糖類也叫碳水化合物，在自然界中分布極為廣泛，例如葡萄糖、淀粉、纖維素、糖原等都屬于糖類。糖類是動、植物體的重要組成成分，是一切生物體維持生命活動所需能量的主要來源。從化學(xué)結(jié)構(gòu)上看，它們是多羥基醛、酮或多羥基醛、酮的縮合物。
根據(jù)能否水解及水解的產(chǎn)物，糖類可以分為單糖、低聚糖和多糖。
單糖是指不能水解成更小的分子的糖類，如葡萄糖、核糖、果糖等。
低聚糖是指能水解成2~10個單糖分子的糖類，其中最主要的是能水解成兩分子單糖的雙糖，如蔗糖、麥芽糖、乳糖等。
多糖是指能水解成許多單糖分子的糖類，如淀粉、纖維素、糖原等。
單糖
根據(jù)分子中所含羥基的不同，單糖可以分為醛糖和酮糖兩類。自然界的單糖以含5或6個碳原子的最為普遍，如核糖、脫氧核糖、葡萄糖、果糖等。
一．單糖的結(jié)構(gòu)
1．單糖的開鏈結(jié)構(gòu)和構(gòu)型
單糖的開鏈結(jié)構(gòu)可用費(fèi)歇爾（Fischer）投影式表示，即將碳鏈放在垂直線上，主鏈中第一號碳原子在上，“十”字線的交點(diǎn)代表鏈中碳原子，每個鏈中碳原子上各連有一個氫原子和一個羥基（或連有兩個氫原子），分別位于碳鏈的左、右兩側(cè)。
投影式中編號最大的手性碳原子（和4個不相同的原子或基團(tuán)相連的碳原子）上所連羥基在碳鏈右側(cè)的稱為一D-型糖，在左側(cè)的稱為L-型糖。自然界存在的單糖多數(shù)是D-型。
2．單糖的壞狀結(jié)構(gòu)
單糖在溶液中、結(jié)晶狀態(tài)和生物體內(nèi)主要以環(huán)狀結(jié)構(gòu)形式存在。單糖的環(huán)狀結(jié)構(gòu)是其羰基與羥基發(fā)生半縮醛（或半縮酮）反應(yīng)而形成的，常見的是五元環(huán)和六元環(huán)，形成的半縮醛（或半縮酮）羥基與決定單糖構(gòu)型的碳原子上的羥基處于碳鏈同側(cè)的為a-型，處于異側(cè)的為β-型。單糖的a-型和β-型環(huán)狀結(jié)構(gòu)之間可以通過鏈狀結(jié)構(gòu)相互轉(zhuǎn)化。
一般情況下，己醛糖形成的是六元環(huán)。
在上述互變平衡體系中，a-D-葡萄糖約占37%,β-D-葡萄糖約占63％，而醛式僅占0.1％,醛式雖然含量極少，但a式與β-式之間的互變必須通過醛式才能完成。
用費(fèi)歇爾投影式所寫的單糖的環(huán)形結(jié)構(gòu)式，不能反映出原子和基團(tuán)在空間的相互關(guān)系，所以應(yīng)把環(huán)形結(jié)構(gòu)寫成透視式或稱哈武斯（Haworth)式。將六元環(huán)形的單糖看成是吡喃的衍生物，稱為吡喃糖；將五元環(huán)形的單糖看成是呋喃的衍生物，稱為呋喃糖。
果糖可以形成吡喃環(huán)和呋喃環(huán)兩種環(huán)狀結(jié)構(gòu)。游離狀態(tài)的果糖含有吡喃環(huán)結(jié)構(gòu)，結(jié)合狀態(tài)的果糖，如蔗糖中的果糖具有呋喃環(huán)結(jié)構(gòu)。
二、單糖的化學(xué)性質(zhì)
l.氧化反應(yīng)
單糖都容易被弱氧化劑氧化。單糖能將托倫試劑還原生成銀鏡，能與斐林試劑及本尼迪特試劑作用生成氧化亞銅磚紅色沉淀，糖分子本身被氧化成糖酸；凡是能被上述弱氧化劑氧化的糖，都稱為還原糖。利用糖的還原性可作糖的定量測定，例如在臨床可采用本尼迪特試劑檢驗(yàn)?zāi)蛞褐惺欠窈衅咸烟?，并根?jù)產(chǎn)生Cu2O沉淀的顏色來判斷葡萄糖的含量，代以診斷糖尿病?，F(xiàn)已改用儀器，既快捷又方便。
在不同條件下，單糖可被氧化為不同產(chǎn)物，例如，D-葡萄糖用硝酸氧化可得D-葡萄糖二酸，而用澳水氧化則可得葡萄糖酸。
