Kohlenhydrate haben meist die Summenformel $\mathrm{C_n(H_2O)_m}$. Monosaccharide (Einfachzucker) sind Polyhydroxycarbonylverbindungen: Sie tragen mehrere OH-Gruppen und eine Carbonylgruppe. Steht sie am Kettenende (Aldehydgruppe), ist der Zucker eine Aldose. Steht sie innerhalb der Kette (Ketogruppe), ist er eine Ketose. Mit sechs Kohlenstoffatomen heißen die Zucker Hexosen.

Glucose (Traubenzucker) ist eine Aldohexose, Fructose (Fruchtzucker) eine Ketohexose. Beide haben die Summenformel $\mathrm{C_6H_{12}O_6}$ und sind Konstitutionsisomere.

In der Fischer-Projektion schreibt man die Kohlenstoffkette senkrecht, die Carbonylgruppe möglichst weit oben. Waagerechte Bindungen zeigen zum Betrachter, senkrechte von ihm weg. An C2 bis C5 der Glucose hängen je vier verschiedene Gruppen. Ob die OH-Gruppe links oder rechts steht, legt fest, um welchen Zucker es sich handelt. Bei D-Zuckern steht die OH-Gruppe am untersten dieser Kohlenstoffatome (C5 bei Hexosen) rechts, bei L-Zuckern links. Warum das so bezeichnet wird, klärt die Lektion zur Chiralität.

An den Kohlenstoffatomen mit „OH links“ oder „OH rechts“ steht auf der anderen Seite das H-Atom.

In Lösung liegen Zucker fast nur als Ring vor. Bei der Glucose addiert sich die OH-Gruppe an C5 an die Aldehydgruppe an C1. Es entsteht ein Halbacetal: ein Kohlenstoffatom mit einer OH-Gruppe und einer O-C-Bindung. Der Ring aus fünf C-Atomen und einem O-Atom heißt Pyranose. C1 trägt nun eine neue OH-Gruppe und heißt anomeres C-Atom. Sie kann unter der Ringebene stehen (α-Form) oder darüber (β-Form).

Die Haworth-Projektion zeigt den Ring als flaches Sechseck, den Ringsauerstoff hinten rechts und C1 rechts. Was in der Fischer-Projektion rechts steht, zeigt in der Haworth-Projektion nach unten, was links steht, nach oben. Die CH2OH-Gruppe der D-Zucker zeigt nach oben. In Lösung stellt sich ein Gleichgewicht ein: etwa 36 Prozent α-Glucose, etwa 64 Prozent β-Glucose und nur Spuren der offenen Kette. Fructose bildet in Verbindungen wie der Saccharose einen Fünfring (Furanose).

Die OH-Gruppe am anomeren C-Atom reagiert mit einer OH-Gruppe eines zweiten Moleküls unter Wasserabspaltung. Es entsteht ein Acetal mit einer C-O-C-Brücke, die glykosidische Bindung. Verbinden sich zwei Monosaccharide, entsteht ein Disaccharid.

• Maltose (Malzzucker): zwei Glucose-Einheiten, α-1,4-glykosidisch verknüpft (C1 der ersten Einheit mit C4 der zweiten).
• Lactose (Milchzucker): Galactose und Glucose, β-1,4-glykosidisch.
• Saccharose (Haushaltszucker): Glucose und Fructose, verknüpft über die anomeren C-Atome beider Einheiten (α-1, β-2).

Viele Glucose-Einheiten bilden Polysaccharide mit der Formel $\mathrm{(C_6H_{10}O_5)_n}$.

Stärke ist der Speicherstoff der Pflanzen. Sie besteht meist zu 20 bis 30 Prozent aus Amylose und zu 70 bis 80 Prozent aus Amylopektin. Amylose besteht aus unverzweigten, schraubig gewundenen Ketten aus α-1,4-verknüpften Glucose-Einheiten. Amylopektin hat zusätzlich α-1,6-Verzweigungen, etwa alle 20 bis 30 Einheiten. Amylasen und weitere Enzyme spalten Stärke bis zur Glucose.

Cellulose ist der Gerüststoff der Pflanzen. Die Glucose-Einheiten sind β-1,4-verknüpft, jede zweite ist um 180° gedreht. Die Ketten sind dadurch gestreckt und lagern sich über Wasserstoffbrücken zu reißfesten, wasserunlöslichen Fasern zusammen. Der Mensch hat kein Enzym, das die β-1,4-Bindungen der Cellulose spaltet. Darum kann er Cellulose nicht verdauen.

Am anomeren C-Atom steht der Ring mit der offenen Form im Gleichgewicht, und diese trägt eine Aldehydgruppe. Zucker mit freier anomerer OH-Gruppe sind reduzierend: Sie werden zur Carbonsäure oxidiert und reduzieren dabei $\mathrm{Cu^{2+}}$. Sind alle anomeren OH-Gruppen verknüpft, kann der Ring nicht öffnen. Der Zucker ist nicht reduzierend.

• Fehling-Probe: Die Probe wird mit der alkalischen Lösung eines Kupfer(II)-Tartrat-Komplexes im Wasserbad erwärmt. Ein ziegelroter Niederschlag von $\mathrm{Cu_2O}$ zeigt reduzierende Zucker an.
• Benedict-Probe: Sie verläuft wie die Fehling-Probe, nutzt aber einen Kupfer(II)-Citrat-Komplex in Sodalösung. Die Farbe geht von Grün über Gelb und Orange nach Rotbraun.
• Iod-Stärke-Nachweis: Iod-Kaliumiodid-Lösung färbt Stärke tiefblau, denn Iod lagert sich in die Amylose-Helix ein. Cellulose färbt sich so nicht.

Die Reagenzien enthalten Lauge. Du trägst eine Schutzbrille und erwärmst nur im Wasserbad unter Aufsicht. Glucose, Maltose und Lactose geben die Fehling-Probe, Saccharose nicht. Auch Fructose ist reduzierend, weil sie im Alkalischen zur Aldose umlagert. Stärke hat je Molekül nur eine freie Endgruppe, ihre Probe fällt praktisch negativ aus.