糖类也叫碳水化合物，在自然界中分布极为广泛，例如葡萄糖、淀粉、纤维素、糖原等都属于糖类。糖类是动、植物体的重要组成成分，是一切生物体维持生命活动所需能量的主要来源。从化学结构上看，它们是多羟基醛、酮或多羟基醛、酮的缩合物。

根据能否水解及水解的产物，糖类可以分为单糖、低聚糖和多糖。

单糖是指不能水解成更小的分子的糖类，如葡萄糖、核糖、果糖等。

低聚糖是指能水解成2~10个单糖分子的糖类，其中最主要的是能水解成两分子单糖的双糖，如蔗糖、麦芽糖、乳糖等。

多糖是指能水解成许多单糖分子的糖类，如淀粉、纤维素、糖原等。

单糖

根据分子中所含羟基的不同，单糖可以分为醛糖和酮糖两类。自然界的单糖以含5或6个碳原子的最为普遍，如核糖、脱氧核糖、葡萄糖、果糖等。

一．单糖的结构

1．单糖的开链结构和构型

单糖的开链结构可用费歇尔（Fischer）投影式表示，即将碳链放在垂直线上，主链中第一号碳原子在上，“十”字线的交点代表链中碳原子，每个链中碳原子上各连有一个氢原子和一个羟基（或连有两个氢原子），分别位于碳链的左、右两侧。

投影式中编号最大的手性碳原子（和4个不相同的原子或基团相连的碳原子）上所连羟基在碳链右侧的称为一D-型糖，在左侧的称为L-型糖。自然界存在的单糖多数是D-型。

2．单糖的坏状结构

单糖在溶液中、结晶状态和生物体内主要以环状结构形式存在。单糖的环状结构是其羰基与羟基发生半缩醛（或半缩酮）反应而形成的，常见的是五元环和六元环，形成的半缩醛（或半缩酮）羟基与决定单糖构型的碳原子上的羟基处于碳链同侧的为a-型，处于异侧的为β-型。单糖的a-型和β-型环状结构之间可以通过链状结构相互转化。
一般情况下，己醛糖形成的是六元环。

在上述互变平衡体系中，a-D-葡萄糖约占37%,β-D-葡萄糖约占63％，而醛式仅占0.1％,醛式虽然含量极少，但a式与β-式之间的互变必须通过醛式才能完成。

用费歇尔投影式所写的单糖的环形结构式，不能反映出原子和基团在空间的相互关系，所以应把环形结构写成透视式或称哈武斯（Haworth)式。将六元环形的单糖看成是吡喃的衍生物，称为吡喃糖；将五元环形的单糖看成是呋喃的衍生物，称为呋喃糖。

果糖可以形成吡喃环和呋喃环两种环状结构。游离状态的果糖含有吡喃环结构，结合状态的果糖，如蔗糖中的果糖具有呋喃环结构。

二、单糖的化学性质

l.氧化反应

单糖都容易被弱氧化剂氧化。单糖能将托伦试剂还原生成银镜，能与斐林试剂及本尼迪特试剂作用生成氧化亚铜砖红色沉淀，糖分子本身被氧化成糖酸；凡是能被上述弱氧化剂氧化的糖，都称为还原糖。利用糖的还原性可作糖的定量测定，例如在临床可采用本尼迪特试剂检验尿液中是否含有葡萄糖，并根据产生Cu2O沉淀的颜色来判断葡萄糖的含量，代以诊断糖尿病。现已改用仪器，既快捷又方便。

在不同条件下，单糖可被氧化为不同产物，例如，D-葡萄糖用硝酸氧化可得D-葡萄糖二酸，而用澳水氧化则可得葡萄糖酸。

酮糖与硝酸作用，生成小分子的醇酸。而酮糖与溴水不起反应，因此利用溴水可以鉴别醛糖和酮糖。

2．还原反应

单糖分子中的羰基和醛、酮分子中的援基一样，可被许多还原剂还原生成相应的糖醇（多元醇）。在生物体内，这一还原反应是在酶的作用下完成的。

D-葡萄糖还原生成山梨醇,D-甘露糖还原生成甘露醇,D-果糖还原生成甘醇和山梨醇的混合物。山梨醇和甘露醇广泛存在于植物体内。药用甘露醇能降低颅内压和眼内压，能减轻脑水肿，防治肾功能衰竭等。

