天然产物化学糖类ppt课件.ppt

1 第三章糖类 一 糖 一 概述 二 分类二 多糖 一 分类及命名 二 性质 三 植物多糖的生物活性 四 多糖的提取分离 五 常见多糖 六 含有多糖类成分的中药材 七 多糖的开发应用现状及发展趋势三 糖的物理化学性质四 糖的提取与分离 2 一 糖 一 概述糖类 核酸 蛋白质 脂质 生命活动所必需的四大类化合物糖是多羟基醛或多羟基酮及其衍生物 聚合物的总称如 蔗糖 粮食 淀粉 棉布的棉纤维等很多具有补益作用的中草药均含有大量糖类 如 地黄 黄精 山药 黄芪 何首乌 大枣等某些糖类及其缀合物有显著的生物活性和较好的药用价值 概念 3 1 在植物界广泛存在 占植物干重的80 90 2 糖类与核酸 蛋白质 脂质构成生命活动所必需的四大类化合物 3 除作为植物的储存养料和骨架成分外 还具有一定的生理活性 如 枸杞多糖 免疫调节 香菇多糖 抗肿瘤 茯苓多糖 抗癌 等 特点 4 化学结构 天然产物中几乎所有类型的化合物都可以与糖形成苷 糖是多羟基醛 酮化合物及其聚合物 根据其分子水解反应的情况 可以分为单糖 低聚糖和多糖 苷是由糖及其衍生物的半缩醛或半缩酮羟基与非糖物质 苷元 脱水形成的一类化合物 5 二 分类1 单糖定义 单糖是不能水解成更简单的多羟基醛或酮的碳水化合物 是组成糖类及其衍生物的基本单元常见的单糖 五碳糖 六碳糖性质 无色结晶 有甜味 易溶于水单糖的吸收速度 半乳糖葡萄糖果糖发生低血糖时 可立刻补充葡萄糖 6 重要的单糖 葡萄糖 果糖 半乳糖葡萄糖分布 植物 带有甜味的水果 蜂蜜 动物 如血液 性质 无色晶体 有甜味 易溶于水 微溶于乙醇 可直接被人体吸收作用 营养物质 提供能量体弱和血糖过低者可注射葡萄糖迅速补充营养 7 单糖结构式的表示方法 单糖结构表示方法 单糖是多羟基醛或多羟基酮类化合物 也是组成糖类及其衍生物的基本结构单元 表示单糖结构式的方法有三种 即Fischer投影式 Haworth投影式和优势构象式 Fischer式 Haworth式 优势构象式 8 9 单糖在水溶液中形成半缩醛环状结构 即成呋喃糖和吡喃糖 D Glc D Glc 具有六元环结构的糖 吡喃糖 pyranose 具有五元环结构的糖 呋喃糖 furanose 10 五元氧环糖称为呋喃型糖 furanose 六元氧环糖称为吡喃型糖 pyranose 11 糖的绝对构型 习惯上将单糖Fischer投影式中距羰基最远的那个不对称碳原子的构型定为整个糖分子的绝对构型 其羟基向右的为D型 向左的为L型 而Haworth式中则看那个不对称碳原子上的取代基 向上的为D型 向下的为L型 12 Fischer式 距离羰基最远的手性碳原子上的羟基在右侧的称为D型糖 在左侧的称为L型糖 D 葡萄糖 L 鼠李糖 13 甲基五碳 六碳吡喃型糖 C5 R在面下时为L 型糖 在面上为D型糖 L 鼠李糖 L rhamaose Rha D 葡萄糖 D glucose Glc Haworth式 14 Haworth式五碳吡喃型糖 C4 OH在面下为D型糖 在面上为L 型糖 D 木糖 D xylose