2-2糖苷2009-山东大学天然药物化学

天然药物化学,第二章 糖和苷类化合物 (Saccharide glycoside),Long-Ru SUN,第三节 糖的化性质,一、氧化反应,银镜反应（Tollen reaction） 弗林反应（Fehling reaction） 过碘酸氧化反应（ Oxidation by HIO4 ）,邻二醇CC键断裂,过碘酸氧化机理,-羟基醛,-羟基酮,氧化甲基 -D-葡萄糖如果消耗 2 mol HIO4 ，产生 1 mol 甲酸, 说明 3 C-OH 相邻。,证明吡喃环存在,二、糠醛形成与Molish 反应 糖的鉴定,试管反应，现象：紫色环,糠醛,糠醛与-萘酚络合,TLC显色反应 邻苯二甲酸苯胺 有机酸苯酚苯胺蒽酮等,蓝色,三、羟基反应,醚化（甲醚化、三甲基硅醚化、三苯甲醚化） 酯化（乙酰化、甲苯磺酰化） 缩醛（缩酮）化 硼酸络合反应,羟基的活泼性：半缩醛羟基，伯醇羟基，C2OH,（一）甲醚化（Methyl Ethers）,不同的反应类型,Haworth 法 (CH3)2SO4 +NaOH Purdic 法 CH3I+Ag2O Kuhn 改良法 CH3I+Ag2O/DMSO (CH3)2SO4/BaO/Ba(OH)2 箱守法（Hakomori法） NaH/CH3I(DMSO),甲醚化的用途,全甲基化糖苷酸水解时仅水解糖苷键。判断成苷位置、连接顺序。,（二）乙酰化反应,对甲苯磺酰化反应主要发生在伯醇上。,用途：分离、鉴定,（三）缩醛（Acetal）与缩酮（Ketal ）,用途：对碱稳定，对酸不稳定。羟基保护剂，推测顺邻二醇羟基或1，3二醇羟基，推测氧环的大小,（四）硼酸（boric acid）络合反应,Structure requirement: OHs must be in Cis positions,应用：酸碱滴定 络合分离,1.用适当的化学方法鉴别下列各组化合物(标明反应所需化学试剂以及所产生的现象)。,练习,2.思考：羟基醚化反应、乙酰化反应、缩酮（醛）化反应及硼酸络合反应各自在糖及苷研究上的应用与价值。,第四节 苷键的裂解,酸催化水解 碱催化水解和消除反应 乙酰解 过碘酸裂解(Smith降解） 酶催化水解 糖醛酸苷的选择性水解反应,用途：苷元与糖、糖与糖的连接方式、苷键构型的研究,（一）酸催化水解,1原理：苷键具有缩醛结构，易为稀酸催化水解。反应一般在水或稀醇溶液中进行。常用的酸有盐酸、硫酸、乙酸、甲酸等。其机制是苷原子先质子化，然后断键生成阳碳离子或半椅型中间体，在水中溶剂化而成糖。,Acid catalyzed Hydrolysis,苷酸催化水解难易规律,2水解难易：苷键水解的难易与苷键原子的电子云密度及其空间环境有密切的关系，只要有利于苷键原子的质子化就有利于水解，因此水解难易的规律可以从苷键原子、糖、苷元三方面来讨论。 （1）按苷键原子不同，酸水解的易难顺序为：N-苷O-苷S-苷C-苷。N易接受质子，最易水解，而C上无未共享电子对，不能质子化，很难水解。,特殊：当N原子在酰胺或嘧啶环上时，很难水解。,苷酸催化水解难易规律,2）按糖的不同 呋喃糖苷较吡喃糖苷易水解；（五元环张力） 酮糖较醛糖易水解；（酮糖多为呋喃糖） 吡喃糖苷中吡喃环的C-5上取代基越大越难水解，因此五碳糖最易水解，其顺序为五碳糖 甲基五碳糖六碳糖七碳糖，如果接有COOH,则最难水解；（空间位阻） 氨基糖较羟基糖难水解，羟基糖又较去氧糖难水解，尤其是C-2上取代氨基的糖更难。2,6-二去氧糖 2-去氧糖 6-去氧糖 2-羟基糖 2-氨基糖（竞争质子）,（3）按苷元不同 芳香属苷水解比脂肪属苷（如萜苷、甾苷）容易得多。某些酚苷（如蒽醌苷、香豆素苷）不用酸，只加热也可能水解成苷元。（供电基） 苷元为小基团者，苷键横键的比苷键竖键的易于水解。苷元为大基团者相反。（前者位阻，后者势能）,苷酸催化水解难易规律,补充内容： 二相水解法 在酸水解反应液中加入与水不相混容的有机溶剂，使苷元生成后立即溶于水不相混溶的有机溶剂中，以避免苷元与酸长时间接触而脱水生成次生苷元。 