什么是碳水化合物化学(Carbohydrate Chemistry)？

碳水化合物化学描述了碳、氢和氧的化合物的结构、性质和反应。这些化合物的通式为C（H2O）n，其中n可以是三个以上的任意数。可以看出，碳水化合物中的氢和氧的比例始终与水（H2O）成比例，因此"水合物"的名称。碳水化合物包括糖，淀粉，纤维素和许多其他常见物质。它们是由植物光合作用产生的二氧化碳和水制成的，是所有动物饮食中必不可少的能源。在化学实验室工作的人。最简单的碳水化合物是三糖，只有三个碳原子。碳水化合物化学可以，然而，由于许多小的碳水化合物分子可以结合起来形成更大的结构。简单的碳水化合物，如葡萄糖，被称为单糖。当许多单糖的详细结构由德国化学家埃米尔·费舍尔（Emil Fischer）首次阐明时，碳水化合物化学有了显著的进步，在19世纪末，复杂的碳水化合物是由单糖单元结合在一起构成的。果糖或果糖的分子式与葡萄糖和葡萄糖相同。由两个单糖组成的分子称为双糖；蔗糖是一个常见的例子，更广为人知的食糖-它由单糖葡萄糖和果糖组成。低聚糖有几个单糖单元，多糖由这些单元的长链组成，有时有数千个；例如各种形式的淀粉和纤维素链上的每一个分子单元都通过糖苷键与相邻的分子相连，糖苷键是由相邻单糖分子中的氢（H）和羟基（OH）基团（形成水）形成的。碳水化合物的结构使得不同的分子可以有相同的整体式，原子排列不同例如，单糖可以分为醛糖和酮糖，醛糖和酮糖有一个酮基-一个碳氧双键，也称为羰基，它们的结构不同：葡萄糖是醛糖，果糖是酮糖。这是碳水化合物化学的一个共同特征。一种碳水化合物也有可能以不同的形式存在。葡萄糖可以呈线性形式存在，它的六个碳原子形成一个短链；碳原子可以编号为C1-C6，C1形成醛基，C6在另一端与两个氢原子和一个羟基键合，中间的四个碳原子一边是氢原子，另一边是羟基。葡萄糖有两种形式，D-葡萄糖和L-葡萄糖，它们的区别在于前者与来自醛基的氧在分子的同一侧只有一个羟基，而在后者中，这种排列正好相反。这适用于许多单糖，"D"型在天然糖中占主导地位。在溶液中，D-葡萄糖往往形成一个环结构，C6被推到一边，C5上的羟基与C1上的醛基反应，形成一个由5个碳原子和1个氧原子组成的六原子环。这就是所谓的吡喃糖环。根据C1上羟基的位置，环可以有两种不同的形式如果它与环位于同一平面上，则该化合物称为βD-吡喃葡萄糖，但如果它垂直于环的平面，则称为αD-吡喃糖。这两种不同的形式被称为异构体，C1碳原子称为异聚碳。β形式看起来结构更稳定，在D-吡喃葡萄糖中是这样，但在一些单糖中，α形式更常见，这是因为在这些化合物中，不规则羟基中的电子对与环中氧原子的电子对之间的静电斥力可以克服β形式更大的结构稳定性，这种现象被称为异构化效应。哪种形式更稳定不仅取决于化合物，还取决于溶剂和温度。碳水化合物中的羟基、醛基和酮基可以被其他基团取代，允许进行广泛的反应。碳水化合物是许多其他重要生物化合物的基础。例如，核糖和脱氧核糖，一种相关的化合物，是构成核酸DNA和RNA的基本单位。糖苷是由碳水化合物和醇形成的；费希尔糖基化，以埃米尔·费舍尔的名字命名，涉及到使用催化剂从葡萄糖和甲醇形成糖苷甲基葡萄糖苷。另一种生产糖苷的方法是Koenigs-Knorr反应，它将糖基卤化物与乙醇结合形成糖苷。