Xyl 15 五碳呋喃型糖 C4 R在面下时为L型糖 在面上时为D 型糖 D 核糖 D ribose Rib Haworth式 16 糖的相对构型 端基碳 anomericcarbon 单糖成环后形成了一个新的手性碳原子 该碳原子形成的一对异构体为端基差向异构体 anomer 有 两种构型 端基碳上H被称为端基H OH被称为端 OH 17 18 19 20 21 22 果糖分布 水果 蜂蜜性质 无色晶体 甜度最高 天然糖中 易溶于水 乙醇 是葡萄糖的同分异构体 23 半乳糖分布 奶类产品 甜菜性质 白色晶体用途 营养增甜剂 24 2 低聚糖定义 水解后每一分子能生成2 10个单糖分子的碳水化合物性质 一般是晶体 具有甜味 易溶于水 与单糖的溶解性相似分解 速度较快重要的二糖 蔗糖 麦芽糖 乳糖 25 26 植物中的三糖大多是以蔗糖为基本结构再接上其它单糖而成的非还原性糖 四糖和五糖是三糖结构再延长 也是非还原性糖 二糖 蔗糖 三糖 棉子糖 四糖 水苏糖 五糖 毛蕊糖 27 蔗糖分布 存在于大多数植物体内 如甘蔗 甜菜性质 白色晶体 易溶于水 难溶于乙醇甜度 仅次于果糖作用 重要的甜味剂 蔗糖 甜菜 28 麦芽糖分布 发芽的谷粒 麦芽甜度 蔗糖的1 3 29 乳糖分布 哺乳动物的乳汁中甜度 半乳糖的1 2水解 半乳糖 葡萄糖 30 3 多糖定义 水解后能生成10个以上单糖分子的碳水化合物例如 淀粉 纤维素 31 淀粉分布 植物的种子 根 块茎性质 无臭 无味 粉末状 不溶于冷水 在热水中膨胀相对分子量大 几万 几十万 一个淀粉分子中含有数百到数千个单糖单元作用 为机体提供能量 制备葡萄糖 酿酒 作为药片赋形剂 32 纤维素广泛存在于绿色植物中性质 白色 无臭 无味 纤维状 不溶于水和有机溶剂 相对分子量大 几十万 几百万 一个纤维素分子中含有数千个葡萄糖单元作用 纺织工业 造纸 作为化工原料对人体的功用 加强肠蠕动 减少脂类吸收 苎麻 33 二 多糖 一 分类及命名1 分类按组成分类均多糖 同聚多糖 只由一种单糖聚合而成的多糖如 阿拉伯聚糖 木聚糖 淀粉 纤维素等杂多糖 杂聚多糖 由两种以上的单糖聚合而成的多糖按其来源分类植物多糖 如人参 黄芩 刺五加 红花 芦荟等所含多糖动物多糖 如甲壳素以及肝素 硫酸软骨素微生物多糖 银耳多糖 透明质酸 短梗霉多糖 34 2 命名以来源命名如淀粉 纤维素 香菇多糖 果胶 甲壳素等普通命名法同聚多糖 多聚葡萄糖 简称葡聚糖 多聚半乳糖 简称半乳聚糖 多聚果糖 简称果聚糖 杂聚多糖 一般存在于主链中的单糖放在后面 存在于支链中的单糖放前面 仅有直链的杂聚多糖则主要的单糖放在后面如 多聚阿拉伯木糖 多聚葡萄甘露糖 35 二 性质1 理化性质 多为无定型粉末 无甜味也无还原性 在酸和酶的作用下均易发生水解 水解的最终产物均为相应的单糖或单糖衍生物2 分子量 相差很大 测定的分子量属平均分子量3 溶解性 难溶于冷水 在热水和碱液中可溶 不溶于丙酮 乙醇 正丁醇 乙醚 乙酸乙酯等有机溶剂4 酸碱稳定性 pH小于5时开始降解 小于3时有20 降解 36 三 