经济学第二章糖和苷ppt课件.ppt

1 第二章糖和苷 第一节单糖的立体化学糖类又称碳水化合物 由基本的糖基组成 有些不符合糖的通式一 单糖组成糖类及其衍生物的基本单元 如葡萄糖 半乳糖 一般作为能量 作为药用的很少 D 葡萄糖开链结构 环状结构以及Fischer式Haworth式之间的转变 2 水中一般以环状结构存在 3 4 一 绝对构型Fischer投影式中距羰基最远的不对称碳原子的构型 最后第二个碳 OH向右 D型直链向左 L型Haworth式中 五碳吡喃糖型 C4 OH面下 D型环状面上 L型 5 二 端基差向异构体单糖成环后形成了一个新的手性碳原子 该碳原子称为端基碳 形成的一对异构体称为端基差向异构体 有 两种构型Fischer式中C1 OH 新形成的 与C5 OH 距羰基最远的手性碳原子上的 同侧 型 两侧 型Haworth式中 五碳吡喃糖型C1 OH 新形成的 与C4 OH同侧 型 两侧 型 6 三 氧环理论上 糖在形成半缩醛或半缩酮时 C5 C4 C3 C2上的 OH均可与羰基成环 而实际上由于五元 六元环的张力最小 所以天然界糖都以六元或五元氧环形式存在五元氧环 呋喃糖六元氧环 吡喃糖 7 四 构象根据环的无张力学说 呋喃糖的五元氧环基本为一平面 吡喃型糖的六元氧环不在同一平面上 有船式和椅式两种可能的构象吡喃型糖在溶液或固体状态时其优势构象是椅式构象 与分子内部的自由能有关 8 第二节糖和苷的分类 一 单糖 一 五碳醛糖 水中以氧环形式存在 五元 六元氧环均有 但五元氧环存在的比例高 9 二 六碳醛糖 以吡喃氧环的形式存在多 70 以上 10 三 六碳酮糖 以呋喃糖型存在多 R1R2R1R2 CH2OHOH OHCH2OH OHCH2OH CH2OHOH 11 四 甲基五碳醛糖 C6位去氧 12 五 支碳链糖 用Fischer投影式表示时不是一个链 而有支链 13 六 氨基糖 存在于多糖中 虾皮中提取的甲壳素 作为可生物降解的材料 用于外科手术中的缝合线 会被机体吸收 14 七 去氧糖 2 6 二去氧糖 存在于C21甾体苷和强心苷中 如果C3 为OCH3时 有多个这样的糖连接而成的苷 虽然糖基数目增加 而苷的极性并未增加 这样的苷与一般的苷的性质有很大的区别 15 八 糖醛酸 末端未 COOH 强酸性 形成的苷难水解 因为 COOH的空间位阻 16 九 糖醇 无还原性 在体内不吸收D 甘露醇 利尿剂D 山梨醇 糖尿病病人的甜味剂 利用其不被机体吸收的性质用于测定肾功能 口服后由于不吸收 就会从尿中排泄 如果4 5小时内尿中未检测到山梨醇 则肾功能有问题 临床上作为诊断试剂 17 十 环醇类 没有氧环 为环状的多羟基化合物 是单糖衍生物 有很大的水溶性肌醇 18 二 低聚糖 寡糖 由2 9个单糖基通过苷键键合而成的直糖链或支糖链的聚糖 有一定的活性 但多数不强 最常见的是蔗糖按含有单糖的个数分类 二糖 三糖 四糖按是否含有游离的醛基或酮基分类 还原糖 槐糖和樱草糖 和非还原糖 蔗糖 19 20 21 环糊精 淀粉经淀粉酶水解生成的一种结晶性低聚糖 环糊精具有良好的水溶性 环状分子内侧具有疏水性 有包结脂溶性药物的性能 可增加难溶性药物的溶解度 