吡喃糖

吡喃糖（英语：Pyranose）是一种糖，用于总称碳水化合物所具有的化学结构，其中包含一个由5个碳原子和1个氧原子所组成的六元环状结构。可能会有其他的碳原子在环以外。吡喃糖是吡喃的衍生物，但是吡喃糖环没有双键。如果吡喃糖1号碳上的异头羟基已经变为OR基团则被称为吡喃糖苷。

四氢吡喃
名字	四氢吡喃	α-D-(+)-吡喃葡萄糖
结构式
	四氢吡喃环以蓝色标记	四氢吡喃环以蓝色标记

形成

吡喃糖环是由在5号碳(C-5)上的羟基基团和在1号碳(C-1)上的糖醛反应所形成的，这会形成分子内半缩醛。如果反应发生在C-4羟基和醛之间，则会产生一个呋喃糖。^[1] 透过吡喃糖和呋喃糖这2个环状结构在溶液中的分布可以看出在热力学的角度中，吡喃糖会比呋喃糖更加稳定。^[2]

吡喃半缩醛的结构和β-D-吡喃葡萄糖的表现

历史

β-D-吡喃葡萄糖的哈沃斯投影式

赫尔曼·埃米尔·费歇尔以确定D-己醛糖的结构赢得了诺贝尔化学奖(1902年)。不过费歇尔提出的线性自由醛结构描述己糖以非常小的比例溶在溶液中。这是在沃尔特·霍沃思所率领的科研小组中的埃德蒙·赫斯特和克利福德·帕维斯，确实确定己糖会优先形成吡喃糖或是六元环。霍沃思画了一个扁平的六边形，基团位于其上方、下方来代表这个环。此即为哈沃斯投影式。^[3]

对吡喃糖环有更深一层的了解是在1926年时，斯庞斯勒和多尔发现萨克斯的数学处理可以适用于己环纤维素的X射线晶体学结构。^[3] 他们坚信吡喃糖环被对折，使环上的所有的碳原子接近于理想的四面体几何学。

构造

环的对折导致有38种基本的吡喃糖构造：2个椅型构造、6个船型构造、6个歪斜型构造、12个半椅型构造、12个信封型构造。^[4]

β-D-吡喃葡萄糖的构造

β-D-吡喃葡萄糖构造的相对能量

这些构造可以互相转变，但是每种构造可能具有差异相当大的相对能量，所以活化能是互相转变的巨大障碍。这些构造的能量可以用量子力学的方法来计算，右图为吡喃葡萄糖构造互变的例子。^[5]

吡喃糖环的构造表面上和环己烷十分相像，不过吡喃糖的专业命名法提到环氧，且在环上的羟基对其构造偏好有明显的影响。另外还有构象和立体的影响仅限于吡喃糖环。

命名

命名例如:β-D-吡喃葡萄糖

为了命名吡喃糖，首先要先确定结构，常见的结构和环己烷的结构相似，为椅型(C)、船型(B)、歪斜型(S)、半椅型(H)、信封型(E)，然后环上的原子再被编号。异头或半缩醛的碳都是1号碳。在一般情况下该结构的氧原子由碳原子连接在无环的形式。

确定环的形式,若从上方来看，原子会以顺时钟顺序来编号。
平面之上的原子在构象异构体中作为上标。
平面之下的原子在构象异构体中作为下标。^[6]

NMR 光谱

椅型构造是最稳定的碳水化合物形式，这种相对确定和稳定的构造代表吡喃糖环的氢原子彼此保持一个相对恒定的角度。碳水化合物核磁共振利用这些二面角确定在环周遭的每个羟基基团的组态。

参见

参考资料

^ Robyt, J.F. Essentials of Carbohydrate Chemistry. Springer. 1998. ISBN 0-387-94951-8.
^ Ma, B.Y.; Schaefer, H.F.; Allinger, N.L. Theoretical studies of the potential energy surfaces and compositions of the D-aldo and D-ketohexoses. Journal of the American Chemical Society. 1998, 120 (14): 3411–3422. doi:10.1021/ja9713439.
^ ^3.0 ^3.1 Rao, V.S.R.; Qasba, P.K.; Chandrasekaran, R.; Balaji, P.V. Conformation of Carbohydrates. CRC Press. 1998. ISBN 90-5702-315-6.
^ Ionescu, A.R.; Berces, A.; Zgierski, M.Z.; Whitfield, D.M.; Nukada, T. Conformational Pathways of Saturated Six-Membered Rings. A Static and Dynamical Density Functional Study. The Journal of Physical Chemistry A. 2005, 109 (36): 8096–8105. PMID 16834195. doi:10.1021/jp052197t.
^ Biarns, X.; Ardvol, A.; Planas, A.; Rovira, C.; Laio, A.; Parrinello, M. The Conformational Free Energy Landscape of b-D-Glucopyranose. Implications for Substrate Preactivation in b-Glucoside Hydrolases. Journal of the American Chemical Society. 2007, 129 (35): 10686–10693. PMID 17696342. doi:10.1021/ja068411o.
^ Furhop, J.H.; Endisch, C. Molecular and Supramolecular Chemistry of Natural Products and Their Model Compounds. CRC Press. 2000. ISBN 0-8247-8201-1.

[Essentials-1] Robyt, J.F. Essentials of Carbohydrate Chemistry. Springer. 1998. ISBN 0-387-94951-8.

[2] Ma, B.Y.; Schaefer, H.F.; Allinger, N.L. Theoretical studies of the potential energy surfaces and compositions of the D-aldo and D-ketohexoses. Journal of the American Chemical Society. 1998, 120 (14): 3411–3422. doi:10.1021/ja9713439.

[Conformation-3] 3.0 ^3.1 Rao, V.S.R.; Qasba, P.K.; Chandrasekaran, R.; Balaji, P.V. Conformation of Carbohydrates. CRC Press. 1998. ISBN 90-5702-315-6.

[4] Ionescu, A.R.; Berces, A.; Zgierski, M.Z.; Whitfield, D.M.; Nukada, T. Conformational Pathways of Saturated Six-Membered Rings. A Static and Dynamical Density Functional Study. The Journal of Physical Chemistry A. 2005, 109 (36): 8096–8105. PMID 16834195. doi:10.1021/jp052197t.

[5] Biarns, X.; Ardvol, A.; Planas, A.; Rovira, C.; Laio, A.; Parrinello, M. The Conformational Free Energy Landscape of b-D-Glucopyranose. Implications for Substrate Preactivation in b-Glucoside Hydrolases. Journal of the American Chemical Society. 2007, 129 (35): 10686–10693. PMID 17696342. doi:10.1021/ja068411o.

[6] Furhop, J.H.; Endisch, C. Molecular and Supramolecular Chemistry of Natural Products and Their Model Compounds. CRC Press. 2000. ISBN 0-8247-8201-1.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]