多糖的生物活性1 调节免疫功能 如香菇多糖 37 38 黄芪多糖 39 枸杞多糖 宁夏 40 2 抗肿瘤 以细胞毒为主的直接抗癌方式 如冬虫夏草多糖以免疫为主的间接抗癌方式 如香菇多糖 猕猴桃多糖3 抗病毒 吸附病原体 阻止其与健康细胞结合增强免疫 抵抗病原体如甘草多糖 香菇多糖 硫酸半乳聚糖 41 4 抗溃疡作用 阻止胃酸 胃蛋白酶 细菌与胃肠粘膜接触如白芨胶质 葡萄糖甘露聚糖 糊精 红藻硫酸半乳聚糖 42 5 降血糖作用 修复 细胞 促进胰岛素释放抑制糖苷酶的活性 延缓糖的降解纤维素可延缓糖的降解如人参多糖 南瓜多糖 银耳多糖 知母多糖 43 6 降血脂作用 促进血液中的大分子脂质分解成小分子如肝素 果胶 海带多糖7 抗凝血功能 抑制凝血酶的生成如肝素 刺参酸性粘多糖 44 四 多糖的提取分离1 去小分子杂质透析2 去蛋白质 1 酶法原理 利用蛋白酶水解蛋白质 2 有机溶剂变性法原理 利用有机溶剂使蛋白质变性 Sevag法Sevag试剂 氯仿 戊醇 5 1 或氯仿 正丁醇 4 1 一般适用于少量蛋白 45 三氯三氟乙烷法多糖溶液 三氯三氟乙烷 1 1优点 效率高缺点 溶剂易挥发 不宜大规模应用一般适用于微生物多糖 三氯乙酸法在多糖水溶液中滴加3 三氯乙酸缺点 会引起某些多糖的降解一般适用于植物多糖 46 3 脱色素色谱法 弱碱型离子交换树脂 DEAE纤维素氧化脱色 H2O2活性炭吸附脱色4 分离不同分子量多糖 1 分级沉淀法 利用不同浓度的乙醇溶液进行多糖分离 2 凝胶色谱法 利用凝胶的分子筛性质进行多糖分离常用的凝胶 葡聚糖凝胶 琼脂糖凝胶 聚丙烯酰胺凝胶等洗脱剂 各种浓度的盐溶液及缓冲液此法不适宜于粘多糖的分离 47 提取纯化实例迭鞘石斛多糖提取工艺 DEAE cellulose 石斛多糖 石斛粗多糖 Sephadex 不同分子量的石斛多糖 48 五 常见多糖1 果胶来源 性质 白色或淡黄色粉末 稍有特异性气味 溶于20倍水中 形成粘稠的无味溶液 不溶于乙醇 49 果胶在医药上的应用 果胶的应用 50 果胶的应用 51 果胶在食品工业上的应用可作为增稠剂 乳化剂 稳定剂例如在果酱 果冻 果汁饮料 酸奶饮品 焙烤食品等生产中使用广泛 果胶的应用 52 果胶的其他应用用于化妆品 保护皮肤用于婴幼儿产品 尿不湿用于创口帖 治疗创口 加速伤口愈合用于墨汁 写字流畅 稳定不沉淀 果胶的应用 53 果胶的提取分离 54 2 茶多糖性状 粉末固体溶解性 热水中溶解性好 不溶于乙醇 丙酮等有机试剂稳定性 热稳定性较差 过酸 过碱均会降解单糖组成 阿拉伯糖 木糖 岩藻糖 葡萄糖 半乳糖 5 52 2 21 6 08 44 20 41 99 55 茶多糖药理作用 降血糖 降血脂 防治糖尿病 抗凝 防血栓形成 增强人体非特性异免疫力 56 提取工艺 初步纯化 完全分离纯化 凝胶柱层析 茶多糖的提取工艺 57 3 香菇多糖 来源 食用菌香菇性质 易溶于水 无臭无味作用 1 免疫增强 2 抗肿瘤 3 抗衰老 58 59 60 61 4 冬虫夏草多糖冬虫夏草是中国特产的名贵药材 传统的滋补强壮药产于西南低温 