3．成苷反应

糖的半缩醛羟基与其他含羟基的化合物如醇、酚等形成的缩醛（或缩酮）叫做糖苷。如a-D-葡萄糖在无水氯化氢催化下与甲醇反应可生成甲基a-D-葡萄糖苷。

糖苷中糖的部分叫糖基，非糖部分称为配基（配糖物），连接糖基和配基的键叫苷键。a-糖形成的苷键叫a-苷键，β-糖形成的苷键叫β-苷键。

糖苷结构中没有半缩醛羟基，在溶液中不能通过互变异构转化为链式，因而不能被弱氧化剂氧化，不具有还原性。糖苷在碱性条件下能够稳定存在，在酸或酶的作用下，可以水解为糖和其他含羟基的化合物。但酶对糖苷的水解有专一性，如麦芽糖酶只能水解a-葡萄糖苷，而不能水解β-葡萄糖苷，苦杏仁酶则水解β-葡萄糖苷，不能水解a-葡萄糖苷。

糖苷类物质广泛存在于自然界，尤其植物中更多。例如，杨树皮中的水杨苷，是由β-D葡萄糖和水杨醇形成的苷；中药苦杏仁及桃仁中含有苦杏仁苷，是由龙胆二糖和苦杏仁腈形成的。自然界的糖苷多是β-型。

4．成酯反应

单糖分子中都含有羟基，这些羟基都可以与酸作用生成酯，与磷酸作用则生成磷酸酯。在生物体内常见的糖的磷酸酯有1-磷酸葡萄糖、6-磷酸葡萄糖、6-磷酸果糖和1,6一二磷酸果糖。

5．显色反应

(1)莫立施（Molisch）反应在糖的水溶液中加入a-萘酚的酒精溶液，然后沿试管壁小心地注入浓硫酸，不要摇动试管，则在两层液面之间能形成一个紫色环。所有的糖（包括单糖、低聚糖和多糖）都有这种显色反应，这是鉴别糖类物质的常用方法。

(2)塞利凡诺夫（Seliwanoff)反应在酮糖溶液中，加入间苯二酚的盐酸溶液，加热，则很快出现鲜红色。相同条件下，2min内醛糖看不出有什么变化。故利用此反应可以鉴别酮糖和醛糖。

(3)蒽酮反应单糖和其他糖类都能与蒽酮的浓硫酸溶液作用，生成绿色物质。这个反应可用于糖类物质的定性及定量分析。

三、单糖及其衍生物的应用

1.D-核糖及D-2一脱氧核糖

D-W糖RD-2一脱氧核糖是极为重要的戊糖，常与磷酸及嘌呤碱或嘧啶碱结合成核苷酸而存在于核蛋白中，是核糖核酸和脱氧核糖核酸的重要组成部分。

2.D-葡萄糖

D一葡萄糖是启然界分布最广的已醛糖。游离态的葡萄糖存在于葡萄等水果、动物的血液、淋巴液、脊髓液等中。结合态的葡萄糖是许多低聚糖、多糖和糖苷的重要组成部分，存在于许多植物的种子、根、叶或花中。

葡萄糖为无色晶体，甜度约为蔗糖的70%。易溶于水，稍溶于乙醇中，不溶于乙醚和烃类。

葡萄糖是生物体内新陈代谢不可缺少的营养物质，在医药上也具有广泛的用途。葡萄糖是常用的营养剂，并有强心、利尿、解毒等作用，用于血糖过低、心肌炎的治疗和补充体液等。在食品工业中用于制糖浆、糖果等。

3.D-半乳糖

D-半乳糖与葡萄糖结合成乳糖，存在于哺乳动物的乳汁中，脑髓中有一些结构复杂的脑磷脂也含有半乳糖。半乳糖为无色结晶，从水溶液中结晶时含有一分子结晶水，能溶于水及乙醇，具有还原性，可用于有机合成及医药上。

