高中化学选修1之知识讲解_生命的基础能源—糖类-

生命的基础能源—糖类

【学习目标】

1、了解糖类的组成和分类；

2、掌握葡萄糖的结构简式和重要性质，了解其在人体内的储存方式和氧化分解的生理意义；

3、了解淀粉在人体内的水解吸收过程；

4、了解纤维素的生理功能。

【要点梳理】

要点一、糖类概述

1．糖的来源

糖类是绿色植物光合作用的产物，例如：

2．糖与我国居民食物的关系

人们每天摄取的热能中大约有75%来自糖类。

含糖食物与含糖量

3．糖的组成：糖类是由C、H、O三种元素组成的一类有机化合物。大多数糖可以用通式C n(H2O)m表示，因此以前又将糖称为碳水化合物。

要点诠释：

（1）通式只表示糖的组成，并不反映糖的结构——糖中不存在水分子。

（2）大多数糖类的组成可以用通式C n(H2O)m表示，其中m和n的值可以相同，也可以不同。

（3）通式的使用有一定的限度：有些糖不符合该通式，如鼠李糖（C6H12O5）；甲醛（CH2O）、乙酸（C2H4O2）符合该通式，但不属于糖类。

（4）糖类不是指有甜味的物质。淀粉、纤维素属于糖类，但无甜味。

（5）糖类从结构上看一般为多羟基醛或多羟基酮，以及能水解生成它们的化合物。

4．糖的分类

以水解情况进行分类，糖类可分为单糖、二糖和多糖。

（1）单糖：不能水解的糖。如葡萄糖、果糖等。

（2）二糖：每摩水解能得到两摩单糖的糖。如蔗糖、麦芽糖、乳糖等。

（3）多糖：每摩能水解得到生成多摩单糖的糖。如淀粉、纤维素等。

要点二、葡萄糖是怎样供给能量的

1．葡萄糖所属类型及存在

葡萄糖是最重要、最简单的单糖，在自然界中分布十分广泛，存在于葡萄等带甜味的水果里。

2．葡萄糖的物理性质

纯净的葡萄糖是一种白色晶体，有甜味，能溶于水。

3．葡萄糖的分子组成与结构

分子式：C6H12O6

结构简式：CH2OH—CHOH—CHOH—CHOH—CHOH—CHO，简写成CH2OH(CHOH)4CHO

要点诠释：葡萄糖分子中含有多个羟基（-OH）和醛基（-CHO），属于多羟基醛，所以其具有还原性，同时具有醇的一般化学性质。

4．葡萄糖的还原性

实验名称：葡萄糖的银镜反应

实验步骤：

（1）配制银氨溶液：在洁净的试管里加入1mL2%AgNO3溶液，然后一边振荡试管，一边逐滴滴入2%稀氨水，到最初产生的沉淀恰好溶解为止（这时得到的溶液叫做银氨溶液）。

