１　天然有機化合物の種類ｈ

生物体の構成する有機物には，〔　糖類　〕，〔　タンパク質　〕，〔　脂質　〕，〔　核酸　〕，〔　ビタミン　〕などがあり，これらを天然有機物とよんでいる。

２　単糖類，二糖類ｈ

【糖類の分類】

天然有機化合物の中で最も多く存在しているのが糖類である。糖類は一般式C_m(H₂O)_nで示される化合物で単糖類，二糖類，多糖類に分類できる。

【単糖】

グルコース

グルコース（C₆H₁₂O₆）はブドウ糖ともよばれ，天然に広く存在する。α-グルコースの1位の炭素原子のように-OHと-O-をもつ構造を〔　ヘミアセタール構造　〕という（上図）。この構造が存在すると，水溶液中で一部が鎖式構造を経て〔　β−グルコース　〕を生じ，これら3種のグルコースが一定の割合で混ざった平衡状態になる。鎖式のグルコースには〔　アルデヒド基　〕があるため，グルコースの水溶液は〔　還元性　〕を示す。そのため，グルコースの水溶液は，〔　フェーリング液　〕を還元し，〔　銀鏡反応　〕を示す。鎖式構造にアルデヒド基をもつ単糖をアルドースと総称する。

　構造式中の太線は手前にあることを意味する。5位のCにつく-CH₂OHと1位のCにつく-OHが環に対して反対側にあるのがα，同じ側にあるのがβ型である。

　グルコースの構造はベンゼンのような六角形の平面で示しているが，実際にはC−Cの単結合と，−O−結合でできているので，歪みを生じ右上のような構造になっている。

フルクトース

フルクトース（C₆H₁₂O₆）は果糖ともよばれ，水に溶けやすく，甘味がある。グルコースの構造異性体で，蜂蜜やいろいろな果実に含まれている。フルクトースはヘミアセタール構造があり，水溶液中では六員環構造（ピラノース形），鎖式構造，五員環構造（フラノース形）が一定の割合で混ざった平衡状態になる。また，鎖式のフルクト−スにも還元性がある。グルコースやフルクトースのように還元性を示す糖を〔　還元糖　〕という。また，鎖式構造にケトン基を持つ単糖をケトースと総称する。

フルクトースのα，βは，五員環構造の5位のCにつく-CH₂OHと2位のCにつく-OHが環に対して同じ側にあるものがβ型である。フルクトースの　−CO−CH₂OH　は次のような異性体が平衡状態で存在し，その中にアルデヒド基ができるため還元性を示す（左下）。（補足）　単糖の構造は，炭素原子を省略したり，必要な原子以外すべて省略したりした表し方がよく用いられる（右下）。

ガラクトース

　グルコースの4位の炭素原子についている-Hと-OHが逆になった構造（立体異性体）で，ヘミアセタール構造があり，水溶液中では一部が鎖式構造に変化し還元性を示す。

アルコール発酵

　単糖類は〔　酵母　〕が作り出す酵素群〔　チマーゼ　〕によってエタノールと二酸化炭素を生じる。これをアルコール発酵という。

〔　　C₆H₁₂O₆　→　2CH₃CH₂OH　＋　2CO₂　　〕

例題　グルコースの鎖式構造には不斉炭素原子が何個あるか。また，そのために存在する立体異性体は何種類か。

単糖類の鎖式構造と異性体

グルコースとフルクトース

グルコースは鎖式構造中にアルデヒド基を持つ単糖（アルドース）で，フルクトースは鎖式構造中にケトン基を持つ単糖（ケトース）なので，互いに構造が異なる構造異性体である。

D−グルコースとL−グルコース

グルコースの2位〜5位の炭素原子は不斉炭素原子である。そのため，グルコースには互いに右手と左手の関係になる光学異性体（エナンチオマー）となるD型とL型が存在する。グルコースの場合は5位の炭素原子の立体配置をもとにD型とL型を決めている。鎖式構造では，5位の炭素原子のOHが右側，H原子が左側になるものがD型と決められている。D−グルコースとL−グルコースでは偏光面を回転させる性質（旋光性）が異なる。