并对药物的氧化分解具有一定的保护作用 22 三 多聚糖 多糖 由10个以上的单糖基通过苷键连接而成的聚糖植物界普遍存在 具显著生理活性 分子量几千 几十万 不亚于DNA水平 但研究透彻的多糖不太多 作为能量和药用均有按照单糖的组成可将多糖分为均多糖和杂多糖均多糖 由同种单糖组成 杂多糖 由两种以上单糖组成的多糖 23 一 植物多糖淀粉 纤维素 树胶 粘液质等 二 动物多糖肝糖原 甲壳素 肝素 硫酸软骨素肝素 具凝血和抗凝血作用 无直接的细胞毒 调节机体免疫力 诱导机体产生干扰素 24 四 苷类 配糖体 糖或者糖的衍生物与另一非糖物质 苷元或配基 通过糖的端基碳原子连接而成的化合物苷键原子根据苷在生物体内是原生的还是次生的 原生苷和次生苷次生苷 从原生苷中脱掉一个以上单糖的苷 25 根据苷中含有单糖基的个数 单糖苷 双糖苷和三糖苷 不能区别苷元的特性 根据苷元化学结构的类型 黄酮苷 蒽醌苷 苯丙素苷 生物碱苷和三萜苷 26 根据苷的某些特殊性质或生理活性 皂苷 强心苷根据苷键原子 N 苷 O 苷 S 苷 和C 苷对于同一植物或天然药物可以存在不同类型的苷 它们可以是苷元相同 连接的糖的数目和种类不同 也可以是不同的苷元连接同种糖这一节对后面各论来说相当于一个小总论 苷类的共性 黄酮苷 皂苷都是由苷元和糖组成的 27 根据苷键原子可分 一 氧苷 O 苷 1 醇苷通过苷元上的醇羟基与糖或糖的衍生物的半缩醛或半缩酮羟基脱一分子水缩合而成的苷 皂苷 强心苷 三萜皂苷 萜类苷 28 2 酚苷通过苷元上的酚羟基与糖或糖的衍生物的半缩醛或半缩酮羟基脱一分子水缩合而成的苷 苯丙素类 黄酮类 醌类形成的苷 29 3 氰苷主要是指一类 羟腈的苷 苦杏仁苷 苷元部分有氰基 但仍然是与 OH缩合 30 4 酯苷通过苷元以羧基与糖或糖的衍生物的半缩醛或半缩酮羟基脱一分子水缩合而成的苷 31 5 吲哚苷通过吲哚环上的 OH与糖或糖的衍生物的半缩醛或半缩酮羟基脱一分子水缩合而成的苷 32 二 硫苷 S 苷 通过苷元上的巯基与糖或糖的衍生物的半缩醛或半缩酮羟基脱一分子水缩合而成的苷 存在于十字花科植物中 有特殊的气味 萝卜苷 芥末苷 洋葱中 33 三 氮苷 N 苷 通过苷元上的胺基与糖或糖的衍生物的半缩醛或半缩酮羟基脱一分子水缩合而成的苷 生物化学 34 四 碳苷 C 苷 通过苷元碳上的氢与糖或糖的衍生物的半缩醛或半缩酮羟基脱一分子水缩合而成的苷 碳苷的性质与N 苷 S 苷和O 苷不同 N O S原子外层有孤对电子 而碳苷的C外无孤对电子 所以其性质非常稳定 具有在各类溶剂中溶解度均小 难于水解获得苷元 存在于豆科植物中 葛根素 35 36 37 第三节糖的化学性质一 氧化反应单糖分子有醛基 酮基 伯醇基 仲醇基和邻而醇羟基 在控制反应条件下 不同的氧化剂可选择性的氧化某些特定的基团Ag2 Cu2 溴水 氧化醛基成羧基Ag2 作氧化剂生成金属银 银镜反应 Cu2 作氧化剂生成砖红色的Cu2O 弗林反应 硝酸 醛糖氧化成糖二酸过碘酸 四醋酸铅 氧化邻二羟基 38 过碘酸的氧化 温和的氧化剂醇羟基 醛基 羧基 室温下就能进行 糖结构中有邻二 邻三醇羟基或 NH2时均可被氧化 邻三醇羟基中间的 OH 