严寒 海拔3000米以上的山区多糖是冬虫夏草中最主要的生理活性物质 62 来源 冬虫夏草性质 白色粉末 无味 易溶于水作用 增强免疫功能冬虫夏草多糖对机体网状内皮系统及腹腔巨噬细胞的吞噬功能具有明显的激活作用 能促进淋巴细胞的转化抗肿瘤作用冬虫夏草多糖已在临床用于癌症的治疗抗心率失常降血脂 冬虫夏草多糖 63 5 甲壳素来源 虾 蟹外壳性质 不溶于水 对稀酸和稀碱很稳定制备工艺 第一步 去钙 将原料粉末 加6mol lHCl 反应1h 除去钙盐第二步 去蛋白质 加20 NaOH 反应30min除去蛋白质 64 作用1 强化免疫功能 对癌症有抑制作用抑制癌细胞毒素活化能杀死癌细胞的淋巴细胞 升高PH 抑制癌细胞转移2 降低胆固醇 与胆汁酸有关 妨碍胆固醇在体内吸收妨碍脂肪的吸收促进胆固醇转化 甲壳素作用 65 3 降血压作用 结合氯离子 4 降血糖作用 升高PH 提高胰岛素利用率 5 强化肝脏机能降低胆固醇和脂肪 预防脂肪肝和肝炎促进产生肝炎病毒抗体增强肝生物转化机能 增强醛脱氢酶活力 甲壳素作用 66 6 对神经 内分泌系统的调节作用7 改善末梢循环8 治疗烧伤 烫伤 加速外伤愈合伤口愈合剂 手术缝合线 人工皮肤9 吸附体内有害物质并排除于体外 甲壳素作用 67 6 透明质酸 来源 高等动物的关节液 软骨 结缔组织 皮肤 脐带 眼球玻璃体等组织和某些微生物的细胞壁中作用 1 润滑关节 2 保持水分 68 制备方法 1 动物组织原料 鸡冠 牛眼玻璃体等方法 水提取 用离子交换剂纯化缺点 提取率仅1 透明质酸制备方法 69 2 微生物发酵菌种 链球菌 乳酸球菌碳源 葡萄糖方法 发酵48h3 化学合成方法 酶催化 多糖聚合优点 成本较低 透明质酸制备方法 70 7 肝素肝素属于动物组织中的酸性粘多糖来源 广泛分布于哺乳动物的某些组织中 如肝脏 肌肉 血管壁 肠粘膜 肺 胰脏性质 为白色或类白色粉末 易溶于水作用抗凝血功能抗炎抗过敏功能抗病毒与抗肿瘤功能缺点易引起自发性出血 71 六 含有多糖类成分的中药材1 菊芋菊糖 果糖的高分子聚合物分布 菊科 桔梗科在菊芋 大理菊的块茎 菊苣的根中尤多 菊芋 72 性质晶体 无臭 可溶于热水 微溶于冷水和有机溶剂生理功能 控制血脂 防便秘及治疗肥胖症应用 巧克力制品代糖品 替代奶油及冰激凌的油脂 生产低脂肉制品 73 2 黄芪黄芪是一种常用中药 味甘 性温 有补气升阳 拔毒排脓和生肌等功效黄芪多糖具有多方面的活性调节免疫对急性心肌缺血有明显保护作用可促进氧自由基的清除可保护肾脏具有双向调节血糖的作用 74 3 芦荟芦荟多糖是芦荟凝胶的主要活性成分之一具有免疫 促进细胞分裂和伤口愈合等功能 日本木立芦荟 中华芦荟 库拉索芦荟 75 4 红枣百果之王 红枣 既可食用又可入药 具有滋阴补肾 强身健体 软化血管 开胃健脾等多种药用功能红枣多糖可以提高SOD活力 具有抗衰老作用 76 5 银杏银杏 全身都是宝的活化石银杏多糖具有免疫调节 抗肿瘤和抗衰老等多种活性银杏外种皮多糖已被制成胶囊 新康胶囊目前银杏多糖的提取纯化工艺较为繁琐 成本较高 其活性研究一般用的都是粗多糖 