课件：糖和苷药学专业.ppt

2019/8/15,1,天然药物的结构研究,1 结构研究的主要方法和基本程序 核磁共振 NMR 质谱 MS 红外光谱 IR 紫外-可见光吸收光谱 UV-VIS 旋光光谱 ORD 圆二色散谱 CD 单晶X射线衍射 SXRD,2019/8/15,2,二 化合物纯度的判断,1 化合物的形态、颜色、和熔点 2薄层层析或纸层析 3采用气相色谱或高效液相色谱法,2019/8/15,3,三 结构研究的基本顺序,四 分子式的确定和不饱和度的计算 分子式的确定 2 高分辨MS 3 元素分析 不饱和度计算方法,2019/8/15,4,第3节 核磁共振,1H-NMR 13C-NMR 二维NMR COSY HSQC HMBC NOESY,2019/8/15,5,第五章 糖和苷 Saccharides and Glycosides,2019/8/15,6,概 述,糖类占植物干重8090，在天然药物治疗疾病中，可以看作是药效学物质基础的运载体。 糖具有生理活性，如香菇多糖、猪苓多糖、黄芪多糖具有抗肿瘤活性，成为当今研究领域的热点。 苷类种类繁多，结构不一，其生理活性也多种多样成为当今研究天然药物中不可忽视的一类成分。许多常见的中药例如人参、甘草、柴胡、黄芪、黄芩、桔梗、芍药等都含有苷类。,2019/8/15,7,第一节 糖和苷的分类 Classify of Saccharides and Glycosides,糖(saccharides)：碳水化合物(carbohydrates)，是自然界存在的一类重要的天然产物，是生命活动所必需的一类物质。 苷类又称配糖体(glycosides)，是由糖或糖的衍生物等与另一非糖物质通过半缩醛或半缩酮的羟基与苷元脱水形成的化合物。,2019/8/15,8,一、单糖及衍生物 已发现200多种, 3C8C, 多以结合态存在. 五碳醛糖（aldopentoses）:,L-arabinose（阿拉伯糖） D-xylose（木糖）,甲基五碳醛糖：,L-rhamonose（鼠李糖）,2019/8/15,9,D-glucose（葡萄糖） D-glactose（半乳糖）,六碳醛糖（aldohexoses）:,六碳酮糖（ketohexose）:,D-fructose（果糖）,2019/8/15,10,糖醇（alditol）,2019/8/15,11,氨基糖（amino-sugar）: 庆大霉素、新霉素 卡那霉素、链霉素 （氨基糖苷类抗生素）,庆大霉素,链霉素,2019/8/15,12,去氧糖（deoxy-sugars）： 常见的有6-去氧糖、甲基五碳糖、2，6-二去氧糖及其衍生物，多见于强心苷、微生物代谢产物中，具有一些特殊性质。,L-夹竹桃糖 D-洋地黄毒糖,2019/8/15,13,二、低聚糖（Oligosaccharides） 定义：是指由29个单糖基通过苷键键合而成的直链或支链的聚糖。 低聚糖在天然界的存在形式：非游离，为多聚糖的酶或酸水降解产物或苷的糖元部分。,2019/8/15,14,低聚糖的分类： 按个数有二糖、三糖、四糖,2019/8/15,15,三、多聚糖(Polysaccharides)，简称多糖 定义：多糖是由十个以上的单糖基通过苷键连接而成的一类结构复杂的大分子化合物。一般多糖都由100个以上甚至几千个单糖组成。 基本性质：甜味、强还原性的消失而不同于单糖。,2019/8/15,16,多糖的分类： 植物多糖 动物多糖 菌多糖 按单糖组成种类分 均多糖（homosaccharide),即由一种单糖组成 杂多糖(heterosaccharide),即由二种以上单糖组成。,2019/8/15,17,常见的植物多糖 淀粉、纤维素、葡聚糖、果聚糖、半纤维素、树胶、粘液质、卡拉胶等。 常见的动物多糖 肝糖元（glycogan）：与淀粉相似，分枝更甚，遇碘不呈兰色而呈红褐色。,2019/8/15,18,甲壳素（chitin）：似纤维素； 肝素（heparin）：为高度硫酸酯化的右旋多糖，具有强的抗凝血作用，用于治疗和预防血栓的形成，也有保护人体细胞不受HIV破坏，抑制病毒抗原在人体中的表达作用，其作用均与硫酸酯基有关。,2019/8/15,19,硫酸软骨素（chondroitin sulfate）：是动物组织的基础物质，用以保护动物组织的水分和弹性，目前发现其有降低血脂、改善动脉粥样硬化之功。现有鲨鱼软骨素上市。 