳定形式则为β-D-葡萄糖，熔点为148～150℃。呋喃环形式的葡萄糖仅以结合状态存在于少数天然化合物中。
D-葡萄糖具有一般醛糖的化学性质：在氧化剂作用下，生成葡萄糖酸，葡萄糖二酸或葡萄糖醛酸；在还原剂作用下，生成山梨醇；在弱碱作用下，葡萄糖可与另两种结构相近的六碳糖──果糖和甘露糖──三者之间通过烯醇式相互转化。葡萄糖还可与苯肼结合，生成葡萄糖脎，后者在结晶形状和熔点方面都与其他糖脎不同，可作为鉴定葡萄糖的手段。
大多数生物具有酶系统可分解D-葡萄糖以取得能量的能力。在活细胞中，例如哺乳动物的肌肉细胞或单细胞的酵母细胞中，葡萄糖先后经过不需氧的糖酵解途径、需氧的三羧酸循环以及生物氧化过程生成二氧化碳和水，释放出较多的能量, 以ATP （三磷酸腺苷）形式贮存起来，供生长、运动等生命活动之需。在无氧的情况下，葡萄糖仅仅被分解生成乳酸或乙醇,
释放出的能量少得多，酿酒是无氧分解的过程。工业上，用酸或酶水解淀粉制得的葡萄糖可用做食品、制酒、制药等工业生产的原料。
葡萄糖很容易被吸收进入血液中，因此医院、运动爱好者和所有人常常使用它当作强而有力的快速能量来源。
葡萄糖加强记忆，刺激钙质吸收和增加细胞间的沟通。但是太多会提高胰岛素的浓度，导致肥胖和糖尿病；太少会造成低血糖症或者更糟，胰岛素休克(糖尿病昏迷) 。
葡萄糖对脑部功能很重要，葡萄糖的新陈代谢会受下列因素干扰：忧郁、躁郁、厌食和贪食。阿尔兹海默症病人纪录到比其他脑部功能异常更低的葡萄糖浓度，因而造成中风或其他的血管疾病。研究员发现在饮食补充75克的葡萄糖会增加记忆测验的成绩。
葡萄糖被吸收到肝细胞中，会减少肝糖的分泌，导致肌肉和脂肪细胞增加葡萄糖的吸收力。过多的血液葡萄糖会在肝脏和脂肪组织中转换成脂肪酸和甘油三酸脂。
葡萄糖是人体重要营养成分和主要的热量来源之一，每1克葡萄糖可产生4kcal （16.7kJ) 热能。5%葡萄糖液虽系等渗液，但迅速被氧化成二氧化碳和水，因此主要用于补充水和糖分，而不是为了扩容。25%以上的高渗葡萄糖液静脉推注后可提高血液渗透压，引起组织脱水并短暂利尿。另外，葡萄糖是维持和调节腹膜透析液和血液透析液渗透压的主要物质。相当部分葡萄糖输液用作静脉药物的稀释剂和载体。
[2]
1．补充热能和体液，用于各种原因引起的进食不足或大量体液丢失（如呕吐、腹泻、重伤大失血等) ，全静脉营养，饥饿性酮症。
2．低血糖症。
3．高钾血症。与胰岛素合用，可促进钾转移入细胞内。
4．高渗溶液用作组织脱水剂，可用于脑水肿、肺水肿及降低眼内压，常与甘露醇等脱水药联合应用。
5．配制腹膜透析液。
[2]
葡萄糖
1．补充热能 患者因某些原因进食减少或不能进食时，一般可予10%-25%葡萄糖注射液静脉滴注以补充营养，并同时静滴适量生理盐水，以补充体液的损失及钠的不足。葡萄糖用量根据所需热能计算。
2．肠道外营养疗法 葡萄糖是此疗法最重要的能量供给物质。在非蛋白热能中，葡萄糖与脂肪供给热量之比为2：1。具体用量依临床热量需要决定。根据补液量的需要，葡萄糖可配成25%-75%不同浓度，必要时加胰岛素，每5-10g 葡萄糖加胰岛素1u 。由于常应用高渗溶液，对静脉刺激性较大，并需脂肪乳剂，故一般选用较深部位的大静脉，如锁骨下静脉等。
3．低血糖症 轻者口服。重者可先予50%葡萄糖注射液20-40ml 静脉注射，或视病情而定。
4．饥饿性酮症 轻者口服。严重者则可应用5%-25%葡萄糖注射液滴注，每日100g 葡萄糖可基本控制病情。
5．失水 等渗性失水可给予5%葡萄糖注射液静脉滴注。
6．高钾血症 应用10%-25%注射液，每2-4g 葡萄糖加1u 胰岛素输注，可降低血清钾浓度。但此疗法仅使细胞外钾离子进入细胞内，体内总钾含量不变。但若不采取排钾措施，仍有再次出现高钾血症的可能。
7．组织脱水 高渗溶液（一般采用25%-50%溶液) 静注，因其高渗压作用，将组织（特别是脑组织) 内液体引到循环系统由肾排出。1次静注40-60ml 的50%溶液。注射时切勿注于血管之外，以免刺激组织。
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