77 6 玉米须玉米须是一种传统的中草药 在 滇南本草 中药大辞典 等都有记载玉米须多糖单糖组成为阿拉伯糖 木糖 半乳糖玉米须多糖无毒安全 具有降血糖 抗癌 免疫增强的活性 78 具有抗肿瘤作用的植物多糖 79 三 糖的物理化学性质 1 糖的物理性质 溶解性糖 小分子极性大 水溶性好聚合度增高 水溶性下降 多糖难溶于冷水 或溶于热水成胶体溶液 单糖极性 双糖极性 80 味觉 单糖 低聚糖 甜味 多糖 无甜味 随着糖的聚合度增高 则甜味减小 81 2 糖的化学性质 氧化反应单糖的分子有醛 酮 伯醇 仲醇和邻二醇等结构 氧化条件不同其产物也不同 如 82 糖分子化学反应的活泼性端基碳原子 伯碳 仲碳 即C1 OH C6 OH C2C3C4 OH 以过碘酸反应为例来了解糖的氧化反应的应用过碘酸反应主要作用于 邻二醇 氨基醇 羟基醛 酮 邻二酮和某些活性次甲基等结构 83 邻羟基 84 羟基酮 氨基醇 邻二酮 85 反应特点 反应定量进行 试剂与反应物基本是1 1 在水溶液中进行或有水溶液 否则不反应 反应速度 顺式 反式 因顺式易形成环式中间体 游离单糖产物及消耗过碘酸用Fischer式计算 成苷时糖产物及消耗过碘酸用Haworth式计算 在异边而无扭转余地的邻二醇不起反应 86 糠醛形成反应 Molish反应 87 Molish反应 样品 浓H2SO4 萘酚 棕色环多糖 低聚糖 单糖 苷类 Molish反应 88 羟基反应糖的 OH反应 醚化 酯化和缩醛 酮 化 反应活性 最高的半缩醛羟基 C1 OH 其次是伯醇基 C6 OH 仲醇次之 伯醇因其处于末端的空间 对反应有利 因此活性高于仲醇 89 1 醚化反应 甲基化 Haworth法 不常用 含糖样品 Me2SO4 30 NaOH 醇 OH全甲基化 需反复6 8次 判断反应是否完全的方法 甲基化物可用红外光谱测试 直到无 OH吸收峰为止 制备成甲苷 用限量试剂 即克分子比1 1时 可得甲苷 90 Purdie法样品 MeI Ag2O 全甲基化 醇 OH 只能用于苷 不宜用于还原糖 即有C1 OH的糖 因Ag2O有氧化作用 可使C1 OH氧化 Hakomori法 箱守法 样品 DMSO NaH MeI 全甲基化 一次即可 该反应是在非水溶剂中 即二甲基亚砜 DMSO 溶液中进行反应 91 2 酰化反应 酯化反应 羟基活性与甲基化反应相同 即 C1 OH C6 OH C3最难 由于C2位取代后 引起的空间障碍 使得C3最难被酰化 利用酰化可判断糖上 OH数目 保护 OH等 92 四 糖的提取分离 提取 提取主要为溶剂法 水 稀醇 单糖 低聚糖 多糖 糖类的提取可根据它们对乙醇和水的溶解度不同 而采用冷热水 冷热稀醇等条件 苷类分子的极性随着糖基的增多而增大 可根据其极性大小 来选择相适应的溶剂 破坏或抑制植物体内酶的方法 采集新鲜材料 迅速加热干燥 冷冻保存等 93 糖的提取分离 分离 分离1 活性炭柱色谱2 纤维素色谱3 离子交换柱色谱4 凝胶柱色谱5 季铵氢氧化物沉淀法6 分级沉淀或分级溶解法7 蛋白质除去法 94 糖的提取分离 