酸催化甲醇解 在酸的甲醇溶液中进行甲醇解，多糖或苷可生成一对保持环形的甲基糖苷的异构体。 应用：甲基糖苷在呋喃糖环和吡喃糖环的区别判断；糖链中单糖之间的连接位置确定；,（二）乙酰解反应,乙酰解所用的试剂是醋酐和酸，常用的酸有H2SO4、HClO4、CF3COOH和ZnCl2、BF3（lewis酸）等。 苷键葡萄糖双糖乙酰解的难易程度是： （12）（13） （14） （16） 机理与酸催化同，邻位羟基负电性影响反应。,Acetolysis,（三）碱催化水解和消除反应,酯苷、酚苷、烯醇苷和-吸电子基取代的苷等才易为碱所水解。如藏红花苦苷、靛苷、蜀黍苷等。但有时水解后得到的是脱水苷元，如藏红花苦苷（消除反应 ）。 原因：酚苷中的芳环具有一定的吸电子作用，使糖端基上氢的酸性增强，有利于OH-的进攻，形成正碳离子后，芳环对苷键原子又具有一定的供电能力，有利于正碳离子的稳定。,Base catalyzed hydrolysis,2OH与苷键顺式产物为正常的糖, -消除反应,（四）酶催化水解,酶催化反应具有专属性高，条件温和的特点。 常用的酶有：转化酶（水解-果糖苷键）。麦芽糖酶（水解-葡萄糖苷键）。杏仁酶（水解-葡萄糖苷和有关六碳醛糖苷），专属性较低；纤维素酶（水解-葡萄糖苷）。 应用：可以获知苷键的构型；可以保持苷元结构不变；还可以保留部分苷键得到次级苷或低聚糖，以便获知苷元和糖、糖和糖之间的连接方式。 pH条件对酶水解反应是十分重要的，例如芥子苷酶水解芥子苷，在pH7时生成异硫氰酸酯，在pH34时生成腈和硫磺。,（五）氧化裂解反应,常用过碘酸裂解反应（Smith裂解） 步骤：第一步在水或稀醇溶液中，用NaIO4在室温条件下将糖氧化裂解为二元醛；第二步将二元醛用NaBH4还原为醇，以防醛与醛进一步缩合而使水解困难，第三步调节pH2左右，室温放置让其水解。,优点：可得到完整的苷元；从降解得到的多元醇，还可确定苷中糖的类型；对苷元结构容易改变的苷以及C-苷水解研究特别适宜。 注意：此法显然不适用于苷元上也有1，2-二醇结构的苷类。,人参皂苷：,碳苷：,（六）糖醛酸苷的选择性水解反应,特殊的苷键裂解方法： 光解法、四醋酸铅分解法、醋酐吡啶分解法、微生物培养法等。,Summary,练习,一、A型题（最佳选择题） 1下列苷键中最难酸水解的是 AN-苷 BO-苷 CS-苷 DC-苷 E醇苷 2最易水解的苷类为 A葡萄糖苷 B半乳糖苷 C甘露糖苷 D核糖苷 3最易酸水解的苷类为 A五碳糖苷 B甲基五碳糖苷 C七碳糖苷 D六碳醛糖苷 E糖醛酸苷 5、下列苷类化合物水解由难到易的顺序为, ,A、 B、 C、 D、,6一般的苷键对稀碱比较稳定，不易被碱催化水解，但有些苷键遇碱能水解，如苷元为 A酸类 B酚类 C醇类 D有羰基共轭的稀醇类 E成苷的羟基-位有吸电子基者,二、B型题（配伍选择题） A-葡萄糖苷键 B-葡萄糖苷键 C-去氧糖苷键 D-果糖苷键 ES-苷 8杏仁苷酶可水解 9麦芽糖酶可水解 10转化糖酶可水解 11纤维素酶可水解,X型题（多项选择题） 1苷键的裂解反应可使苷键断裂，其目的在于了解 A苷类的苷元结构 B所连接的糖的种类 C所连接的糖的组成 D苷元与糖的连接方式 E糖与糖的连接方式和顺序 2苷键的裂解常用的方法有 A酸催化水解 B碱催化水解 C酶催化水解 D氧化裂解 E酸催化甲醇解,2.影响苷类酸催化水解难易的因素有 A苷键原子上的电子云密度越大越易水解 B苷键原子上的电子云密度越小越易水解 C苷键原子的空间环境影响不可忽略 D苷键原子越易质子化越易水解 E苷键原子越难质子化越易水解,请写出下列化合物的反应产物：,第五节 NMR Spectra of Carbohydrates,糖的NMR可解决的问题,糖的种类 糖与苷的连接位置 苷键构型 糖与糖的连接顺序,1HNMR,1HNMR 糖的端基质子信号在4.36.0 甲基五碳糖的甲基信号在1.0左右 其余信号在3.24.2左右 根据化学位移和耦合常数区别糖的C-1位氢构型（苷键构型）。