酮糖與硝酸作用，生成小分子的醇酸。而酮糖與溴水不起反應(yīng)，因此利用溴水可以鑒別醛糖和酮糖。
2．還原反應(yīng)
單糖分子中的羰基和醛、酮分子中的援基一樣，可被許多還原劑還原生成相應(yīng)的糖醇（多元醇）。在生物體內(nèi)，這一還原反應(yīng)是在酶的作用下完成的。
D-葡萄糖還原生成山梨醇,D-甘露糖還原生成甘露醇,D-果糖還原生成甘醇和山梨醇的混合物。山梨醇和甘露醇廣泛存在于植物體內(nèi)。藥用甘露醇能降低顱內(nèi)壓和眼內(nèi)壓，能減輕腦水腫，防治腎功能衰竭等。
3．成苷反應(yīng)
糖的半縮醛羥基與其他含羥基的化合物如醇、酚等形成的縮醛（或縮酮）叫做糖苷。如a-D-葡萄糖在無水氯化氫催化下與甲醇反應(yīng)可生成甲基a-D-葡萄糖苷。
糖苷中糖的部分叫糖基，非糖部分稱為配基（配糖物），連接糖基和配基的鍵叫苷鍵。a-糖形成的苷鍵叫a-苷鍵，β-糖形成的苷鍵叫β-苷鍵。
糖苷結(jié)構(gòu)中沒有半縮醛羥基，在溶液中不能通過互變異構(gòu)轉(zhuǎn)化為鏈?zhǔn)?，因而不能被弱氧化劑氧化，不具有還原性。糖苷在堿性條件下能夠穩(wěn)定存在，在酸或酶的作用下，可以水解為糖和其他含羥基的化合物。但酶對糖苷的水解有專一性，如麥芽糖酶只能水解a-葡萄糖苷，而不能水解β-葡萄糖苷，苦杏仁酶則水解β-葡萄糖苷，不能水解a-葡萄糖苷。
糖苷類物質(zhì)廣泛存在于自然界，尤其植物中更多。例如，楊樹皮中的水楊苷，是由β-D葡萄糖和水楊醇形成的苷；中藥苦杏仁及桃仁中含有苦杏仁苷，是由龍膽二糖和苦杏仁腈形成的。自然界的糖苷多是β-型。
4．成酯反應(yīng)
單糖分子中都含有羥基，這些羥基都可以與酸作用生成酯，與磷酸作用則生成磷酸酯。在生物體內(nèi)常見的糖的磷酸酯有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．顯色反應(yīng)
(1)莫立施（Molisch）反應(yīng)在糖的水溶液中加入a-萘酚的酒精溶液，然后沿試管壁小心地注入濃硫酸，不要搖動試管，則在兩層液面之間能形成一個紫色環(huán)。所有的糖（包括單糖、低聚糖和多糖）都有這種顯色反應(yīng)，這是鑒別糖類物質(zhì)的常用方法。
(2)塞利凡諾夫（Seliwanoff)反應(yīng)在酮糖溶液中，加入間苯二酚的鹽酸溶液，加熱，則很快出現(xiàn)鮮紅色。相同條件下，2min內(nèi)醛糖看不出有什么變化。故利用此反應(yīng)可以鑒別酮糖和醛糖。
(3)蒽酮反應(yīng)單糖和其他糖類都能與蒽酮的濃硫酸溶液作用，生成綠色物質(zhì)。這個反應(yīng)可用于糖類物質(zhì)的定性及定量分析。
三、單糖及其衍生物的應(yīng)用
1.D-核糖及D-2一脫氧核糖
D-W糖RD-2一脫氧核糖是極為重要的戊糖，常與磷酸及嘌呤堿或嘧啶堿結(jié)合成核苷酸而存在于核蛋白中，是核糖核酸和脫氧核糖核酸的重要組成部分。
2.D-葡萄糖
D一葡萄糖是啟然界分布最廣的已醛糖。游離態(tài)的葡萄糖存在于葡萄等水果、動物的血液、淋巴液、脊髓液等中。結(jié)合態(tài)的葡萄糖是許多低聚糖、多糖和糖苷的重要組成部分，存在于許多植物的種子、根、葉或花中。
葡萄糖為無色晶體，甜度約為蔗糖的70%。易溶于水，稍溶于乙醇中，不溶于乙醚和烴類。
葡萄糖是生物體內(nèi)新陳代謝不可缺少的營養(yǎng)物質(zhì)，在醫(yī)藥上也具有廣泛的用途。葡萄糖是常用的營養(yǎng)劑，并有強(qiáng)心、利尿、解毒等作用，用于血糖過低、心肌炎的治療和補(bǔ)充體液等。在食品工業(yè)中用于制糖漿、糖果等。
3.D-半乳糖