可被两次氧化生成酸 NH2氧化生成NH3 通过这个氧化反应可以研究糖的结构 分析产物的结构 推断糖基的连接方式和糖基数 39 40 二 糖醛形成反应单糖在浓硫酸 4 10N 加热作用下 失去三分子水 生成具有呋喃环结构的化合物多糖和苷类化合物在浓硫酸的作用下首先水解成单糖 然后再脱水形成相应的产物糖醛衍生物和许多芳胺 酚类以及具有活性次甲基基团的化合物缩合生成有色物质生药中Molish试剂显色反应 加入 萘酚后沿管壁加浓硫酸 观察两液交界面 呈紫色环 41 浓H 4 10N单糖脱水脱水 42 三 羟基反应 一 醚化反应最常用 甲醚化 二 酰化反应最常用 乙酰化 三 缩酮和缩醛化反应不作要求 43 四 硼酸络合反应许多具有邻二羟基的化合物可与硼酸反应生成络合物 使它们的理化性质发生了较大的改变 据此可用于糖 苷等化合物的分离 鉴定以及构型研究 44 四 羰基反应还原糖 苯肼 一分子 苯腙 水溶性 苯肼 二分子 过量 苯腙 难溶水 45 第四节苷键的裂解 重点掌握 一 苷键的裂解有些化合物是苷类疗效好 则要保护苷键不被水解 有些化合物是苷元或次生苷疗效好 则要水解掉一部分糖体内水解 酶水解 体外 酸水解 46 一 酸催化水解反应 掌握适用范围 产物1 反应条件 水或稀醇溶液中 与稀酸 0 1mol L 1mol L 共热催化水解 有强烈酸水解 缓和酸水解 常用缓和酸水解 2 常用的酸 盐酸 硫酸 乙酸 甲酸 47 3 反应式 氧苷O上有孤对电子 能吸收质子 形成氧正离子 经溶剂化后生成糖和苷元 48 4 注意 1 按苷键原子的不同 酸水解的易难程度为 N 苷 O 苷 S 苷 C 苷 N的电负性最强 吸质子的能力最强 C的外层无孤对电子 C 苷有两个特点A 溶解度 几乎不溶于所有的溶剂或溶解度很小B 难水解 酸 49 2 呋喃糖苷较吡喃糖苷易水解水解速度大50 100倍 因为中间体易形成呋喃糖 五元环 果糖 核糖 吡喃糖 六元环 葡萄糖 半乳糖 甘露糖 50 3 酮糖较醛糖易水解酮糖 果糖 形成氧环时易形成五元环 大多为呋喃糖结构 4 水解速率大小有如下顺序五碳糖 甲基五碳糖 六碳糖 七碳糖如果接有 COOH 糖醛酸 则最难水解 立体障碍 51 5 氨基糖较羟基糖难水解 羟基糖又较去氧糖难水解氨基糖 甲壳素中的2 NH2糖 上的N与苷键中的O均具有电负性 可以竞争吸H 去氧糖 强心苷中的2 6 二去氧糖 最易水解 因为去氧 没有能与苷键中的O竞争吸H 的基团 所以很稀的酸即可使其水解 6 芳香苷比脂肪苷易水解苷元部分有供电子结构香豆素苷 黄酮苷和蒽醌苷比皂苷易水解 52 7 苷元 小基团苷键横键的比苷键竖键易水解苷元 大基团苷键竖键的比苷键横键易水解 8 N 苷虽最易水解 但N 处于酰胺时 N 苷也难水解 羰基的吸电子能力强 使得N原子表面得电子云密度大大降低 其吸质子得能力大大减弱 因此必须先还原羰基 53 例 朱砂莲块根中的朱砂莲苷 不能用10 HCl水解 将此苷溶于四氢呋喃中 经LiAlH4还原成羟基后 才可用1mol LHCl水解 54 9 酸催化水解常采用稀酸 遇到难水解的苷类才采用较为剧烈的条件 强烈酸水解强烈酸水解易破坏苷元的结构 55 10 二相水解反应 