瓜尔胶多糖分子结构的教学方法探讨，瓜尔胶是一种分子结构较为复杂的多糖大分子物质，是食品化学的教学内容之一.瓜尔胶具有增稠和 形成凝胶等重要性质，在食品加工中有广泛用途.在教学过程中，学生往往感到困惑的是瓜尔胶的分子结 构，为了帮助学生掌握瓜尔胶的分子结构，要首先从甘露糖和半乳糖这两种单糖的结构讲起，说明单糖为 什么会有D-和L-异构体，为什么会形成环状结构，为什么有些羟基在环的上方，有些羟基在环的下方，为 什么会有a和P异构体出现，单糖环状结构上的碳原子是如何编号，以及编号对于弄明白多糖分子结构的 意义，以及单糖环状结构上的羟基活性的差异.
1甘露糖的分子结构
D-甘露糖的Fisher投影结构式〜如图1所示.
1CH0
I
H0-C-H LI
H0-C-H
H-C-0H
4
H-C-0H
CH20H
6
图1 D-甘露糖的投彩结构式
首先给分子中的碳原子编号，目的是为了确定碳链上羟基(0H)等取代基的位置.编号是从醛基上的碳 原子开始，从上到下，依次编号.醛基(CH0)所在的碳原子是第1个碳原子,羟甲基(CH20H)所在的碳原子 是第6个碳原子.甘露糖名称前的D表示从正前方看，甘露糖分子中的第5个碳原子(不对称碳原子)上的 羟基(0H)在碳链的右侧.如果第5个碳原子(不对称碳原子)上的羟基(0H)在碳链的左侧，就在甘露糖名
收稿日期=2013-05-23
作者简介：赵世民（1956-),男，陕西洛川人，韶关学院英东食品科学与工程学院教授，博士，主要从事食品化学方面的研究.
称前冠以L，D-甘露糖和L-甘露糖是一对对映异构体，在甘露糖名称前分别冠以D-和L-,以区别这两种 不同的分子结构.
在此基础上，进一步指出，由于D-甘露糖属于醛类物质，而分子中的醛基是一种非常活泼的基团，具有 很强的反应活性，很容易与含有羟基的物质，比如醇类物质发生羟醛缩合反应.即醛分子中的羰基与醇分子 中的羟基发生加成反应，羰基中的碳氧双键打开，羟基中的氢氧单键打开，然后羟基中的氧原子和氢原子 分别与羰基中的碳原子和氧原子结合.又由于D-甘露糖分子内即含有醛基又含有羟基，所以，只要两个基 团之间的空间位置合适，就会发生分子内羟醛缩合反应.那么D-甘露糖分子内的醛基究竟会与哪一个位置 上的羟基发生分子内羟醛缩合反应呢？从几何学的角度分析，如果形成六元环，则各个化学键之间的张力 最小，于是可以将上面D-甘露糖分子的开链结构式在纸平面内沿顺时针方向旋转90度，然后按图2的方
式弯折成环状u].
图2环状D-甘露糖分子的开链结构式
此时可以发现，第2个碳原子和第3个碳原子上的羟基(OH)自然就处在了环的上方，而第4个碳原子 和第5个碳原子上的羟基(OH)自然就处在了环的下方.将第4个碳原子与第5个碳原子之间的碳碳单键 (C4一C5)沿逆时针方向旋转120度,这样第5个碳原子上的羟基(OH)与第1个碳原子所在的羰基就比较 靠近，容易接触，然后它们之间发生羟醛缩合反应，形成六元环状半缩醛结构.又由于形成六元环后，第1个 碳原子变成了不对称碳原子,那么就会出现对映异构现象，第1个碳原子上新形成的半缩醛羟基(〇H)会有 两种取向，一种情况是半缩醛羟基(OH)在六元环的下方，另一种情况是半缩醛羟基(OH)在六元环的上方。
为了区分这两种不同的对映异构体，分别在其名称前加上a-和(3-，以示区别.又由于；c-射线衍射 证明，以上六元环上的五个碳原子和一个氧原子并不在一个平面上，真实的结构是第2、3、5个碳原子 及氧原子在一个平面上，第1个碳原子在该平面的下方，第4个碳原子在该平面的上方，于是有图4
所示的结构式.
