结构生物化学/碳水化合物/醛糖

一般信息

醛糖包含一个醛，并连接两个或多个羟基，其中一个羟基位于与醛相反的末端。醛糖是一种单糖，它是参与核酸形成的关键手性分子。醛糖最简单的两种形式是 L-甘油醛和 D-甘油醛，它们是具有三个碳的结构，每个结构都包含一个醛和两个羟基。 L 和 D 符号用于表示最远端与醛基不对称碳的两种不同构型。

D-核糖

在下图中，显示了常见的 D-醛糖。

包含三个、四个、五个和六个碳原子的 D-醛糖，（1）D-(+)-甘油醛；（2a）D-(−)-赤藓糖；（2b）D-(−)-苏糖；（3a）D-(−)-核糖；（3b）D-(−)-阿拉伯糖；（3c）D-(+)-木糖；（3d）D-(−)-来苏糖；（4a）D-(+)-阿洛糖；（4b）D-(+)-艾杜糖；（4c）D-(+)-葡萄糖；（4d）D-(+)-甘露糖；（4e）D-(−)-古洛糖；（4f）D-(−)-艾多糖；（4g）D-(+)-半乳糖；（4h）D-(+)-塔罗糖

D-醛糖家族树.jpg

半缩醛

醛和酮中的羰基可以与一个醇分子反应形成半缩醛。醇中的“-OR”基团会攻击醛或酮中的羰基碳，从而断裂“C-O”双键。质子转移（可能是分子内的或通过溶剂）将完成反应。半缩醛的形成可以是酸催化或碱催化的。然而，在酸性条件下，当醇过量时，羰基可能再次反应以形成缩醛。以下两个图示了碳水化合物中发现的半缩醛和缩醛的例子。

葡萄糖分子费歇尔投影中显示的红色箭头简要概述了半缩醛形成的机制。醛中的氧标记 (*) 指示环形成后氧的位置，每个立体中心的数字指示每个碳的位置。

半缩醛形成

环形结构

大多数糖形成环状结构，它们比开链形式更稳定。为了使环形结构形成，醛可以与醇反应形成半缩醛。碳水化合物可以形成五元环或六元环，具体取决于哪个羟基经历半缩醛形成。五元环称为呋喃糖，而六元环称为吡喃糖。当 C4 上的羟基与羰基反应时，会形成呋喃糖，而当 C5 上的羟基反应时，会形成吡喃糖。这形成了环状结构中的分子内半缩醛。在碳水化合物中，环状结构中的半缩醛/缩醛碳（C1）称为异头碳。该碳可以根据图中 (*) 标记的氧的位置标记为 α 或 β。如果图中 (*) 标记的氧位于环上方，则异头碳标记为 β。如果位于下方，则标记为 α。以下是葡萄糖分子形成五元环的过程