当前课程知识点:有机化学 > 第十三章 有机化学专题 > 13.3. 碳水化合物-part 2 > 13.3.3.3 单糖的反应——氧化与还原反应
好 我们接着再来看这个单糖的反应
有一类非常重要的一类的反应
因为它是醛或者是酮 这是糖的一个特性
所以它能相应的被氧化
它能被多种的氧化剂
包括一些强的氧化剂
像高碘酸或者硝酸
还有一些弱的氧化剂
比如我们马上要提到的这个
Tollens试剂和Fehling试剂
能相应的被氧化
我们首先来看
这样一个单糖被Tollens试剂和Fehling试剂
氧化的这样一个过程
那我们在高中的化学大家就学过
相应的糖呢它能被Fehling试剂
Fehling试剂的组成是什么呢
大家一起来回忆一下
硫酸铜 酒石酸钠和氢氧化钠混合物
它跟Fehling试剂发生相应的氧化
这样一个反应呢
会导致这样一个二价铜离子
生成氧化亚铜 氧化亚铜是砖红色
所以大家通过这样一个反应
会将其运用在糖的结构的鉴定上
这是它的一个特性
同时这样一个糖还可以跟Tollens试剂进行相应的反应
Tollens试剂是什么呢
它其实就是银氨络合物
那在银氨络合物的反应中呢
我们发生的是相应的银镜反应
对吧 大家可能都做过这个反应
或者是观摩过这个反应
运气好的话 会做成非常漂亮这样一个银镜的产物
发生这样一个反应这是现象
最终糖 这个是葡萄糖它转化成什么呢
转化成了葡萄糖酸
也就是这个醛基被氧化成了羧基
这是相应的Tollens试剂和Fehling试剂弱氧化剂
氧化的这样一个产物
那从这我们可以引出一个概念
也就是我们所说的 还原糖
是这样规定的
凡是能被Tollens试剂和Fehling试剂这一类弱氧化剂
氧化的糖成为 还原糖
否则为非还原糖
那我问题就来了
那葡萄糖是醛糖
大家很可以理解
它很容易被Tollens试剂和Fehling试剂氧化
发生相应的反应
那么它肯定是还原糖 对吗
葡萄糖
甘露糖 刚刚说到了 它只是碳2位
跟葡萄糖是一个差向异构体
那么甘露糖也是醛糖
那我们可以说 它是还原糖
那酮糖 比如果糖它是还原糖还是非还原糖
从酮的这样一个结构来说
被这样弱氧化剂来氧化是比较难的
那在Tollens试剂和Fehling试剂的反应当中呢
如果仅仅是酮呢 它是无法被氧化的
但是酮糖这样一个结构
我们在差向异构化的反应当中 我们讲到
相应的酮糖在弱碱性的环境下
它能进行转化
转化平衡成为相应的一些醛糖
所以这也导致了酮羰基向醛糖这样一个转化过程
既然存在这样一个转化过程
比如果糖 它是酮糖
果糖在水溶解液中
碱性的水溶液中
它能逐步的 通过平衡
转化成为相应的甘露糖和葡萄糖
那么这就是醛糖
如果一旦转化成这样呢
那当然大家就知道了
它肯定是跟Tollens试剂和Fehling试剂
这类弱氧化剂是可以反应的
所以酮糖 也就是我们所说的
这样一个果糖 它还是还原糖
我们要注意它的关键点是什么
关键点就是 这些弱氧化剂它是碱性的试剂
就是Tollens试剂和Fehling试剂是碱性的试剂
还导致了酮羰基向醛羰基转化的这样一个过程
这样一个单糖 还可以被溴水氧化
溴水跟Fehling试剂和Tollens试剂最大的区别是
它是酸性试剂
所以这一类的弱氧化剂 这种酸性的试剂
在酸性的条件下 酮糖是不会向醛糖进行转化的
那么 溴水的氧化效果呢 只能对醛糖进行氧化
也就是说它只氧化相应的醛糖成糖酸的结构
在发生这样反应的过程中
一旦发生氧化反应以后 它的红褐色会褪去