4.D一果糖

果糖存在于水果和蜂蜜中，为无色结晶，易溶于水，可溶于乙醇与乙醚中。果糖是最甜的一种糖，甜度约为蔗糖的170%。

果糖与葡萄糖在体内都能与磷酸作用生成磷酸醋，作为体内代谢的重要中间产物。1,6一二磷酸果糖是高能营养性药物，有增强细胞活力和保护细胞的作用，可作为急救心肌梗死及各类休克的辅助药物。

5.D-氨基糖

大多数天然氨基糖是己醛糖分子中第二个碳原子上的羟基被氨基取代的衍生物，而且多数情况下，其氨基是被乙酰化的，如2一乙酞氨基一D-葡萄糖和2一乙酰氨基一D一半乳糖。2一乙酰氨基一D一葡萄糖是甲壳质的基本组成单位，2一乙酰氨基一D一半乳糖是软骨素中所含多糖的基本单位之一。

6.维生素C

维生素C不属于糖类，但它是由D一葡萄糖来制备的，而且在结构上可以看成是不饱和的糖酸内酯，所以常将维生素、C当作单糖的衍生物。
维生素C存在于新鲜蔬菜和水果中，在柠檬、柑橘和番茄中含量较多。人体自身不能合成维生素C，必须从食物中获得。人体若缺乏维生素C会出现坏血病，所以维生素C又称抗坏血酸。维生素C极易被氧化为去氢抗坏血酸，所以可用作食品的抗氧化剂。

双糖

双糖是最重要的低聚糖，可以看成是由两分子相同或不同的单糖通过脱水缩合而形成的糖苷。双糖可以分为还原性双糖和非还原性双糖两类。

一、还原性双糖

还原性双糖是由一分子单糖的半缩醛羟基与另一分子单糖的醇羟基脱水缩合而成的，分子中还有一个半缩醛羟基，可以开环成链式。重要的还原性双糖有麦芽糖、纤维二糖和乳糖。

1．麦芽糖和纤维二糖

麦芽糖和纤维二糖都是由两分子葡萄糖彼此以第一和第四个碳原子通过氧原子相连而成的还原性双糖，区别仅在于成昔的葡萄糖单位中半缩醛羟基的构型不同。

麦芽糖中，成苷的葡萄糖单位的半缩醛羟基是a式的，这样与另一分子葡萄糖的C4形成的键叫a-1,4-苷键，而纤维二糖的两个葡萄糖单位是以β-1,4-苷键相连的。麦芽糖和纤维二糖都有a和两β种异构体。

麦芽糖和纤维二糖分别是淀粉和纤维素的基本组成单位，在自然界并不以游离状态存在。用β-淀粉酶水解淀粉，或用稀酸小心水解纤维素，可以分别得到麦芽糖和纤维二糖。

麦芽糖是怡糖的主要成分，甜度约为蔗糖的40%，通常用作甜味剂和培养基等。

2．乳糖

乳糖是一分子β-D-半乳糖和一分子D-葡萄糖以β-1,4-苷键形成的双糖，成苷的部分是半乳糖。乳糖也有a和β两种异构体。

乳糖存在于哺乳动物乳汁中，在人乳中含5%~8%，在牛乳中含4%~5%，甜度约为蔗糖的70%。乳糖在医药上常作为药物的稀释剂以配制散剂和片剂。

二、非还原性双糖

非还原性双糖是两分子单糖的半缩醛（或半缩酮)羟基间脱水而成的，分子中不存在半缩醛羟基，不能开环成链式。

1．蔗糖

蔗糖是在自然界分布最广而且也最重要的非还原性双糖，由一分子a-D-葡萄糖C1上的半缩醛羟基与一分子β-D-果糖C2上的半缩酮羟基脱水，通过1,2-苷键连接而成。
蔗糖在甜菜和甘蔗中含量最多，甜味仅次于果糖。将蔗糖水解后可得到等量的葡萄糖和果糖的混合物，这种混合物称为转化糖。蜂蜜中含有转化糖，所以很甜。

2．海藻糖

海藻糖也是自然界分布较广的一个非还原性双糖，存在于藻类、细菌、酵母及某些昆虫的血液中，它是由两个，D-葡萄糖的Cl通过氧原子连接而成的双糖，分子中没有半缩醛羟基。