结构生物化学/碳水化合物/单糖/单糖立体化学
甘油醛是命名单糖的基础，因为它是最简单的单糖，只有一个不对称碳原子。(+)-甘油醛被任意命名为 D-对映异构体（在绘制为费歇尔投影时，羟基位于右侧）。直到许多年后，才获得了与光学旋转匹配的结构证明。
(+) 对映异构体使平面偏振光顺时针旋转（也称为右旋，缩写为 d），而 (-) 对映异构体则使它逆时针旋转（左旋，或 l）。这必须通过实验确定。
D 和 L 对映异构体是指分子的构型立体化学。L 异构体的羟基连接到最远离羰基的不对称碳原子的左侧，而 D 异构体的羟基位于右侧。许多天然存在的糖是 D 异构体，但也有例外，例如阿拉伯糖和鼠李糖。这种命名法系统不一定与光学旋转相同（D 和 L 与 d 和 l 不同）。换句话说，D 和 L 构型不能完全指定绝对立体化学，而是根据异头碳中心及其方向与甘油醛的比较来确定的，甘油醛是最基本的和最简单的手性糖分子。它主要存在于醛糖中，不存在于酮糖中。
与根据 D 和 L 命名糖一样，最远离羰基的不对称碳原子是决定名称的碳原子。
所有 D 糖都是 R 异构体，因为它们都具有连接到最后一个不对称碳原子的右侧的羟基。根据卡恩-英戈尔德-普雷洛格规则，命名立体化学，羟基始终优先级为 1，伯醇的碳（末端碳）始终优先级为 3，其余碳链优先级为 2，留下氢为优先级 4（如下所示）。当羟基位于右侧时，感兴趣的碳原子始终是 R 异构体。
右侧的示例显示了 D-葡萄糖，其中每个取代基的优先级按数字编号。当旋转到沿 C-H 键向下查看时，优先级按顺时针方向递减，因此该立体中心指定为 R。然而，对于 D-葡萄糖的对映异构体，优先级按逆时针方向递减，表明该立体中心指定为 S。
赫尔曼·埃米尔·费歇尔通过一系列关于核糖的实验，展示了糖中的立体化学构型关系。在进行此实验时，他们只有光学旋转来确定立体化学。光学旋转将 (+) 分配给一个对映异构体，将 (-) 分配给另一个对映异构体。但是，对于所有手性糖，没有 (+/-) 和 (R/S) 的直接相关性。例如，对于特定糖，R 形式可能为 (+)，而 S 形式为 (-)，但在另一种糖中，R 可能为 (-)，而 S 形式为 (+)。费歇尔能够操纵一系列反应来分配糖之间的立体化学。起初，他只是假设实验阿拉伯糖的倒数第二个位置处于 R 构型。他有一个 50/50 的机会选择正确的构象，如果在将来，实验阿拉伯糖被证明处于 L 形式，那么他的所有数据仍然相对正确，只是反转。幸运的是，阿拉伯糖后来被证明处于 D 构象。
在基利安-费歇尔合成条件下，阿拉伯糖会产生两种差向异构糖，甘露糖和葡萄糖。虽然仍然不知道哪一个是葡萄糖，哪一个是甘露糖。
通过向阿拉伯糖中添加 HNO¬¬3，阿拉伯糖将被氧化成光学活性的醛糖酸。从一组 R 倒数第二个构型得到的四种可能的醛糖酸衍生物中，两种被淘汰，因为它们没有光学活性。剩下的两种候选物的 C2 具有相同的 S 立体中心构型。
可能的醛糖酸
接下来，甘露糖和葡萄糖被 HNO3 氧化。甘露糖酸和葡萄糖酸也具有光学活性。只有一个未知的立体中心，每种糖都有两种可能的醛糖酸形式。在葡萄糖和甘露糖的总共四个预测中，其中一种醛糖酸是内消旋的，因此不能是甘露糖酸或葡萄糖酸。甘露糖酸和葡萄糖酸应该具有相同的立体中心，除了反转的 C2 立体中心。当以下模型之一被拒绝时，其 C4 处于 S 构型的另一个模型也被拒绝。下面，两个圈起来的醛糖酸是甘露糖酸和葡萄糖酸。