所以这个现象也可以用做糖的鉴定
那生成的相应的糖酸这样一个结构呢
它其实这个直链是不太稳定的
进一步的这个酸跟碳链上羟基进行成酯的反应
形成这样一个内酯的结构
大家可以看到这上面有很多羟基
形成的这个稳定性就是根据它的稳定性
决定最后产物的一个结构
它能跟δ位的这样一个羟基
形成一个δ内脂 形成的是一个六元环
这是动力学的产物
进一步加热它会生成一个γ内酯
也就是说它跟γ位的
这是α位 β位 γ位 δ位
那么它如果是跟δ位形成内酯
这是动力学产物 这个六元环
加热以后它会
逐步变成γ内酯
这是一个稳定的热力学的产物
这是与溴水发生相应的氧化反应
生成的是这样两类型的产物
那么糖类化合物还可以被强氧化剂硝酸氧化
注意 硝酸是非常强的氧化剂
所以它不仅可以把这样一个醛基氧化成羧基
还可以把另一端6位的羟甲基
氧化成为相应的羧基
所以这样就形成了一个糖二酸的结构
那么糖二酸的结构非常容易发生内酯化
形成双内酯
大家可以看到这是一个D葡萄糖二酸
最后形成了双内酯的结构 一个二元并环的结构
这个反应经常可以用来作为糖构型的一个鉴定
生成的糖二酸是否有旋光性
这样一个构型来决定的
比如 如果一个丁醛糖A
被硝酸氧化后 它形成的产物没有旋光性
那么我们就可以推断出
A的两个羟基位于同侧 大家可以看一眼
假设是这样一个糖 它是具有旋光性的
如果它被氧化
那么它将氧化成为这样一个丁二酸的结构
那么这样一个丁二酸的结构是对称性的
所以它消失了它的旋光性
通过这样一个我们可以推断出它的构型的特征
两个羟基位于同侧
但硝酸不仅可以氧化醛糖 它也可以氧化酮糖
以D型这样一个果糖为例 通过硝酸的氧化
那么碳1位和碳2位之间的碳-碳键断裂
并进一步形成了这样一个羧酸的结构
同时端位的羟甲基也可以氧化成为羧基
这就形成了这样一个
少一个碳原子的糖二酸结构
那这样一个糖二酸也可以看做是
这个D型的树胶糖 醛糖直接被硝酸氧化
形成的这样一个产物
所以从这一个角度来说
我们也可以通过这样一个反应
来鉴定或者是区别不同的糖的构型
总结一下 酮糖在同样的条件下氧化
它导致的是碳1 碳2键的断裂
那这一个糖 我们也可以看做是D型的异木糖
它的氧化以后形成的产物
怎么说呢 因为它在断裂的氧化醛糖的过程中
我们形成了这样一个糖二酸的结构式
如果我们把它旋转一下 整个碳骨架旋转一下
那么它的结构就变成了 这样一个结构
这一个结构就跟D树胶糖二酸是一样的
所以 由于硝酸能同时氧化两个端位
这也给我们的这样一个构型鉴定
带来了可行的推断信息
由于单糖是多羟基的这样一个醛糖或者酮糖
那么它相应的也能被高碘酸进行氧化
高碘酸可以氧化邻二醇
也可以氧化α羟基的酮
那么碳-碳键会发生相应的断裂
一分子的糖 这是D型的葡萄糖
可以与五分子的这样一个高碘酸进行反应
断裂成为五分子的甲酸和一分子的甲醛
而相应的其它的这样一些多种类型的
构型不一样的D型的甘露糖
也可能发生相应的氧化断裂 形成同样的产物
由于单糖是多羟基醛和多羟基酮
那么它也能发生相应的还原反应
D型葡萄糖与硼氢化钠这个还原剂发生反应
那么端位的醛基变成了羟基
就产生了两个端位的羟甲基的结构
前面再氧化成糖二酸的时候 我们说过
两头的端位的官能团是一致的时候
它可以进行旋转
旋转产生的这一个等价物
它的构型看上去就不那么一致了
但实质上它们是等价物
那这样一个等价物我们可以看做是
这样一个D型的古洛糖经过还原形成的产物