（2）向上述所得的银氨溶液中加入1mL10%葡萄糖溶液，振荡，然后放在水浴中加热3～5min，观察现象。

实验现象：试管内壁有银镜生成。

实验结论：葡萄糖与银氨溶液在水浴加热的条件下发生化学反应，生成银镜。葡萄糖分子里有醛基，具有还原性。

有关反应方程式：

Ag++NH3·H2O=AgOH↓（白色）+NH4+

AgOH+2NH3·H2O=[Ag(NH3)2]++OH-+2H2O

CH2OH(CHOH)4CHO+2Ag(NH3)2OH CH2OH(CHOH)4COONH4+2Ag↓+H2O+3NH3

葡萄糖酸铵

要点诠释：

a．银氨溶液应现配现用。

b．反应在碱性条件下进行，并进行水浴加热，不能直接加热。

c．实验后附着银镜的试管可用稀HNO3洗涤。

d．利用葡萄糖与银氨溶液的反应可制镜或制保温瓶胆。

5．葡萄糖是人体内最重要的供能物质

粮食中的糖类在人体中能转化成葡萄糖而被吸收。葡萄糖被人体代谢吸收的三种途径如下：

（1）一部分葡萄糖在体内被氧化分解，最终生成二氧化碳和液态水，同时释放能量：

C6H12O6 (s)+6O2 (g)—→6CO2 (g)+6H2O (1)+能量。

（2）另一部分葡萄糖被肝脏、肌肉合成糖元而储存起来，当血液中的葡萄糖低于正常值时（正常人的血液中血糖质量分数约为0.1％），肝脏中的肝糖元可以转变为葡萄糖，并补充到血液中，以维持血糖浓度的相对稳定。肌肉中的肌糖元是肌肉内能量的储备形式之一，它的含量与人体运动能力有密切关系。运动时需要供能，机体首先消耗糖，肌糖元经过几步反应转化为葡萄糖，然后氧化释放能量，供给肌肉运动使用。

（3）还有一部分葡萄糖可以转变成脂肪，储存在脂肪组织中。

要点诠释：

a．糖供能的优点是易于消化吸收，易于被利用。人体的糖储备直接影响人体的运动能力。

b．过多食用糖类如淀粉等容易使人发胖。

要点三、淀粉是如何消化的

1．淀粉的存在

淀粉主要存在于植物的种子或块根里，其中谷类含淀粉较多。例如，大米含淀粉约80%，小麦含淀粉约70%，马铃薯含淀粉约20%。

2．淀粉所属类型与分子组成

淀粉是一种重要的多糖，其分子式为(C6H10O5)n，其中n值为几百到几千。淀粉是一种相对分子质量很大的天然高分子化合物。

3．淀粉的物理性质

淀粉是白色、没有甜味的粉末状物质。淀粉不溶于冷水，在热水里溶解颗粒会膨胀，有一部分淀粉溶解在水里，另一部分悬浮在水里，形成胶状淀粉糊。糊化是淀粉食品加热烹制时的基本变化，也就是平时所说的食物由生变熟。

4．淀粉的化学性质

（1）通常淀粉不显还原性（非还原性糖）；

（2）遇碘变蓝色；

（3）淀粉在催化剂（如酸）存在和加热下可以逐步水解，生成一系列比淀粉分子小的化合物，最终生成还原性糖——葡萄糖。

(C6H10O5)n＋nH2O nC6H12O6

淀粉葡萄糖

5．淀粉在人体内消化的过程

淀粉进入人体后，一部分淀粉受唾液所含淀粉酶的催化作用，发生水解反应，生成麦芽糖；余下的淀粉在小肠里，在由胰脏分泌出的淀粉酶的作用下，继续进行水解，生成麦芽糖。麦芽糖在肠液中麦芽糖酶的催化下，水解为人体可吸收的葡萄糖，供人体组织的营养需要。

淀粉在体内的水解过程可以表示如下：

(C6H10O5)n→(C6H10O5)m→C12H22O11→C6H12O6

淀粉糊精麦芽糖葡萄糖

淀粉也可以在酸的催化作用下逐步水解，最终转化为葡萄糖。

(C6H10O5)n+nH2O nC6H12O6

淀粉葡萄糖

6．淀粉的用途

（1）食用

（2）人体能源；

（3）工业原料：制葡萄糖、酒精，发酵成醇C6H12O62C2H5OH + 2CO2

要点四、纤维素有什么生理功能

1．纤维素的来源与存在

纤维素是绿色植物通过光合作用生成的，是构成植物细胞的基础物质。一切植物中都含有纤维素，但不同植物所含纤维素的多少不同，棉花纤维素高达90%以上，木材中含纤维素为50%左右。

2．纤维素的物理性质

纤维素是白色、没有气味和味道的纤维状结构的物质，不溶于水，也不溶于一般有机溶剂。纤维素是比淀粉相对分子质量还大的天然高分子化合物。

3．纤维素的化学性质

跟淀粉一样，纤维素也不显示还原性，可以发生水解，但比淀粉困难，一般需要在浓酸催化、加热条件下才能进行。最终水解产物也是葡萄糖。

纤维素葡萄糖

4．纤维素在生产、生活中的重要应用

（1）棉、麻可直接用于纺织业，制造人造纤维等。

（2）其他一些富含纤维素的物质，如木材、稻草、麦秸等可以用来造纸。

5．纤维素在动物体内的生理功能

纤维素在动物体内也有重要的生理功能。例如，在牛、羊、马等植食性动物的消化系统中含有某些微生物，这些微生物能分泌出使纤维素水解成葡萄糖的酶，因此这些动物能以鲜草、干草、秸秆等作为食物。