图4两种环状D-甘露糖的构象式
把图4的结构叫做甘露糖分子的构象式，构象式反映了甘露糖分子中各个原子的真实空间排布.又由 于甘露糖分子中的六元环结构与吡喃的分子骨架相似，所以甘露糖的名称又分别叫a-D-吡喃甘露糖和
0H
P-D-吡喃甘露糖 两种环状D-甘*糖的简化构象式
P-D-吡喃甘露糖.进一步指出，为了使吡喃甘露糖的分子结构更加清晰明了，瓜尔胶多糖分子结构的教学方法探讨，有时候将吡喃甘露糖构象式 中的氢原子和碳原子省略，如图5所示.
在吡喃甘露糖的环状分子结构中，与环上的碳原子相连的羟基(0H)或者羟甲基(CH2OH)，与环上的碳 原子之间的化学单键，有两种空间状态，一种是直立键，比如在P-D-吡喃甘露糖分子中与第2个碳原子相 连的羟基(0H).另一种是平伏键，比如在P-D-吡喃甘露糖分子中与第3、4个碳原子相连的羟基(0H)，以 及与第5个碳原子相连的羟甲基(CH2OH).此外，在a-D-吡喃甘露糖分子中，半缩醛羟基(0H)也是直立 键，在(i-D-吡喃甘露糖的分子中，半缩醛羟基(0H)是平伏键.因为平伏键与其它相邻的化学键相距较远一 些，相互之间的排斥作用会小一些,所以在分子中，羟基(0H)和羟甲基(CH2OH)都尽可能采取平伏键，这样 以来整个分子的稳定性高，尤其是，在各种单糖分子中，羟甲基(CH2OH)这一大基团总是采取平伏键.自此 我们基本讲清楚了 a-D-吡喃甘露糖和|3-D-吡喃甘露糖的分子结构.
2 D-半乳糖的分子结构
同样，根据图6的D-半乳糖的开链结构气运用与吡喃甘露糖类似的分析方法，得出a-D-吡喃半乳糖
的构象式，如图7所示.
iCHO
I
H-C-OH 11
HO-C-H
HO-C-H
4|
H-C-OH
51
CH2OH
6
图6 D-半乳糖
3瓜尔胶多糖的分子结构
在弄清楚了 P-D-吡喃甘露糖和a-D-吡喃半乳糖的构象式后，结合六元环上原子的编号，就比较容易
顺理成章地弄明白瓜尔胶多糖的分子结构.瓜尔胶多糖是一种由许多P-D-吡喃甘露糖和a-D-吡喃半乳 糖形成的半乳甘露聚糖，分子主链是由许多P-D-吡喃甘露糖相互之间通过1—4糖苷键连接而成，瓜尔胶多糖分子结构的教学方法探讨，在分子 主链上，部分P-D-吡喃甘露糖的第6个碳原子处，通过糖苷键连接了一个(X-D-吡喃半乳糖，此a-D-吡喃 半乳糖构成瓜尔胶多糖的支链™为了清晰地表述以上瓜尔胶多糖的分子结构，让一分子(3-D-吡喃甘露糖 (A)保持以上结构，而让另一分子p-D-吡喃甘露糖(B)以穿过分子的一条水平线为轴，旋转180度，然后让 前一分子(A)中第1个碳原子上的半缩醛羟基与后一分子(B)中第4个碳原子上的羟基，通过糖苷键连接在 一起，这就构成了瓜尔胶多糖分子主链的基本结构单元，如图8所示.
图8瓜尔胶多糖的分子主链
在瓜尔胶多糖分子主链上，P-D-吡喃甘露糖(A)的第6个碳原子上的羟基(OH),与a-D-吡喃半乳糖 的半缩醛羟基，通过糖苷键连接在一起，就构成了瓜尔胶多糖的分子支链，如图9所示.
4结语
大量的瓜尔胶多糖分子的结构单元连接在一起，就构成了瓜尔胶多糖大分子.通过以上由简到繁，循序 渐进的推导，学生很容易就掌握了瓜尔胶多糖大分子结构.运用同样的方法，学生基本上能够自主学习和掌 握黄原胶和卡拉胶等多糖的分子结构.
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