那么对于果糖来说 D型的果糖这是个酮羰基
所以它在硼氢化钠的作用下
还原的时候两个面都可以被进攻
形成的是一对差向异构体
这一对差向异构体分别叫做
山梨醇和甘露醇
甘露醇也可以看做是D型的甘露糖
在硼氢化钠的作用下进行还原生成的
-1.1 概论
--1.1.1 引言
-1.2 有机化学基本知识
-第一章 绪论--1.2 有机化学基本知识
-1.3 有机化合物命名的基本原则
-第一章 绪论--1.3 有机化合物命名的基本原则
-1.4 酸碱理论
-第一章 绪论--第一章章节测试题
-2.1 引言
-第二章 饱和烃:烷烃和环烷烃--2.1 引言
-2.2 烷烃——2.2.1 烷烃的构象
-第二章 饱和烃:烷烃和环烷烃--2.2 烷烃——2.2.1 烷烃的构象
-2.2 烷烃——2.2.2 烷烃的反应
-第二章 饱和烃:烷烃和环烷烃--2.2 烷烃——2.2.2 烷烃的反应
-2.3 环烷烃——2.3.1 引言
-第二章 饱和烃:烷烃和环烷烃--2.3 环烷烃——2.3.1 引言
-2.3 环烷烃——2.3.2 环烷烃的命名
-第二章 饱和烃:烷烃和环烷烃--2.3 环烷烃——2.3.2 环烷烃的命名
-2.3 环烷烃——2.3.3 环烷烃的构象
-第二章 饱和烃:烷烃和环烷烃--2.3 环烷烃——2.3.3 环烷烃的构象
-2.3 环烷烃——2.3.4 环烷烃的反应
-第二章 饱和烃:烷烃和环烷烃--2.3 环烷烃——2.3.4 环烷烃的反应
-第二章 饱和烃:烷烃和环烷烃--HW-第二章章节测试题
-3.1 不饱和烃的概述
-3.2. 烯烃的化学反应
-第三章 不饱和烃:烯烃、炔烃及二烯烃--3.2. 烯烃的化学反应
-3.3 炔烃的化学反应
-第三章 不饱和烃:烯烃、炔烃及二烯烃--3.3 炔烃的化学反应
-3.4 二烯烃——3.4.1 二烯烃的结构
-第三章 不饱和烃:烯烃、炔烃及二烯烃--3.4 二烯烃——3.4.1 二烯烃的结构
-3.4 二烯烃——3.4.2 二烯烃的化学反应
-第三章 不饱和烃:烯烃、炔烃及二烯烃--3.4 二烯烃——3.4.2 二烯烃的化学
-第三章 不饱和烃:烯烃、炔烃及二烯烃--HW-第三章章节测试题
-4.1 芳烃概论
--4.1 芳烃概论
-4.2 芳烃的分类和命名
-4.3 苯的物理性质
-4.4 苯的结构
-4.5 单环芳烃的化学性质
--4.5.5.6 Friedel-Crafts 烷基化反应
--4.5.5.7 Friedel-Crafts 酰基化反应
-4.6 芳环上亲电取代反应的定位效应
-4.7 稠环芳烃
-4.8 非苯芳烃及芳香性
-第四章 芳香烃--4.8 非苯芳烃及芳香性
-第四章 芳香烃--HW-第四章章节测试题
-5.1 手性和对称性
-第五章 对映异构--5.1 手性和对称性
-5.2 含一个不对称碳的化合物
-第五章 对映异构--5.2 含一个不对称碳的化合物
-5.3 含两个及多个不对称碳的化合物
-第五章 对映异构--5.3 含两个及多个不对称碳的化合物
-5.4 环状手性化合物
-第五章 对映异构--5.4 环状手性化合物
-5.5 其他不含不对称碳原子的手性化合物
-第五章 对映异构--5.5 其他不含不对称碳原子的手性化合物
-第五章 对映异构--HW-第五章章节测试题
-6.1 卤代烃的概述
--题目要求
-6.2 亲核取代反应
-第六章 卤代烃--6.2 亲核取代反应
