碳水化合物的构象

碳水化合物的构象是指碳水化合物（糖）分子在其分子结构所产生的贯穿键和贯穿空间的物理力作用下，所采用的整体三维结构。决定所有分子--这里是所有单糖、寡糖和多糖分子--的三维形状的物理力，有时可以用立体相互作用和立体电子效应等术语来概括（见下文）。糖类和其他化学构象可以用遵循既定惯例的二维结构表示法来合理显示；这些构象通过结构图（见有机化学文章和分子几何文章中的三维表示法部分）为训练有素的观察者捕获对三维结构的理解；它们也可以用二维页面上的立体图表示，并越来越多地使用计算机显示器上的三维显示技术。从形式和数量上看，构象是通过描述分子的角度来体现的--例如，三个连续原子的集合（键角）和四个连续原子的集合（扭角、二面角），其中非键合电子（孤对电子）的位置和角度方向有时也必须考虑在内。糖类分子因其成键和非成键电子产生的物理力而采取的构象，经分子与水或其他溶剂环境的相互作用而改变，强烈影响其与其他分子的反应性和识别性（这些过程反过来又能改变构象）。由分子间的构象依赖性分子识别介导的化学转化和生物信号是生物体内所有重要过程的基础。

吡喃糖和呋喃糖的形式可以以不同的构象存在，如果满足能量要求，人们可以在不同的构象之间相互转换。对于呋喃糖系统，有两种可能的构象：扭曲（T）和包络（E）。在吡喃糖系统中，有五种可能的构象：椅子（C）、船（B）、歪斜（S）、半椅子（H）或包络（E）。在所有情况下，都有四个或更多的原子组成一个平面。为了确定哪些原子在平面之上，哪些在平面之下，我们必须确定分子的方向，以便从顶部看时原子的编号是顺时针的。平面以上的原子以上标为前缀，平面以下的原子以下标为后缀。如果环形氧在平面以上或以下，则必须适当地加上前缀或后缀。

六元环的椅形构象在相邻的取代基之间有一个60°的二面角，因此通常使其成为最稳定的构象。由于有两种可能的椅形构象，立体和立体电子效应，如异构体效应、1,3-二轴相互作用、偶极子和分子内氢键，在研究相对能量时必须考虑到。具有1,3-二轴相互作用的构型通常由于立体拥挤而不受欢迎，并可将平衡转移到另一种椅形（例如：1C4到4C1）。取代物的大小对这种平衡有很大影响。然而，分子内氢键可以是稳定1,3-轴相互作用的一个例子。偶极子在构象体的稳定性中也起作用，对齐的偶极子导致能量的增加，而对立的偶极子导致能量的降低，从而产生稳定作用，这可能因溶剂效应而变得复杂。极性溶剂倾向于稳定对齐的偶极子。在确定首选构象时必须考虑到所有的相互作用。五元环的构象仅限于两种：包络和扭曲。包络形式在一个平面上有四个原子，而扭曲形式只有三个。在包络形式中，可以设想两种不同的情况；一种是环氧在四个原子的平面内，另一种是在平面的上方或下方起皱。当环氧不在平面内时，取代物会被吃掉，而当它在平面内时，扭转应变会得到缓解。扭曲形式的构型分析是类似的，因此导致这两种形式的能量非常接近。

异构体是糖苷、半乙酰或相关的糖类环状形式的非对映异构体，或仅在C-1处构型不同的相关分子。当xxx个碳的立体化学与最后一个立体中心的立体化学相匹配时，糖是α-异构体，当它们相反时，糖是β-异构体。

异构体可以通过一个被称为变异的过程进行相互转化。