费歇尔证明的最后部分是弄清楚哪一个是葡萄糖。费歇尔证明的最后一个线索是，虽然葡萄糖酸可以从两种糖中衍生，但甘露糖酸只能从甘露糖的氧化中衍生，因为甘露糖酸是旋转对称的。
葡萄糖酸
甘露糖酸
霍沃思投影用于表示环状半缩醛。以下步骤是将单糖转换为环状半缩醛。
- 选择氧原子的位置
- 氧原子位于环的后面右侧（对于六元环）。
- 氧原子远离观察者（对于五元环）。
- 氧原子的左侧是 C5，羟甲基向上绘制。
- 氧原子的右侧是 C1，羟基向上或向下绘制，取决于 α 或 β 结构。
- 费歇尔投影图右侧的 –OH 基团向下绘制。
- 费歇尔投影图左侧的 –OH 基团向上绘制。
如果这些位置互换，您将得到甘油醛的 L (-) 对映异构体。对于 单糖，D 和 L 将分别用作 R 和 S 的前缀，用于立体化学。所有其他单糖的立体化学可以通过比较它们的费歇尔投影与 D-(+)-甘油醛来确定。这可以通过检查单糖中距离末端碳最远的立体中心（编号最高的立体中心）并将其构型与甘油醛进行比较来实现。也就是说，如果羟基在右侧，它将被命名为 D-，如果羟基在左侧，它将被命名为 L-。需要注意的是，对于除甘油醛以外的所有单糖，D 和 L 标记不一定说明其旋光性。例如，D-葡萄糖和 D-古洛糖都已分配到 D 立体化学标记，因为它们在费歇尔投影中，编号最高的立体中心（距离羰基最远的手性中心）的羟基在右侧，尽管葡萄糖具有正（右旋）旋光性，而古洛糖具有负（左旋）旋光性。
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己糖和戊糖可以转化为环状吡喃糖或呋喃糖。当这些单糖在它们的线性形式和环状形式之间转换时，C5 或 C6 碳上的羟基可以在 C1 的羰基的任一侧连接（如上图所示）。如果羟基指向与 CH2OH 基团相反的方向，则环处于其 α 形式。然而，如果它指向相同的方向，则环处于其 β 形式。
如果两种非相同的单糖属于同一类型（要么都是醛糖，要么都是酮糖），在它们编号最高的立体中心处具有相同的立体化学，并且具有相同的碳数（即都是四糖），则称它们为非对映异构体。这是因为在它们编号最高的非对称碳处具有相同的立体化学，确保了两种非相同的单糖不会彼此互为镜像，因此不是对映异构体。两种非对映异构体的单糖，它们仅在一个非对称碳处具有不同的立体化学（该碳不能是编号最高的非对称碳），被称为差向异构体。例如，(D-葡萄糖和 D-甘露糖) 和 (D-葡萄糖和 D-半乳糖) 都是差向异构体和非对映异构体。
已转化为吡喃糖或呋喃糖的己糖和戊糖由于其碳的四面体几何形状而呈现椅子形、船形或信封形构象。吡喃糖环可以形成椅子形或船形构象异构体（构象异构体），而呋喃糖环则呈现信封形（也称为半船形）构象。单糖中碳上的取代基现在处于轴向或赤道位置。有利的构象异构体将是立体阻碍最小的那个，通常将大多数较大的取代基放在赤道位置，因为同一侧环上的轴向位置的取代基会产生立体阻碍。吡喃糖环的椅子形构象也可以发生翻转，这会将取代基的取向从轴向变为赤道，反之亦然，从而产生另外的构象异构体。六元环的椅子形构象是最有利的，因为它减少了两个碳取代基之间的立体干扰。船形和信封形构象并不存在，但理论上它们充当中间结构，短暂存在于环翻转转变之间，在环翻转转变中，轴向取代基变为赤道，反之亦然。
费歇尔立体化学证明：http://nebula2.deanza.edu:16080/~gray/pages/chem_12c.html 图像是在 ChemArt 程序和 Paint 上完成的