D-半乳糖與葡萄糖結(jié)合成乳糖，存在于哺乳動物的乳汁中，腦髓中有一些結(jié)構(gòu)復(fù)雜的腦磷脂也含有半乳糖。半乳糖為無色結(jié)晶，從水溶液中結(jié)晶時含有一分子結(jié)晶水，能溶于水及乙醇，具有還原性，可用于有機(jī)合成及醫(yī)藥上。
4.D一果糖
果糖存在于水果和蜂蜜中，為無色結(jié)晶，易溶于水，可溶于乙醇與乙醚中。果糖是最甜的一種糖，甜度約為蔗糖的170%。
果糖與葡萄糖在體內(nèi)都能與磷酸作用生成磷酸醋，作為體內(nèi)代謝的重要中間產(chǎn)物。1,6一二磷酸果糖是高能營養(yǎng)性藥物，有增強(qiáng)細(xì)胞活力和保護(hù)細(xì)胞的作用，可作為急救心肌梗死及各類休克的輔助藥物。
5.D-氨基糖
大多數(shù)天然氨基糖是己醛糖分子中第二個碳原子上的羥基被氨基取代的衍生物，而且多數(shù)情況下，其氨基是被乙?；模?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一葡萄糖是甲殼質(zhì)的基本組成單位，2一乙酰氨基一D一半乳糖是軟骨素中所含多糖的基本單位之一。
6.維生素C
維生素C不屬于糖類，但它是由D一葡萄糖來制備的，而且在結(jié)構(gòu)上可以看成是不飽和的糖酸內(nèi)酯，所以常將維生素、C當(dāng)作單糖的衍生物。
維生素C存在于新鮮蔬菜和水果中，在檸檬、柑橘和番茄中含量較多。人體自身不能合成維生素C，必須從食物中獲得。人體若缺乏維生素C會出現(xiàn)壞血病，所以維生素C又稱抗壞血酸。維生素C極易被氧化為去氫抗壞血酸，所以可用作食品的抗氧化劑。
雙糖
雙糖是最重要的低聚糖，可以看成是由兩分子相同或不同的單糖通過脫水縮合而形成的糖苷。雙糖可以分為還原性雙糖和非還原性雙糖兩類。
一、還原性雙糖
還原性雙糖是由一分子單糖的半縮醛羥基與另一分子單糖的醇羥基脫水縮合而成的，分子中還有一個半縮醛羥基，可以開環(huán)成鏈?zhǔn)?。重要的還原性雙糖有麥芽糖、纖維二糖和乳糖。
1．麥芽糖和纖維二糖
麥芽糖和纖維二糖都是由兩分子葡萄糖彼此以第一和第四個碳原子通過氧原子相連而成的還原性雙糖，區(qū)別僅在于成昔的葡萄糖單位中半縮醛羥基的構(gòu)型不同。
麥芽糖中，成苷的葡萄糖單位的半縮醛羥基是a式的，這樣與另一分子葡萄糖的C4形成的鍵叫a-1,4-苷鍵，而纖維二糖的兩個葡萄糖單位是以β-1,4-苷鍵相連的。麥芽糖和纖維二糖都有a和兩β種異構(gòu)體。
麥芽糖和纖維二糖分別是淀粉和纖維素的基本組成單位，在自然界并不以游離狀態(tài)存在。用β-淀粉酶水解淀粉，或用稀酸小心水解纖維素，可以分別得到麥芽糖和纖維二糖。
麥芽糖是怡糖的主要成分，甜度約為蔗糖的40%，通常用作甜味劑和培養(yǎng)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-苷鍵形成的雙糖，成苷的部分是半乳糖。乳糖也有a和β兩種異構(gòu)體。
乳糖存在于哺乳動物乳汁中，在人乳中含5%~8%，在牛乳中含4%~5%，甜度約為蔗糖的70%。乳糖在醫(yī)藥上常作為藥物的稀釋劑以配制散劑和片劑。
二、非還原性雙糖
非還原性雙糖是兩分子單糖的半縮醛（或半縮酮)羥基間脫水而成的，分子中不存在半縮醛羥基，不能開環(huán)成鏈?zhǔn)健?
1．蔗糖
蔗糖是在自然界分布最廣而且也最重要的非還原性雙糖，由一分子a-D-葡萄糖C1上的半縮醛羥基與一分子β-D-果糖C2上的半縮酮羥基脫水，通過1,2-苷鍵連接而成。
蔗糖在甜菜和甘蔗中含量最多，甜味僅次于果糖。將蔗糖水解后可得到等量的葡萄糖和果糖的混合物，這種混合物稱為轉(zhuǎn)化糖。蜂蜜中含有轉(zhuǎn)化糖，所以很甜。
2．海藻糖
海藻糖也是自然界分布較廣的一個非還原性雙糖，存在于藻類、細(xì)菌、酵母及某些昆蟲的血液中，它是由兩個，D-葡萄糖的Cl通過氧原子連接而成的雙糖，分子中沒有半縮醛羥基。