6．纤维素在人体组织消化过程中的重要作用

人体内没有能使纤维素水解成葡萄糖的酶，因此纤维素不能作为人类的营养食物，但它在人体组织消化过程中也起着重要作用。例如，能刺激肠道蠕动和分泌消化液，有助于食物的消化和废物的排泄，减少有害物质与肠黏膜接触时间，有预防便秘、痔疮和直肠癌的作用，还能降低胆固醇，预防和治疗糖尿病等。

粗粮（含有谷皮）和蔬菜中含有一定量的纤维素，人每天应保证摄入一定量的蔬菜和粗粮等。

【典型例题】

类型一：糖类概述

例1、下列对糖类的说法正确的是（）。

A．都可以水解

B．都符合C n(H2O)m的通式

C．都含C、H、O三种元素

D．都有甜味

【思路点拨】糖类分为单糖、二糖和多糖，每种糖都有不同的特性，要分辨清楚。

【答案】C

【解析】单糖不能水解；符合C n(H2O)m的通式的不一定是糖类，不符合此通式的也可以是糖；纤维素是多糖但无甜味，所以A、B、D项错误，只有C项正确。

【总结升华】绝大多数的糖的分子组成符合C n(H2O)m的通式，少数的糖不符合，还有些分子组成符合C n(H2O)m的通式，但并不属于糖。

举一反三：

【变式1】下列说法不正确的是（）。

A．糖类最多含有三种元素

B．糖类都是有机化合物

C．人体所需要的能量主要来自糖类

D．淀粉和纤维素都可用化学式(C6H10O5)n表示

【答案】A

【解析】糖类都一定含有C、H、O三种元素，而不是糖类最多含有三种元素，故A不正确。

类型二：葡萄糖的结构、性质和用途

例2、糖尿病患者的尿中含有葡萄糖，而且病情越重，含糖量越高。所以在医疗上把氢氧化钠和硫酸铜溶液加入病人的尿液中，微热后通过观察是否有红色沉淀来判断病情。请分析，以下哪些药品和新制Cu(OH)2共热会有相同的现象（）。

①淀粉②福尔马林③纤维素④蚁酸⑤甲酸乙酯⑥乙酸甲酯⑦甲酸钠⑧蔗糖⑨白酒⑩食醋

A．全部B．①③④⑤⑨C．②④⑤⑦D．②④⑤⑥⑦⑧

【思路点拨】结构决定性质，含有醛基的有机物和新制Cu(OH)2共热会产生砖红色沉淀。

【答案】C

【解析】葡萄糖具有还原性是因为其分子结构中含有醛基。能和新制Cu(OH)2共热产生红色沉淀的有机物分

子中，一定含有醛基。上述药品中：福尔马林（甲醛的水溶液）、蚁酸（）、甲酸乙酯

（）、甲酸钠（）的分子中都含有醛基，都能和新制Cu(OH)2反应产生红色沉淀。淀粉、纤维素、乙酸甲酯、蔗糖、白酒、食醋分子中不含醛基，所以不能发生反应。

【总结升华】有机物的性质与其结构有密切的关系，如：（1）能发生银镜反应或能与新制Cu(OH)2溶液反应产生红色Cu2O沉淀的有机物结构特点是含有醛基的化合物，如所有的醛、甲酸、甲酸盐、甲酸酯、葡萄糖、麦

芽糖等；（2）具有还原性的有机物的结构特点是含有-CHO、-OH、、等，这些规律的掌握

对我们提高解题能力有很大帮助。

举一反三：

【变式1】（2016 湖南省衡阳八中期末考）对于下列反应，其中葡萄糖不能发生的是（）。

A．酯化B．氧化C．加成D．水解

【答案】D

【解析】葡萄糖含有5个羟基和1个醛基，具有醇和醛的性质。A项，含羟基可发生酯化反应，故A正确；B项，含羟基和醛基，均可发生氧化反应，故B正确；C项，含醛基可发生加成反应，故C正确；D项，葡萄糖是单糖，不能发生水解反应，故D错误。

