生物学中的手性 6.-丰都县智愚河畔环境技术工作室

【生物学中的手性 6.】

（6. 糖类化合物的手性 — 单糖）

最简单的单糖有丙醛糖（甘油醛）和丙酮糖，因为它们有醛基和酮基官能团，且有一个带羟基的不对称碳原子，所以各有一对手性对映体。接下来增加碳链按天干命名的还丁糖、戊糖、已糖等单糖，都是有手性的，且有多对手性对映体。

最重要的单糖为戊糖和已糖，戊糖有五个碳原子的碳链，且有一个4个羟基和一个醛基（或者酮基），那么如果写成直链式就应有3个不对称碳原子，可能有2³个手性异构体，各构成4对手性对映体。已糖有六上碳原子的碳链，有5个羟基和一个醛基（或者酮基），如果写成直链式就应有4个不对称碳原子，可能有2⁴个手性异构体，各构成8对手性对映体。在水溶液中，戊糖和已糖都形成相应的五元杂环（呋喃环）和六元杂环（吡喃环），且因为半缩醛（或半缩酮）上第一个碳原子上的羟基伸向不同而成为异头碳，这样就形成了α（1、2位上羟基同伸向）和β（1、2位上羟基反伸向）的变旋异构体。这α和β的环状异构体在水溶液中可以互变最终达到平衡，所以它们的水溶液的平衡旋光度与与其两者的最初旋光度不同。比如吡喃葡萄糖的旋光度是+113.4°，而吡喃葡萄糖的旋光度是+53°，但这两者配置的溶液久置后的平衡旋光度都是+19.7°，原因是因为变旋现象，最终是使和在水溶液中达到固定百分比的平衡。

具体的讲，在自然界存在最多且对生命体系最为重要的是三种单糖：

（1）核糖属于戊醛糖C₅H₁₀O₅，共有三个不对称碳原子，同样以甘油醛确定D/L构型规则，可以确定有D型和L型；戊醛糖应有8个对映异构体，即4对对映体，天然存在的只有D-(-)-核糖，即D型左旋糖。在水溶液中，醛基与第4碳原子的醇羟基相互作用形成半缩醛而构成五元呋喃环，同样有α-D-(-)-呋喃核糖和β-D-(-)-呋喃核糖。其平衡比旋度为-20.8°。若其第2碳原子的醇羟基脱去氧原子，则为脱氧核糖，同样有α-D-(-)-和β-D-(-)-两种“异头”构型（见上图）。

（2）葡萄糖属于已醛糖C₆H₁₂O₆，按直链式看，共有四个不对称碳原子，以甘油醛确定D/L构型规则，最下面的手性碳原子的羟基在右边的为D型，在左边的为L型；已醛糖理论上有16个对映异构体，其中 8个D型，8个L型，但天然存在的只有D-(+)-葡萄糖，即D型右旋糖。在水溶液中，醛基与第5碳原子的醇羟基相互作用形成半缩醛而构成六元吡喃环，此时环状葡萄糖增加一个不对碳称原子(在1位上或称头位上)，就有了两个非对映异构体。碳1、2位上的羟基在同侧为α-D-(+)-吡喃葡萄糖(比旋度+113.4°)，在异侧为β-D-(+)-吡喃葡萄糖(比旋度+19.7°) 。由于变旋现象，稳定后的葡萄糖的平衡比旋度为+53° (α-和β-葡萄糖各占36%和64%) （见中图）。