多羟基醛或多羟基酮及其缩合物和某些衍生物的总称。糖是自然界中一类重要的天然物质，广泛存在于植物、动物和微生物中。由于当初发现这类化合物都可以用C_n（H₂O）_n这一通式表示，因此将这类物质称为碳水化合物。但后来发现符合这一通式的化合物不一定都是糖，如乙酸（C₂H₄O₂）；相反，有些糖分子却并不符合上述通式，如鼠李糖（C₆H₁₂O₅）、石藻糖（C₆H₁₂O₅），所以用碳水化合物一词代替糖是不十分恰当的。

按照糖的结构和性质，可分为三类。

单糖

为多羟基醛或酮，不能水解成更简单的糖。

低聚糖

水解时生成2—10分子单糖的化合物，统称为低聚糖。

多糖

水解时生成的单糖分子在10以上的都叫做多糖。在生物体内最重要的糖是纤维素、淀粉与糖原。此外下列各类糖都有其重大意义：甘油、赤藓糖、D-核糖、脱氧核糖、木糖、L-阿拉伯糖、葡萄糖、甘露糖、山梨糖、蔗糖、麦芽糖、乳糖、纤维二糖、棉子糖、果胶、海藻糖、菊糖、半纤维素、粘多糖、甲壳质等。

单糖的化学结构

根据分子中所含碳原子数目而分为丙糖、丁糖、戊糖、己糖等。含醛基的单糖为醛糖；含酮基的单糖称为酮糖。其通式为：

糖类

最简单的单糖是甘油醛和二羟丙酮

糖类

任何单糖的构型，都是由甘油醛和二羟丙酮派生的。由于糖的构型有D-构型与L-构型之分。即凡分子中靠近伯醇基（CH₂OH）的仲醇基（CHOH）中的羧基如在分子的右方者，称D-糖。在左方者则称L-糖。所以又有D-醛糖和L-醛糖，D-酮糖和L-酮糖之分。该基团上的碳原子叫不对称碳原子。近年来，化学家提出一种顺序法则用R代替D。S代替L。

糖类

在单糖中，不对称碳原子数的增加，会使其光学异构物数目增加。范特霍夫最早提出光学异构体的可能数目为2ⁿ（n为不对称碳原子数）。根据这种方法，D-甘油醛可衍生出2个D-丁糖，4个D-戊糖，8个D-己糖的异构体。同理，L-甘油醛亦可能衍生出同样数目的L-型单糖。D-型与L-型的单糖，互为对映体。单糖在结构上除有链状结构之外，尚有环状结构如：

糖类

为此，己醛糖（D-葡萄糖）和己酮糖（D-果糖）的结构又可写成下式：

糖类

由于环式第一碳原子是不对称碳原子，因而与其相连的H和OH基的位置有两种可能排列方式（即OH基在左边或右边），从而有两种构型。决定α-、β-型的依据和决定一个糖的D-，L-构型的依据相同，是以糖分子上的半缩醛羟基（即C₁上的OH）和糖分子末端-CH₂OH基部近碳原子的OH基的位置而定。若同侧的称α-型，异侧的称β-型。

糖类

糖类

上述环式为费雪（Fischer，E.）所指出，但为了更准确的反映糖分子的主体构型，哈尔斯（Haworth）提出另一种糖类的环状结构的书写方式，即将吡喃糖式写成六角平面形，呋喃糖式写成五角平面形。

糖类

70年代中期X-射线研究证明，吡喃型半缩醛环具有稳定的椅式构象。

在所有的D-己醛糖中，只有这一种化合物具有这样的构象。

低聚糖的化学结构

常见的低聚糖有蔗糖、麦芽糖、乳糖、纤维二糖和棉子糖。前四种为双糖棉子糖为三糖。除蔗糖为非还原糖，其余均为还原糖。它们的化学结构如下：

糖类

糖类

蔗糖（1-α-D吡喃葡萄糖-β-D-呋喃果糖苷）

糖类

麦芽糖（α-D-葡萄糖（1·4）D-吡喃葡萄糖苷）

糖类

糖类

棉子糖（α-吡喃半乳糖（1·4）α-吡喃葡萄糖β-呋喃果糖）。

多糖的化学结构

多糖分子结构非常复杂，在生物体中占有很大的部分，一般分二类：一类是构成动植物骨架结构的不溶性的多糖，如纤维素、半纤维素、甲壳质等。另一类是贮藏的营养物质，如淀粉糖原、菊糖等。