グルコースとガラクトース

グルコースとガラクトースのD型の鎖式構造は，互いに4位の炭素原子についている　−Hと−OHが逆になった構造である。4位の不斉炭素原子の周りの配置が異なるので，D−グルコースとD−ガラクトースは互いに立体異性体である。しかし，2，3，5位の不斉炭素原子の周り配置は同じなので光学異性体ではない。このように立体異性体ではあるが，光学異性体ではないものをジアステレオマーという。特にグルコースとガラクトースのように複数ある不斉炭素原子のうち1つだけ配置が異なるものをエピマーという。

【二糖】

二糖は単糖C₆H₁₂O₆ 2分子から水分子が取れて結合（縮合）した糖類C₁₂H₂₂O₁₁である。単糖類どうしが縮合してできるエーテル結合を，〔　グリコシド結合　〕という。

マルトース

麦芽糖ともいわれ2分子の〔　α−グルコース　〕が，〔　1　〕位の炭素原子につくOHと〔　4　〕位の炭素原子につくOHとの間でH₂Oがとれて結合（縮合）することによってできる。右側のα-グルコースの1位の炭素原子につくOHが残っている（ヘミアセタール構造がある）ので水溶液は〔　還元性　〕を示す。

セロビオース

2分子の〔　β−グルコース　〕が，1位炭素原子につくOHと4位の炭素原子につくOHとの間でH₂Oがとれて結合（縮合）することによってできる。マルトースと同様に水溶液は還元性を示す。

スクロース

ショ糖ともいわれ，砂糖の主成分である。〔　α−グルコース　〕の1位の炭素原子につくOHと〔　フルクトース　〕の2位の炭素原子につくOHとの間でH₂Oがとれて結合（宿合）することによってできる。この場合，グルコースとフルクトースの還元性を示す構造のところで結合しているので，ヘミアセタール構造がなくなるので，還元性を示さない。

ラクトース

乳糖ともいわれ，ほ乳類の乳の中に存在する。β-ガラクトースの1位の炭素原子につくOHとα-グルコースの4位の炭素原子につくOHの間でH₂Oがとれて結合（縮合）することによってできる。α−グルコースの1位の炭素原子につくOHが残っている（ヘミアセタール構造がある）ので水溶液は還元性を示す。

【二糖類の加水分解】

二糖類は希酸（希塩酸など）を加え加熱したり，酵素を作用させたりすると，加水分解し構成する単糖類の混合溶液になる。特にスクロースを加水分解したときにできるグルコースとフルクトースの混合物を〔　転化糖　〕という（旋光性が右旋性から左旋性に変わるから転化糖）。また，酵素は生体内で産生されるタンパク質で，特定の物質に特異的に作用しその物質の分解を触媒する。

例題　グルコース0.10mol，マルトース0.20mol，スクロース0.30mol，ラクトース0.50molを含む混合水溶液Aがある。この溶液Aを酵素を用いて完全に分解したところ，0.40molのグルコースが含まれていた。

問1　加えた酵素は何か。1つまたは2つ答えよ。

問2　この溶液Aにマルターゼを作用させ完全に分解した後に，チマーゼを作用させると生じる気体は標準状態で何Lか。

問1　インベルターゼ　　問2　22.4L

　マルトース0.20mol，スクロース0.30mol，ラクトース0.50molを加水分解すると，それぞれ，グルコース0.40mol，グルコースとフルクトース0.30molずつ，グルコースとガラクトース0.50molずつ生成する。この場合，初めから含まれているグルコースと合わせて0.40molなので，この酵素で分解されたのはマルトースである。よって，酵素はインベルターゼである。

　溶液Aにマルターゼを作用させると，マルトースが分解されるので，グルコースは初めから含まれるものと合わせると，0.50molのグルコースが含まれている。チマーゼによるアルコール発酵（C₆H₁₂O₆　→　2CH₃CH₂OH　＋　2CO₂）では，グルコース1molからCO₂ 2molが気体として発生するので，グルコース0.50molではCO₂ 1.0mol（＝22.4L）が発生する。