-6.3 消除反应
-第六章 卤代烃--6.3 消除反应
-6.4 与金属的反应
-6.5 不饱和卤代烃
-第六章 卤代烃--HW-第六章章节测试题
-7.1 本章引言
-7.2 核磁共振谱
--7.2.2 核磁共振氢谱——7.2.2.4 氢谱的基本解析
-7.3 质谱
-7.4 红外光谱
--7.4.2 红外光谱与分子结构——7.4.2.1 特征官能团的红外吸收
-7.5 有机波谱综合解析
-第七章 波谱分析在有机化学中的应用--HW-第七章章节测试题
-8.1 引言
--8.1引言
-8.2 醇
-第八章 醇酚醚--8.2 醇
-8.3 酚
-第八章 醇酚醚--8.3 酚
-8.4 醚
-第八章 醇酚醚--8.4 醚
-第八章 醇酚醚--HW-第八章章节测试题
-9.1 引言
--9.1 引言
-第九章 醛和酮--9.1 引言
-9.2 醛、酮的物理性质
-第九章 醛和酮--9.2 醛、酮的物理性质
-9.3.1 醛、酮的反应概述
-9.3.2 醛、酮的亲核加成
-第九章 醛和酮--9.3.2 醛、酮的亲核加成
-9.3.3 醛、酮α-氢的反应
-第九章 醛和酮--9.3.3 醛、酮α-氢的反应
-9.3.4 醛、酮的氧化还原反应
-第九章 醛和酮--9.3.4 醛、酮的氧化还原反应
-9.4 α、β-不饱和醛、酮的化学反应
-第九章 醛和酮--9.4 α、β-不饱和醛、酮的化学反应
-9.5 醛、酮的制备
-第九章 醛和酮--HW-第九章章节测试
-10.1 概论
--10.1 概论
-10.2 羧酸的结构、分类和命名
-10.3 羧酸的物理性质和波谱特征
-10.4 羧酸的化学性质
-10.5 羧酸衍生物的结构与命名
-10.6 羧酸衍生物的物理性质和波谱特征
-10.7 羧酸衍生物的化学性质
-10.8 羟基酸的分类和命名
-10.9 羟基酸的化学性质
-10.10 β-二羰基化合物
-10.11 α-卤代酸及其衍生物
-10.12 羧酸的制备
-10.13 专题:油脂 蜡 磷脂
-11.1 绪论
--本章引言
-11.2 胺
--11.2.1
--11.2.2
--11.2.3.1
--11.2.3.2
--11.2.3.3
--11.2.3.4
-11.3 硝基化合物
-11.4 腈
-11.5 异腈
-11.6 重氮化合物
-11.7 偶氮化合物
-11.8 本章小结
-12.1 杂环化合物概述
--12.1概述
-12.2 吡咯、呋喃、噻吩
-12.3 吲哚 (苯并吡咯)
-12.4 吡啶
-12.5 喹啉、异喹啉 (苯并吡啶)
-12.6 含氧六元杂环
-12.7 多杂原子五元环、六元环介绍
-第十二章 杂环化合物--HW-第十二章章节测试题
-13.1 有机合成基础-part 1
-第十三章 有机化学专题--13.1 有机合成基础-part 1
-13.1 有机合成基础-part 2
-第十三章 有机化学专题--13.1 有机合成基础-part 2
-13.2 重排反应在实际有机合成中的应用
-13.3 碳水化合物-part 1
-13.3. 碳水化合物-part 2
--13.3.3.4 单糖的反应——醛糖的递升与递降反应及酮糖的特殊反应
-13.3. 碳水化合物-part 3
-13.3 碳水化合物-part 4
-13.4 氨基酸与多肽
-期中考试--二、 选择题
-期中考试--一、判断题
-期末考试--期末考试试题