纤维素是植物支撑物质。木材含纤维素50%左右。亚麻含纤维素约80%，棉花含纤维素90%以上。

糖类

淀粉是植物中最重要的贮存多糖。淀粉粒的形状因植物种类不同而有所差异。米中含淀粉量为60—80%，麦粒为57—75%，玉米种子含65—72%，马铃薯块茎为12—14%。用热水处理，可溶化的部分称直链淀粉，约占淀粉的10—20%，不溶化的部分称支链淀粉，约占淀粉的80—90%。直链淀粉由右旋葡萄糖的α-1·4糖苷键所联接的直链螺旋分子，支链淀粉由右旋葡萄糖生成的。具支链结构，大部分是α-1·4糖苷键连结而成，小部分是α-1·6糖苷键所组成，它们的化学结构如下图：

A.直链淀粉的螺旋形结构

B.支链淀粉葡萄糖的结合方式

C.支链淀粉示意图

糖原是动物体的储备糖，所以又叫动物淀粉。其结构与支链淀粉相似，但分枝更多。糖原中的葡萄糖残基的大部分是以α-1·4糖苷键连结，分枝点是以α-1·6糖苷键结合。

一切糖类都具不对称碳原子，所以都具有旋光性，旋光性测定是鉴定糖的一个重要措施。当一个旋光物质通过尼克棱镜时，由于棱镜的结构，通过的总是沿某一平面振动的光波，而其他光波都被遮断。对通过的这种光叫“平面偏振光”。当这种光通过旋光异构物溶液时，其偏振面会向右（顺时针方向）或向左（逆时针方向）旋转。通常以（+）与（-）号来表示旋光方向。将糖溶解在水中，放置一段时间之后，其比旋被改变的现象，称作变旋。许多单糖的水溶液都有变旋现象。

糖类

为了区别这两种糖，因此，将比旋+112.2°的叫作α-D（+）葡萄糖，而+187°的叫作β-D（+）葡萄糖。一些主要糖在20℃旋光时〔（α）_D²⁰〕的比旋度如下页表。

糖类

各种单糖甜度不一，常以蔗糖的甜度为100，进行比较，测得一些糖的相对甜度为：木糖甜度为40、葡萄糖甜度为74、果糖甜度为173、半乳糖甜度为32，麦芽糖甜度为32，乳糖甜度为16。

由于单糖的结构为多羟基醛和多羟基酮，因此其化学性质具醇羟基和羰基的性质。单糖的主要化学反应有：

酯化作用

单糖与酸作用时可生成酯。重要的糖酯是磷酸酯。

糖类

糖苷形成作用

糖分子上的还原性基团（半缩醛羟基）与其他含有羟基的物质缩合而成的化合物，叫糖苷。又称苷或配糖物。在生物化学上具有重要意义的是核苷（由核糖与嘌呤或嘧啶形成的糖苷）、脱氧核苷，以及多种葡萄糖的苷（如苦杏仁苷）。

脱水作用

单糖与强酸共热，脱水产生糖醛及其衍生物。利用这一性质，可以鉴定糖。如莫利西试验根据α-萘酚与糖醛或羟甲基糠醛作用可生成紫色。证明糖的存在，又如西利万诺夫试验根据间苯二酚与盐酸遇酮糖呈红色、遇醛糖呈很浅颜色这一特性，可鉴别酮糖与醛糖。

糖类

氧化作用

单糖含有自由的醛基或酮基，在不同氧化条件下，可被氧化成不同的产物。如与弱氧化剂（硫酸铜的酒石酸钾钠碱性溶液）作用，则单糖被氧化，而氧化铜被还原成氧化亚铜。

糖类

测定氧化亚铜的生成量，即可知糖的含量。（本尼狄克特氏反应，菲林氏反应）。

糖类

其他还有醛糖与溴水（pH=6.0）可氧化成糖酸；醛糖与稀硝酸作用氧化成糖二酸。

还原作用

单糖在还原剂（钠汞齐或硼氢化钠）的作用下，可还原成糖醇。

糖类

水解作用

蔗糖、麦芽糖、乳糖、纤维二糖以及棉子糖等低聚糖均可与稀酸或酶水解而变成相应的单糖。淀粉在酸或酶水解时，最终生成D（+）葡萄糖或麦芽糖。随水解程度的不同而得到不同的产物。

糖类

纤维素与酸共热可得D（+）葡萄糖或纤维二糖。工业上常采用稀硫酸、在高温、高压之下将木材水解，从而得20%葡萄糖。糖原水解与淀粉相似。