一种保护苷元的方法苷元对酸稳定的 直接用酸水解苷元对酸不稳定的 为了防止结构变化 反应混合物中加入与水不相混溶的有机溶剂 苯 使水解后的苷元立即进入有机相 避免苷元与酸长时间接触 苷元的水溶性减小 脂溶性增加 56 例 仙客来皂苷10 H2SO4是比较剧烈的条件 生成的产物 仙客来皂苷元D 原以为是其苷元苯 乙醇不加热 生成的产物与前不同 仙客来皂苷元A 仙客来皂苷元A在浓酸中常时间加热生成仙客来皂苷元D 所以真正的苷元是仙客来皂苷元A 仙客来皂苷元D是次生产物 57 二 乙酰解反应乙酰解所用的试剂是醋酐和酸 其反应的机理与酸催化相似 但进攻的基团是乙酰基 而不是质子产物 乙酰化的低聚糖 糖的16为 OH易乙酰化 酰化反应 保护苷元部分的羟基 所有的 OH均被酰化亲脂性成分反应试剂 醋酐加不同的酸组合 H2SO4 HClO4 CF3COOH或Lewis酸 反应条件 室温放置数天 58 三 碱催化水解适用范围 酯键或类似具有酯键性质结构形式存在的苷键 没有酸水解广 59 类似酯键结构 60 四 酶催化水解反应特点 专属性高 条件温和例 穿心莲内酯苷 61 多数酶的确切作用尚不清楚 由于纯化酶很困难 目前使用的多数仍然为未提纯的混合酶水解苷类的酶 同工酶 分子结构 大小 形状不同而可催化同一类反应 目前所知的酶促反应只能水解 羟基糖 因此强心苷和C21甾体苷用酶水解 不能得到苷元 含2 6 二去氧糖 62 五 过碘酸裂解反应 Smith裂解法 是一个反应条件温和 易得到原苷元 通过反应产物可推测糖的种类 糖与糖的连接方以及氧环大小的一种苷键裂解方法 63 1 反应过程 分三步第一步 在水或稀醇溶液中 用NaIO4在室温下将糖元氧化开裂为二元醛 第二步 将二元醛用NaBH4还原成醇 第三步 调节pH2左右 室温放置让其水解 64 2 注意 1 对苷元结构容易改变的苷以及C 苷的水解研究特别适宜 碳苷用Smith裂解获得的是连有一个醛基的苷元 2 不适用于苷元上也有1 2 二元醇结构的苷类 65 3 例 人参皂苷Rb1 用各种方法均未获得原苷元 只是采用Smith裂解法法后才获得原苷元 20 S 原人参二醇 66 小结 对于苷元不稳定的苷 可采用的水解方法有 1 二相酸水解2 酶解3 Smith裂解 67 六 糖醛酸苷的选择性水解反应许多苷和聚糖中都含有糖醛酸 特别是在皂苷和生物体内肝脏的代谢产物中糖醛酸苷键用普通的裂解方法很难开裂 常需加剧反应条件 其结果是造成糖醛酸和苷元的破坏糖醛酸苷键的裂解常用一些特殊的方法 光解法 四醋酸铅分解法 醋酐 吡啶分解法 微生物培养法 利用微生物消耗掉苷中的糖 直接得到苷元 因为微生物生长不需要苷元 68 第七节糖和苷的提取分离 一 苷类的提取想要得到苷 则不希望水解反应发生 因此能发生水解反应的各个环节要抑制 一 药材采集后立即干燥 防止酶解 植物体内存在一种苷 必定同时存在有水解该苷的酶 烘干 微波干燥 二 提取时煮沸或用高浓度的醇提 不能用冷浸法提取 三 溶剂法 水或含水醇作提取溶剂 69 二 苷元的提取 一 药材先水解 干燥后再用有机溶剂抽提 二 用含水醇提出全部的苷和苷元 再根据苷元的极性选择合适的溶剂提取苷元 同时达到粗分的目的三 糖的提取用