分离 1 活性炭柱色谱 概述用途 分离水溶性物质较好如 氨基酸 糖类及某些苷类 特点 对于活性炭柱色谱 上样量大 分离效果较好 适合大量制备 来源容易 价格廉 缺点 无测定其吸附力级别的理想方法 95 糖的提取分离 分离 分类 粉末状活性炭 颗粒细 总表面积大 吸附力及吸附量大 颗粒状活性炭 颗粒较上者大 吸附力及吸附量也较上者次之 绵纶 活性炭 以锦纶为粘合剂 将粉末状活性炭制成颗粒 吸附力最弱 96 糖的提取分离 分离 活性炭对物质的吸附规律对分子量大的化合物吸附力大于分子量小的化合物 即 多糖 单糖活性炭在水溶液中的吸附力最强 在有机溶剂中吸附力较弱 洗脱顺序 H2O 10 20 30 50 70 乙醇液无机盐 二糖 三糖 多糖单糖等 97 糖的提取分离 分离 2 纤维素色谱原理与PC相同 属分配层析 溶剂系统 水 丙酮 水饱和的正丁醇等 用水溶性的溶剂如HAc H2O进行展开时 其原理属吸附层析 98 糖的提取分离 分离 3 离子交换柱色谱 除水提液中的酸 碱性成分和无机离子 制成硼酸络合物 强碱性阴离子交换树脂 不同浓度硼酸盐液洗脱 99 糖的提取分离 分离 4 凝胶柱色谱常用商品名称及型号 葡聚糖凝胶 商品名 SephadexG G 10 G 15 G 200等 10 表示吸水量乘以10 即1 0ml g的吸水量 琼脂糖凝胶 Sepharose Bio GelA 聚丙烯酰胺凝胶 Bio GelP 羟丙酰基交联葡聚糖凝胶 SephadexLH 20 亲脂性 可在有机溶剂中进行分离的分子筛 100 糖的提取分离 分离 操作过程 除LH 20外 均在H2O中进行 将凝胶在适当的溶液中浸泡 多为洗脱剂 待充分膨胀后装入层析柱 用洗脱液洗脱 收集 回收溶液 干燥 101 糖的提取分离 分离 洗脱溶剂的选择 分离中性物质 水及电解质溶液 酸 碱 盐溶液及缓冲液 阻滞较大的组分 水 有机溶液 水 甲醇 水 乙醇 水 丙酮等 LH 20可用有机溶液进行溶胀 如 CHCl3 丁醇等 适用 有机物质的分离 如 脂类 固醇类等 102 糖的提取分离 分离 5 季铵氢氧化物沉淀法季铵氢氧化物是一类乳化剂 103 糖的提取分离 分离 6 分级沉淀或分级溶解法在糖的水溶液中 逐步加入乙醇 即逐渐增大EtOH浓度 可得到各部分的沉淀物 为使多糖稳定 多糖通常在pH 7时进行酸性多糖在pH 2 4时进行处理酸性多糖时 为防酸水解苷键 操作宜迅速 104 糖的提取分离 分离 7 蛋白质除去法用分级沉淀法得到的多糖 常夹杂有较多的蛋白质 为除之 通常选择能使蛋白质沉淀而使多糖不沉淀的试剂来处理 如 酚 三氯乙酸 鞣酸等 注意 处理时间要短 温度要低 避免多糖降解 三氟三氯乙烷法和Sevag法 用氯仿 戊醇或丁醇4 1混合 在避免降解上有较好效果 105 糖的提取分离 分离 糖的提取分离实例地黄根中单糖和低聚糖的分离取鲜根 热EtOH H2O提 阴阳离子交换树脂 除酸碱成分 得中性成分活性炭柱 15 HOAc处理 以H2O 稀EtOH 5 10 15 25 顺次洗脱 经PC检定 合并D 葡萄糖D 半乳糖D