結構生物化學/碳水化合物/單糖/單糖立體化學
甘油醛是命名單糖的基礎，因為它是最簡單的單糖，只有一個不對稱碳原子。(+)-甘油醛被任意命名為 D-對映異構體（在繪製為費歇爾投影時，羥基位於右側）。直到許多年後，才獲得了與光學旋轉匹配的結構證明。
(+) 對映異構體使平面偏振光順時針旋轉（也稱為右旋，縮寫為 d），而 (-) 對映異構體則使它逆時針旋轉（左旋，或 l）。這必須透過實驗確定。
D 和 L 對映異構體是指分子的構型立體化學。L 異構體的羥基連線到最遠離羰基的不對稱碳原子的左側，而 D 異構體的羥基位於右側。許多天然存在的糖是 D 異構體，但也有例外，例如阿拉伯糖和鼠李糖。這種命名法系統不一定與光學旋轉相同（D 和 L 與 d 和 l 不同）。換句話說，D 和 L 構型不能完全指定絕對立體化學，而是根據異頭碳中心及其方向與甘油醛的比較來確定的，甘油醛是最基本的和最簡單的手性糖分子。它主要存在於醛糖中，不存在於酮糖中。
與根據 D 和 L 命名糖一樣，最遠離羰基的不對稱碳原子是決定名稱的碳原子。
所有 D 糖都是 R 異構體，因為它們都具有連線到最後一個不對稱碳原子的右側的羥基。根據卡恩-英戈爾德-普雷洛格規則，命名立體化學，羥基始終優先順序為 1，伯醇的碳（末端碳）始終優先順序為 3，其餘碳鏈優先順序為 2，留下氫為優先順序 4（如下所示）。當羥基位於右側時，感興趣的碳原子始終是 R 異構體。
右側的示例顯示了 D-葡萄糖，其中每個取代基的優先順序按數字編號。當旋轉到沿 C-H 鍵向下檢視時，優先順序按順時針方向遞減，因此該立體中心指定為 R。然而，對於 D-葡萄糖的對映異構體，優先順序按逆時針方向遞減，表明該立體中心指定為 S。
赫爾曼·埃米爾·費歇爾透過一系列關於核糖的實驗，展示了糖中的立體化學構型關係。在進行此實驗時，他們只有光學旋轉來確定立體化學。光學旋轉將 (+) 分配給一個對映異構體，將 (-) 分配給另一個對映異構體。但是，對於所有手性糖，沒有 (+/-) 和 (R/S) 的直接相關性。例如，對於特定糖，R 形式可能為 (+)，而 S 形式為 (-)，但在另一種糖中，R 可能為 (-)，而 S 形式為 (+)。費歇爾能夠操縱一系列反應來分配糖之間的立體化學。起初，他只是假設實驗阿拉伯糖的倒數第二個位置處於 R 構型。他有一個 50/50 的機會選擇正確的構象，如果在將來，實驗阿拉伯糖被證明處於 L 形式，那麼他的所有資料仍然相對正確，只是反轉。幸運的是，阿拉伯糖後來被證明處於 D 構象。
在基利安-費歇爾合成條件下，阿拉伯糖會產生兩種差向異構糖，甘露糖和葡萄糖。雖然仍然不知道哪一個是葡萄糖，哪一個是甘露糖。
透過向阿拉伯糖中新增 HNO¬¬3，阿拉伯糖將被氧化成光學活性的醛糖酸。從一組 R 倒數第二個構型得到的四種可能的醛糖酸衍生物中，兩種被淘汰，因為它們沒有光學活性。剩下的兩種候選物的 C2 具有相同的 S 立體中心構型。
可能的醛糖酸
接下來，甘露糖和葡萄糖被 HNO3 氧化。甘露糖酸和葡萄糖酸也具有光學活性。只有一個未知的立體中心，每種糖都有兩種可能的醛糖酸形式。在葡萄糖和甘露糖的總共四個預測中，其中一種醛糖酸是內消旋的，因此不能是甘露糖酸或葡萄糖酸。甘露糖酸和葡萄糖酸應該具有相同的立體中心，除了反轉的 C2 立體中心。當以下模型之一被拒絕時，其 C4 處於 S 構型的另一個模型也被拒絕。下面，兩個圈起來的醛糖酸是甘露糖酸和葡萄糖酸。