透明质酸（hyaluronic acid）：是一种酸性粘多糖，为动物皮肤中的天然成分，近年多用于护肤霜基质，日常生活中也知猪蹄及膀皮有美容之功。,2019/8/15,20,四、苷类(Glycosides) 苷类又叫配糖体或糖杂体等，是一类极为复杂、涉及面极广、数目庞大的天然药物化学成分，其生物活性及药物效用涉及医学的各个领域，是极为重要的一类化学成分。英文命名常以-in or -oside作后缀，如葛根黄素(puerarin)、葛根黄素木糖甙(puerarin xyloside)。,2019/8/15,21,苷的定义： 苷是糖的衍生物，是糖在植物体内的一种储存形式，因为苷经水解后能释放出糖。如：,凡水解后能生成糖和非糖物质的一类化合物，通称为苷类。,2019/8/15,22,按苷键原子不同分： 1 O-苷(O键苷)：苷键原子为O,因苷元不同分： 醇苷：由苷元的醇羟基与糖端系质子脱水而成的苷。,Rhodioloside(红景天苷) Ranunculin(毛茛苷),2019/8/15,23,酚苷：由苷元的酚羟基与糖上的半缩醛羟基脱水缩合而成的苷。天然药物中为数甚多，根据苷元不同又有： 如：,芦丁,2019/8/15,24,蒽醌苷，如：,大黄酚苷 Chrysophamol monoglycoside,2019/8/15,25,香豆素苷，如：,Esculin(七叶苷),黄酮苷，如：,Baicalin(黄芩苷),2019/8/15,26,酯苷：是苷元的羧基与糖上端羟基缩合而成的苷类，此类苷键既有缩醛的性质，又有酯的性质，易为稀酸或稀碱水解。如：,Tuliposide A(山慈菇苷A),2019/8/15,27,氰苷(cyanogenic glycosides)，是一类羟基腈与糖分子的端基羟基间缩合的衍生物，根据羟基与腈基的位置不同有： -羟基腈苷，如：,(苦杏仁苷),2019/8/15,28,Cyanogenic glycoside-羟基腈很不稳定，一经酶或酸、碱作用，立即生成氢氰酸，误食该类植物有中毒危险。,2019/8/15,29,2硫苷(S键苷)：苷键原子为硫，是糖上端基 羟基与苷元上的巯基缩合而成的苷。如：,glucoraphenin(萝卜苷),2019/8/15,30,3 氮苷(N键苷)：苷键原子为N，是苷元上胺基与糖缩合而成的一类苷。如核苷是核酸的重要组成部分，N苷是生化领域的重要物质。如：,Adenosine(腺苷) crotonside(巴豆苷),2019/8/15,31,4 碳苷(C键苷)：是糖基直接接在碳原子上的苷类。天然药物中常见的碳苷以黄酮类为多。如：,Vitexin(牡荆素),2019/8/15,32,按苷元结构类型不同分：黄酮苷类、香豆素苷类、蒽醌苷类、生物碱苷类、C21甾苷类、三萜皂苷类等。 突出特殊性质和生物活性分：皂苷类、强心苷类等。 按糖的数目多少分：单糖苷类、低聚糖苷类等。,2019/8/15,33,按糖的种类分：去氧糖苷类、非去氧糖苷类。 按成苷数目分：单糖链苷、二糖链苷、三糖链苷等。 按苷的存在状态分：原生苷、次生苷。 目前的天然药物化学苷类成分类型的分类多穿叉应用。,2019/8/15,34,第二节 糖的性质 Properties of Saccharides,由苷类的基本结构分析，分子中都有糖通过苷键与苷元相连，故苷类的理化性质不外乎受三者的支配，它们将表现各自的个性，尤其是苷元部分差异极大，致使苷类的性质差别明显，各种不同的苷往往都有各自的特殊性质，然而，它们又相互形成一个整体，必然相互制约，相互影响，从而表现出一定的共性。,2019/8/15,35,溶解性 多OH：亲水性，苷比苷元水溶性强； 糖分子中OH减少，亲水性下降。如去氧糖、甲基糖、甲氧基糖苷的水溶性均小于非去氧糖。 氧化反应 糖分子中的醛酮基、醇羟基，易进一步氧化，然而，天然药物中的糖多与非糖物质形成苷，故有应用意义的主要是醇羟基的氧化，尤其是选择性作用于邻二羟基的氧化反应将有助于糖的立体结构推断。,2019/8/15,36,单糖在浓酸(410N)作用下，失三分子水，生成糠醛类化合物。由五碳糖生成的是糠醛（R=H），甲基五碳糖生成的是5-甲糠醛（R=Me)，六碳糖生成的是5-羟甲糠醛(R=CH2OH)。 糠醛衍生物和许多芳胺、酚类及具有活性次甲基基团的化合物可缩合成有色物质，可用于糖的显色和检出。,糠醛(酚醛缩合)反应,2019/8/15,37,糠醛(酚醛缩合)反应Molish反应 是糖的检识反应，也是苷类的检识反应。