,J=68Hz J=24Hz,槲皮素鼠李糖苷,13CNMR,根据化学位移区别糖的种类 Table2-1 根据C-1位的化学位移区别苷键构型 D、L型C1100 酯苷、叔醇苷、个别酚苷98 D、 L型C1100 根据1JC1-H1值区别苷键构型 吡喃糖，端质子横键1JC1-H1170Hz 端质子竖键键 1JC1-H1160Hz 呋喃糖，无此规律 Table2-2,糖在13CNMR中 -CH3 18 -CH2OH 62 -CH2OH 6885 端基碳C1 95105 因此可根据 95105区域碳信号的个数和化学位移值来推测低聚糖、苷中所含糖的个数和苷键的构型。,根据苷化位移推测苷元苷化碳的绝对构型 Table2-3 根据位移值改变推测取代位置 Table2-3 （糖与苷元、糖与糖的连接位置）,苷化位移(glycosylation shift,GS),苷化位移糖与苷元成苷后，苷元的碳、碳和糖的端基碳的化学位移值均发生改变,一般规律：苷元-C向低场位移， C向高场位移，端基碳向低场位移。,伯醇苷,环醇苷,1）两-C均为仲碳 前手性差别,规律：同小异大,环醇苷,2）两-C为仲碳和叔碳（季碳） 碳构型的影响,规律：同5异10,叔醇苷,表2-3 苷化位移规律,应用：判断苷化位置，苷化碳构型等,糖均为-D-葡萄糖,酯苷和酚苷,规律：碳向高场位移,例：,1,思考题 NMR在糖与苷的结构研究中可解决哪些问题，是如何解决的？可利用的特征信号有哪些？,第六节 糖链的结构测定,单糖的组成 糖的氧环 糖与糖的连接位置 糖的连接顺序 苷键的构型,研究糖或苷类化合物结构的顺序,糖链的结构测定,1分子量的测定：大多采用质谱法，通过FD、FAB、ESI获得M+H+、M+Na+等准分子离子峰。 2单糖的鉴定：一般将苷键全部酸水解，然后用纸色谱检出单糖的种类等。 3单糖之间连接位置的确定：将苷全甲基化，然后水解苷键(甲醇解），鉴定所有获得的甲基化甲苷，其中游离羟基的部位即为连接位置；可用糖或苷元13C-NMR苷化位移来确定；利用2D-NMR如HMBC谱中的远程相关关系确定糖与糖或糖与苷元的连接位置。 4糖链连接顺序的确定 早期主要是缓和酸水解法；近年质谱分析用的较多（FD、FAB、ESI）；利用2D-NMR如HMBC谱中的远程相关关系。,苷键构型的确定,1酶催化水解法：麦芽糖酶能水解的为-苷键，而苦杏仁能酶解的为-苷键。 2克分子旋光差法（Klyne法）：先测定未知苷键构型的苷及其水解所得苷元的旋光度，计算其比旋值之差，再与一对甲苷的分子比旋相比较，数值近似者其苷键构型一致。 3利用NMR进行测定：根据C1-H和C2-H的偶合常数（J值）来判断苷键构型，如葡萄糖等；根据端基碳和端基质子间的偶合常数1JC1-H1值来判断，端基为横键质子（-苷键），1JC1-H1为170Hz；端基为竖键质子（-苷键），1JC1-H1为160Hz，如鼠李糖、甘露糖等；利用端基碳的化学位移值判断苷键构型，通常-构型的C1比-构型的C1信号在较高场，如葡萄糖； 4. 其它方法单葡萄糖苷可根据IR振动峰（-构型的C1在770、780cm-1处有较强的吸收峰）区别； 葡萄糖苷乙酰化物的质谱中，m/z331这一碎片峰-苷要比-苷强的多。,1糖链的结构测定主要包括 A单糖的组成 B糖与糖的连接位置 C糖与糖的连接顺序 D苷键的构型 E单糖的理化性质 2苷类分子量的测定常采用质谱法，其中较适合的方法为 AEI-MS BCI-MS CFD-MS DFAB-MS EESI-MS,练习,思考题 糖链结构测定需要解决哪些问题？分别有什么方法？,第七节 苷的提取与分离,（一）苷的提取 一般都是采用水或醇从植物中提取苷类化合物。若提取的是原生苷，需抑制或破坏酶的活性；若提取的是次生苷或苷元，需利用酶的活性将其部分水解或全水解。 抑制或破坏酶活性的方法：在中药中加入一定量的碳酸钙；采用甲醇、乙醇或沸水提取将药材直接放入沸水中提取 新鲜药材需迅速干燥冷冻保存 在提取过程中还须尽量勿与酸和碱接触。否则，得到的不是原生苷，而是已水解失去一部分糖的次生苷，甚至是苷元。 如果要得到次生苷，可发酵利用酶的活性。,（二）苷的分离 溶剂法 铅盐法 凝胶滤过法 大孔树脂法 柱色谱法：小极性吸附色谱，大极性