【变式2】已知葡萄糖的结构简式为HOCH2(CHOH)4CHO，下列关于葡萄糖的说法中不正确的是（）。

A．完全燃烧的产物是CO2和H2O

B．1 mol葡萄糖发生银镜反应能生成1 mol Ag

C．含葡萄糖0.1 mol的水溶液与足量钠反应，得到0.25 molH2

D．分别充分燃烧等质量的葡萄糖和甲醛，消耗氧气的量相同

【答案】B

类型三：糖与自然界的能量循环

例3、以下各反应中，不属于淀粉在人体内的变化过程的是（）。

【思路点拨】淀粉最终水解的产物是葡萄糖，葡萄糖发生氧化反应来提供能量。

【答案】D

【解析】淀粉水解成麦芽糖，麦芽糖水解成葡萄糖，葡萄糖在人体内发生氧化反应提供热能，故A、B、C 三项正确；葡萄糖在催化剂的作用下发酵生成酒精，不属于人体内的变化，所以D项错误。

【总结升华】淀粉是人类生活中的重要营养物质。食物进入口腔以后，在唾液淀粉酶的作用下，一小部分淀粉先水解为糊精，再进一步水解为麦芽糖。食物进入消化道后，在胰液淀粉酶的作用下，在口腔中没有水解的淀粉继续水解，生成的麦芽糖在麦芽糖酶的作用下，又进一步水解为葡萄糖。绝大多数的葡萄糖通过氧化反应为人体提供能量。人体所需要的热能有60％～70％来自葡萄糖的氧化。还有一部分葡萄糖转化为糖原，以糖原的形式储备起来。

举一反三：

【变式1】通过实验来验证淀粉水解可生成葡萄糖，其实验包括下列一些操作过程，这些操作过程顺序正确的是（）。

①取少量淀粉和水制成溶液②加热煮沸③加入碱液中和酸性④加入银氨溶液⑤加入少量稀硫酸⑥再水浴加热

A．①②⑤⑥④③B．①⑤②④⑥③C．①⑤②③④⑥D．①⑥④⑤③②

【答案】C

【解析】淀粉在催化剂（如硫酸）存在和加热的条件下可以逐步水解，生成一系列比淀粉分子小的化合物，最终生成葡萄糖。要验证淀粉水解可生成葡萄糖，常在它的水解液中加入银氨溶液或新制氢氧化铜悬浊液，但必须先用氢氧化钠溶液将水解液中和至中性，以防止硫酸使银氨溶液或新制氢氧化铜悬浊液失效。

类型四：纤维素及其应用

例4、（2015 山东省泰安市期末）某精细化工厂将棉花（主要成分是纤维素）加工成很细的颗粒结构，然后添加到食品中去，可使食品易加工成型，改变食品的口感，降低人体获得的能量等。下列说法正确的是（）。

A．纤维素是人体重要的营养物质

B．纤维素在人体中可水解成葡萄糖

C．纤维素不能被人体吸收，但可以促进消化

D．纤维素不能被所有动物吸收

【思路点拨】草食动物体内含有纤维素酶，可以消化纤维素，而人类不可以。

【答案】C

【解析】A．纤维素不能给人体提供任何的营养，不属于人体的重要营养物质，故A不选；

B．人体内无纤维素酶，所以不能消化纤维素，故B错误；

C．人体内无纤维素酶，纤维素不能被人体消化吸收，但能促进肠道的蠕动，故C正确；

D．草食动物体内含有纤维素酶，能够消化纤维素，故D错误。

【总结升华】本题考查纤维素的性质和用途。

举一反三：

【变式1】（2015 海南省三亚一中期中考）下列关于纤维素的说法中，不正确的是（）。

A．纤维素是可溶于水的白色固体

B．纤维素没有甜味

C．纤维素水解的最终产物为葡萄糖

D．纤维素可用于造纸

【答案】A

【解析】纤维素是白色、没有甜味的纤维状结构的物质，是一种多糖，无还原性，不溶于水；纤维素在浓硫酸作催化剂的条件下能水解生成葡萄糖；纤维素常用于纺织业和造纸业。