費歇爾證明的最後部分是弄清楚哪一個是葡萄糖。費歇爾證明的最後一個線索是，雖然葡萄糖酸可以從兩種糖中衍生，但甘露糖酸只能從甘露糖的氧化中衍生，因為甘露糖酸是旋轉對稱的。
葡萄糖酸
甘露糖酸
霍沃思投影用於表示環狀半縮醛。以下步驟是將單糖轉換為環狀半縮醛。
- 選擇氧原子的位置
- 氧原子位於環的後面右側（對於六元環）。
- 氧原子遠離觀察者（對於五元環）。
- 氧原子的左側是 C5，羥甲基向上繪製。
- 氧原子的右側是 C1，羥基向上或向下繪製，取決於 α 或 β 結構。
- 費歇爾投影圖右側的 –OH 基團向下繪製。
- 費歇爾投影圖左側的 –OH 基團向上繪製。
如果這些位置互換，您將得到甘油醛的 L (-) 對映異構體。對於 單糖，D 和 L 將分別用作 R 和 S 的字首，用於立體化學。所有其他單糖的立體化學可以透過比較它們的費歇爾投影與 D-(+)-甘油醛來確定。這可以透過檢查單糖中距離末端碳最遠的立體中心（編號最高的立體中心）並將其構型與甘油醛進行比較來實現。也就是說，如果羥基在右側，它將被命名為 D-，如果羥基在左側，它將被命名為 L-。需要注意的是，對於除甘油醛以外的所有單糖，D 和 L 標記不一定說明其旋光性。例如，D-葡萄糖和 D-古洛糖都已分配到 D 立體化學標記，因為它們在費歇爾投影中，編號最高的立體中心（距離羰基最遠的手性中心）的羥基在右側，儘管葡萄糖具有正（右旋）旋光性，而古洛糖具有負（左旋）旋光性。
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己糖和戊糖可以轉化為環狀吡喃糖或呋喃糖。當這些單糖在它們的線性形式和環狀形式之間轉換時，C5 或 C6 碳上的羥基可以在 C1 的羰基的任一側連線（如上圖所示）。如果羥基指向與 CH2OH 基團相反的方向，則環處於其 α 形式。然而，如果它指向相同的方向，則環處於其 β 形式。
如果兩種非相同的單糖屬於同一型別（要麼都是醛糖，要麼都是酮糖），在它們編號最高的立體中心處具有相同的立體化學，並且具有相同的碳數（即都是四糖），則稱它們為非對映異構體。這是因為在它們編號最高的非對稱碳處具有相同的立體化學，確保了兩種非相同的單糖不會彼此互為映象，因此不是對映異構體。兩種非對映異構體的單糖，它們僅在一個非對稱碳處具有不同的立體化學（該碳不能是編號最高的非對稱碳），被稱為差向異構體。例如，(D-葡萄糖和 D-甘露糖) 和 (D-葡萄糖和 D-半乳糖) 都是差向異構體和非對映異構體。
已轉化為吡喃糖或呋喃糖的己糖和戊糖由於其碳的四面體幾何形狀而呈現椅子形、船形或信封形構象。吡喃糖環可以形成椅子形或船形構象異構體（構象異構體），而呋喃糖環則呈現信封形（也稱為半船形）構象。單糖中碳上的取代基現在處於軸向或赤道位置。有利的構象異構體將是立體阻礙最小的那個，通常將大多數較大的取代基放在赤道位置，因為同一側環上的軸向位置的取代基會產生立體阻礙。吡喃糖環的椅子形構象也可以發生翻轉，這會將取代基的取向從軸向變為赤道，反之亦然，從而產生另外的構象異構體。六元環的椅子形構象是最有利的，因為它減少了兩個碳取代基之間的立體干擾。船形和信封形構象並不存在，但理論上它們充當中間結構，短暫存在於環翻轉轉變之間，在環翻轉轉變中，軸向取代基變為赤道，反之亦然。
費歇爾立體化學證明：http://nebula2.deanza.edu:16080/~gray/pages/chem_12c.html 影像是在 ChemArt 程式和 Paint 上完成的