糖类的结构与性质

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糖类的结构与性质

实验室k / 2019-05-13

从最简单的葡萄糖的分子式C6H12O6可以看到，它含有六个碳原子、十二个氢原子和六个氧原子，那么在组成葡萄糖分子时，它们到底是如何排列的？

唯物辩证法告诉我们，人们的认识，既不是从天上掉下来的，也不是头脑里固有的，而是从社会实践中产生的。“实践的观点是辩证唯物论的认识论之第一的和基本的观点。”人们对葡萄糖分子结构的认识，也一点离不开实践，也正是从这具体的、生动的实验材料中概括出葡萄糖的结构本质和规律。

首先葡萄糖能被还原为直链的己六醇：

这说明葡萄糖分子中六个碳原子是相互连成一条直链。

其次，葡萄糖能与乙酰氯发生醋化反应，生成五乙酰葡萄糖：

这又说明葡萄糖分子中含有五个能被酯化的醇羟基。由于同一碳原子上连有两个羟基是不稳定的，故这五个羟基一定是分配在五个碳原子上。

当葡萄糖分子用溴水氧化后能生成同数碳原子的葡萄糖酸，碳链并未断裂：

于是，可以断定在六个氧原子中有五个组成了羟基，剩下的一个氧就是醛基的组成部分，而不是酮基（因酮很难被氧化，即使氧化也要碳链断裂）。既然是醛基，那就只能排在分子链的末端。

根据这样的判断，我们就可以把葡萄糖分子写成含有一个醛基和五个羟基的开链结构。然而，用这样的结构式能否完全如实地反映出葡萄糖的内在结构呢？“马克思认为理论符合于现实是理论的唯一标准。”（《列宁选集》第一卷，30页）“人应该在实践中证明自己思维的真理性，即自己思维的现实性和力量，亦即自己思维的此岸性。”（《马恩选集》第一卷，16页）

把葡萄糖的这种多羟基醛的开链结构进一步拿到实践中去检验，发现实际并非完全如此：既然葡萄糖可以被还原为己六醇，为什么它上面的醛基却不能发生一般醛基所具有的亚硫酸氢钠加成反应？又为什么它只能与ー分子甲醇作用？

通过对葡萄糖溶液的光学特性以及其他实验的测定，于是人们提出葡萄糖的结构是环状半缩醛的结构。即在大多数情况和结晶的状态下，葡萄糖主要是六员氧环（或叫吡喃环），它是由醛基和第五碳原子（C5）上羟基形成的半缩醛（一般醛基能被ROH加成，得到半缩醛和缩醛）。如果把这种环状结构用六角形环表示，则有如下右的立体结构形状。环的平面与纸垂直，把开链式中位于C原子左方的H或OH写在环的上

方，位于C原子右方的H或OH写在环的下方，如把纸的平面直立起来，环的粗线部分表示在前面，细线部分表示在后面。由于在形成半缩醛环的过程中，C1中的OH可以在环的下面，也可以在环的上面，故又形成了α－葡萄糖和β－葡萄糖，而且在水溶液里，α、β两种结构和直链状结构（只是量很少，约0．1％）互变异构，最后达到一个动态平衡：

这种开链式和氧环式之间以动态平衡状态共存，使得葡萄糖分子虽然主要以氧环式存在，但少量的开链式并没有完全消除醛基的某些性质。因此，即使在弱氧化剂存在下，这个混合体系中的少量开链式葡萄糖也能发生醛的氧化反应（如银镜反应），致使平衡体系破坏，直到所有环状结构都变为醛式链状结构为止。然而，应该注意决定事物质量的数量界限，由于在平衡体系中醛基的浓度是如此之小，以至不足以与NaHSO3发生显著的加成反应。

另外，由于葡萄糖分子中C1上的醛基已和C5上的羟基形成了半缩醛，故只有C1上的羟基能够再和一分子甲醇形成缩醛，而不能和二分子甲醇反应：