《醫(yī)用化學(xué)》 一、單糖的結(jié)構(gòu)

葡萄糖的分子式為C6H12O6，分子中含五個(gè)羥基和一個(gè)醛基，是己醛糖。其中C-2，C-3，C-4和C-5是不同的手性碳原子，有16個(gè)（α4=16）具有旋旋光性的異構(gòu)體，D-葡萄糖是其中之一。存在于自然界中的葡萄糖其費(fèi)歇爾投影中，四個(gè)手性碳原子除C-3上的-OH在左邊外，其它的手性碳原子上的-OH都在右邊。

單糖構(gòu)型的確定仍沿用D/L法。這種方法只考慮與羰基相距最遠(yuǎn)的一個(gè)手性碳的構(gòu)型，此手性碳上的羥基在右邊的D型，在左邊的L型。自然界存在的單糖多屬D型糖。例如：

六碳以下的D型醛見(jiàn)表21-1。

（二）葡萄糖的環(huán)狀結(jié)構(gòu)和變旋現(xiàn)象

結(jié)晶葡萄糖有兩種，一種是從乙醇中結(jié)晶出來(lái)的，熔點(diǎn)146℃。它的新配溶液的[α]D為+112°，此溶液在放置過(guò)程中，比旋光度逐漸下降，達(dá)到+52.17°以后維持不變；另一種是從吡啶中結(jié)晶出來(lái)的，熔點(diǎn)150℃，新配溶液的[α]D為+18.7°，此溶液在放置過(guò)程中，比旋光度逐漸上升，也達(dá)到+52.7°以后維持不變。糖在溶液中，比旋光度自行轉(zhuǎn)變?yōu)槎ㄖ档默F(xiàn)象稱(chēng)為變旋現(xiàn)象。顯然葡萄糖的開(kāi)鏈結(jié)構(gòu)不能解釋此現(xiàn)象。

從葡萄糖的開(kāi)鏈結(jié)構(gòu)可見(jiàn)，它既具有醛基，也有醇羥基，因此在分子內(nèi)部可以形成環(huán)狀的半縮醛。

成環(huán)時(shí)，葡萄糖的羰基與C-5上的羥基經(jīng)加成反應(yīng)形成穩(wěn)定的六元環(huán)。葡萄糖分子雖然具有醛基，但在反應(yīng)性能上與一般的醛有許多差異，例如對(duì)NaHSO3的加成非常緩慢，其原因是在溶液中，葡萄糖幾乎以環(huán)狀的半縮醛結(jié)構(gòu)存在的緣故。

表21-1　六碳以下的D型醛糖

成環(huán)后，使原來(lái)的羰基碳原子（C-1）變成了手性碳原子，C-1上新形成的半縮醛羥基在空間的排布方式有兩種可能。半縮醛羥基與決定單糖構(gòu)型的羥基（C-5上的羥基）在碳鏈同側(cè)的叫做α型，在異側(cè)的稱(chēng)為β型。α型和β型是非對(duì)映異構(gòu)體。它們的不同點(diǎn)是C-1上的構(gòu)型，因此又稱(chēng)為異頭物（端基異構(gòu)體）。它們的熔點(diǎn)和比旋光度都不同。

葡萄糖的變旋現(xiàn)象，就是由于開(kāi)鏈結(jié)構(gòu)與環(huán)狀結(jié)構(gòu)形成平衡體系過(guò)程中的比旋光度變化所引起的。在溶液中α-D-葡萄糖可轉(zhuǎn)變?yōu)殚_(kāi)鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，再由開(kāi)鏈結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)棣?D-葡萄糖；同樣β-D-葡萄糖也變轉(zhuǎn)變?yōu)殚_(kāi)鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，再轉(zhuǎn)變?yōu)棣?D-葡萄糖。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，三種異構(gòu)體達(dá)到平衡，形成一個(gè)互變異構(gòu)平衡體系，其比旋光度亦不再改變。

不僅葡萄有變旋現(xiàn)象，凡能形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)的單糖，都會(huì)產(chǎn)生變旋現(xiàn)象。

（三）環(huán)狀結(jié)構(gòu)的哈沃斯式和構(gòu)象式

上述直立的環(huán)狀費(fèi)歇爾投影式，雖然可以表示單糖的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，但還不能確切地反映單糖分子中各原子或原子團(tuán)的空間排布。為此哈沃斯提出用透視式來(lái)表示。哈沃斯將直立環(huán)式改寫(xiě)成平面的環(huán)式。因?yàn)槠咸烟堑沫h(huán)式結(jié)構(gòu)是由五個(gè)碳原子和一個(gè)氧原子組成的雜環(huán)，它與雜環(huán)化合物中的吡喃相似，故稱(chēng)作吡喃糖。連在環(huán)上的原子或原子團(tuán)分別寫(xiě)在環(huán)的上方和下方以表示其位置的排布?，F(xiàn)將開(kāi)鏈的費(fèi)歇爾投影式改寫(xiě)為哈斯沃式的過(guò)程表示如下：

書(shū)寫(xiě)哈斯沃式時(shí)常省略成環(huán)的碳原子，并把朝前面的三個(gè)C-C鍵用粗實(shí)線表示。

對(duì)D型葡萄糖來(lái)說(shuō)，直立環(huán)式右側(cè)的羥基，在哈 斯式中處在環(huán)平面下方；直立環(huán)式中左側(cè)的羥基，在環(huán)平面的上方。成環(huán)時(shí)，為了使 C-5上的羥基與醛基接近。C（4）-C（5）單鍵須旋轉(zhuǎn)120°。因此，D型糖末端的羥甲基即在環(huán)平面的上方了。C-1上新形成的半縮醛羥基在環(huán)平面下方者為α型；在環(huán)平面上方者稱(chēng)為β型。

幾種重要單糖的哈 沃斯式如下：

把具有呋喃環(huán)結(jié)構(gòu)

的糖稱(chēng)為呋喃糖。

事實(shí)豐，形成吡喃環(huán)的各個(gè)原子，并不完全在一個(gè)平面上，而是以較穩(wěn)定的椅型構(gòu)象存在。因此，為了更合理地反映其結(jié)構(gòu)，現(xiàn)在常用構(gòu)象式來(lái)表示。α-D-和β-D-葡萄糖的構(gòu)象式如下：

α-D- 吡喃葡萄糖除C-1上的-OH連在α鍵上，其它三個(gè)碳上的-OH和-CH2OH都連在e鍵上，而β-D吡喃葡萄糖C-1上的-OH及所有比較大的原子團(tuán)（-OH，-CH2OH）都連在e鍵上，因而β型的構(gòu)象更為穩(wěn)定。故在溶液中達(dá)到平衡時(shí)，β型占64%，而α型僅占36%。