特征是：糖或苷类遇浓硫酸/-萘酚试剂将呈紫色环于界面上。 反应机理：在浓硫酸作用下，苷分子中糖内部脱水成糠醛衍生物，再与酚类试剂缩合形成有色物。即：,紫红色,2019/8/15,38,第3节 糖和苷的提取与分离 Extraction and Isolation of Saccharides and Glycosides,2019/8/15,39,如同其他天然药物化学成分提取分离一样，糖和苷类的提取分离也必须首先全面分析所研究的天然药物中糖和苷类成分的性质及共存成分的情况，方能设计合理的方案，但要对类型繁多、结构复杂、性质差异明显的糖及其苷类提出共同的基本提取分离方案，实属难事。但以下问题则是提取分离糖及其苷类成分时必须考虑的共同点。,糖和苷的提取与分离,2019/8/15,40,酶对糖及其苷类提取的影响,通常含糖及其苷类化合物的天然药材组织中往往同时含有酶，共存酶能促使苷键裂解，故药材粉碎后，受潮、冷水浸泡都能促使它们的相互接触致使苷键裂解，生成次生苷乃至苷元，影响原有成分及其作用，因此：,欲提取原始苷时，需杀酶，60%以上乙醇、甲醇或80以上水处理； 欲提取次生苷或苷元，需利用酶，如发酵等。,一、提取分离糖及苷时须考虑的问题,2019/8/15,41,糖苷类具多羟基，极性较大，易溶于水，难溶于低极性有机溶剂，但苷类化合物的溶解度则因苷元性质不同而有较大差异。,一般说来，糖苷类成分大多在甲醇、乙醇、丙酮、正丁醇、乙酸乙酯中溶解度较大，提取效率较好，又能抑制酶，故为优选溶剂；然而，水也为常用溶剂，尤其是糖的提取，可选用热水提取，但杂质较多，同时应注意共存有机酸的影响，必要时可用缓冲液。,二、提取糖及苷类溶剂的选择,2019/8/15,42,三、杂质的除去,由于糖及其苷类分子中多羟基的存在，难以结晶析出，若混有少量杂质，纯化结晶更难，故需采取多种方法方能达到分离目的。,2019/8/15,43,分级沉淀法 是利用多数糖可溶于水，三糖以下尚可溶于乙醇，随着聚合度的增大，在乙醇中溶解度逐步降低的性质，在糖的水溶液中分次加入乙醇，使醇浓度渐增，从而达到对糖进行粗略分离目的的方法。沉淀一般在PH7时进行。,2019/8/15,44,凝胶层析法 对于不同聚合度的糖类及其水溶性成分的分离特别有效，方法快速、简单、条件温和。,洗脱顺序：随分子量由大及小，渐次流出。,2019/8/15,45,蛋白质去除法 酚、三氯醋酸、鞣酸：与蛋白质生成沉淀而不使多糖沉淀。 注意：处理时间应尽可能的短，并在低温下进行，以免多糖降解。,2019/8/15,46,第四节 糖链的裂解 Split of Glycosidic Linkage,为了研究苷类的结构以及结构与疗效的关系，常有必要采取适当的方式切断苷键。 天然药物化学研究中，根据分子中糖的数目，切断苷键的程度有原生苷、次生苷等称谓。 原生苷：是指天然药物中原始存在状态的苷，也称第一苷； 次生苷：是指原始苷被部分切去糖后生成的苷，也叫第二苷。 彻底切去糖的非糖部分称为苷元。,2019/8/15,47,酸催化水解反应 苷键为一缩醛链，故对碱、氧化剂较稳定，但易被稀酸所水解，其反应机制，以O苷为例可表述如下。,常用的方法有酸水解、碱水解、酶水解、氧化开裂等。,2019/8/15,48,酸催化水解反应机理 由上反应可见酸催化水解是苷键先质子化，然后断键生成糖阳离子中间体，然后在水中溶剂化而成糖。因此，苷类的酸催化水解发生的难易必然受到苷键原子本身的电子状态、空间环境及整个苷分子中多种因素的影响。 影响酸催化水解反应难易的因素 苷键原子的电子密度：电子密度升高，质子化能力增强，水解易发生。如N与C，故NOSC。 苷键原子的空间环境：位阻越大，隐蔽越深，水解越难。,2019/8/15,49,糖上取代基：一般说取代基增多，水解难度增大；同时，取代基的性质不同也将直接影响其水解难易。如：,苷分子的稳定性及其水解产物的稳定性 苷分子内张力增大，有利于水解。如五元环糖易于六元环糖； 苷元分子大的易于小的； 苷键为竖键的易于横键。 水解产物的稳定性：产物苷元和糖稳定将有利于水解，如：芳苷易于脂苷,2019/8/15,50,酸催化水解反应注意事项,酸水解时，当苷元对酸不稳定时将导致苷元的结构变化，遇此种情况时可采用二相水解反应，即在反应混合物中加入与水不相混溶的有机溶剂（如苯/氯仿），使水解后的苷元及时转溶