天然药物化学糖和苷课件

OrganicChemistry Chapter 2糖和苷SaccharidesandGlycosides CompanyLogo 第二章糖和苷 第一节单糖的立体化学第二节糖和苷的分类第三节糖的化学性质第四节苷键的裂解第五节糖的核磁共振性质第六节糖链的结构测定第七节糖及苷的提取分离 CompanyLogo 概述 糖类 又称碳水化合物 carbohydrates 是植物光合作用的初级产物 苷类 glycosides 亦称苷或配糖体 是由糖或糖的衍生物与另一非糖物质 苷元或配基 通过糖的半缩醛或半缩酮羟基与苷元脱水形成的一类化合物 CompanyLogo 什么是糖 多羟基醛或酮 Fischer式表示如下 EmilFischer UniversityofBerlin 1891年提出投影式 D L绝对构型 1 单糖的立体化学 CompanyLogo 水溶液中 半缩醛环状结构 CompanyLogo 端基的相对构型 构型 CompanyLogo Haworth投影式 1926年提出 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 WalterNormanHaworthBirminghamUniversityTheNobelPrizeinChemistry1937 forhisinvestigationsoncarbohydratesandvitaminC CompanyLogo 也可表示为平面结构 CompanyLogo D glucose的端基异构 端基的相对构型 构型 CompanyLogo Haworth投影式中D L构型 端基 构型的判断 CompanyLogo Haworth投影式中D L构型 端基 构型的判断 羰基与最远不对称碳成环 CompanyLogo 六碳呋糖 无法判断D L 羰基不是与最远不对称碳成环 CompanyLogo 酮糖中的D L构型 端基 构型 CompanyLogo Fischer式与Haworth式相互转化最远端不对称C旋转120度 然后与C 1环化 CompanyLogo 差向异构 只有一个手性C构型不同 阿洛糖 阿卓糖 葡萄糖 甘露糖 艾杜糖 半乳糖 塔罗糖 CompanyLogo 变旋现象 CompanyLogo 单糖的构象 环的翻转 4C11C4优势构象 CompanyLogo 船式椅式 半椅式歪斜式 呋喃糖 furanose 信封式扭曲式 吡喃糖 pyranose CompanyLogo 第二节糖和苷的分类 CompanyLogo 2 1 单糖 monosaccharides 五碳醛糖 L arabinose CompanyLogo 常见五碳醛糖 CompanyLogo 六碳醛糖D glucose CompanyLogo 六碳醛糖 CompanyLogo 六碳酮糖D fructose CompanyLogo 甲基五碳醛糖 L rhamnose CompanyLogo 甲基五碳醛糖 CompanyLogo 支碳链糖D apiose CompanyLogo 氨基糖 单糖上的一个或几个醇羟基被氨基置换后形成的糖 去氧糖 单糖上的一个或几个醇羟基被氢原子取代后形成的糖 CompanyLogo 糖醛酸 单糖分子中的伯醇基氧化成羧基D glucuronicacid CompanyLogo 糖醇 单糖的醛或酮基还原成羟基所得 环醇 环状的多羟基化合物 CompanyLogo 2 2 低聚糖 寡糖oligosaccharides 由2 9个单糖通过苷键结合而成 低聚糖类 CompanyLogo 麦芽糖 乳糖 纤维二糖 蔗糖 命名方法 以末端糖为母体 其他的为糖基 并标明糖与糖的连接位置 糖的成环形式以及苷键的构型等 CompanyLogo 2 3 多聚糖 有10个以上单糖通过苷键连接而成的糖类 聚合度 100以上至几千 性质 与单糖和寡糖不同 无甜味 非还原性 按功能分a 水不溶的 直糖链型 主要形成动植物的支持组织 纤维素 甲壳素b 溶于热水形成胶体溶液 多支链型 动植物的贮存养料 淀粉 肝糖元 按组成分a 由一种单糖组成 均多糖 homosaccharide b 由二种以上单糖组成 杂多糖 heterosaccharide 系统命名 均多糖 在糖名后加字尾 an 如葡聚糖为glucan 杂多糖 几种糖名按字母顺序排列后 再加字尾 an 如葡萄甘露聚糖为glucomannan CompanyLogo 由直链糖淀粉 20 和支链胶淀粉 80 组成 淀粉 Starch 直链部分重复单位 麦芽糖 支链部分 每10个麦芽糖重复单位有一个 1 6 支链 CompanyLogo 糖原 Glycogan 动物的储存能量 结构与支链淀粉类似 只是每5个左右麦芽糖单位就有一个支链 聚合度更大 纤维素 Cellulose 植物细胞壁 聚合度3000 5000 分子结构直线状 CompanyLogo 甲壳素 Chitin N 乙酰葡萄糖胺1 4反向链接 肝素 Heparin 硫酸酯化抗凝血作用 治疗血栓 其它多糖粘液质 卡拉胶 硫酸软骨素 透明质酸等 CompanyLogo 定义 配糖体 是糖或糖的衍生物与另一非糖物质 苷元aglycone 通过糖的半缩醛或半缩酮羟基与苷元脱水形成的一类化合物 命名 以 in或 oside作后缀 2 4 苷类 Glycoside 抗疲劳抗衰老提高脑力体力机能 高山红景天 Rhoaiolasacha CompanyLogo 根据生物体内的存在形式 分为原生苷 次级苷 根据连接单糖基的个数 单糖苷 二糖苷 三糖苷 根据苷元连接糖基的位置数 单糖链苷 二糖链苷 根据苷键原子的不同 氧苷 硫苷 氮苷 碳苷 苷类化合物的分类 CompanyLogo 醇苷酚苷氰苷酯苷 药效 抗菌杀虫 垂盆草Sedumsarmentosum 2 4 1 氧苷 CompanyLogo 2 4 2 硫苷 糖端基OH与苷元巯基缩合而成 2 4 3 氮苷 生物化学中的重要物质 CompanyLogo 2 4 4 碳苷 糖端基碳与碳原子相链接 苷元多为酚类 碳苷类溶解度小 难溶于水 野葛Puerarialobata Willd Ohwi CompanyLogo 第三节糖和苷的理化性质 苷类物理性质形 一般是无定形粉末 糖类一般是结晶 味 一般无味 也有很苦或很甜的 例 甜菊苷 stevioside 比蔗糖甜300倍 用作糖尿病患者的甜味剂 溶解度 随糖的增加 亲水性增大 碳苷不易溶解 旋光性 有旋光 甜叶菊SteviarebanianumBertoni CompanyLogo 糖类化学性质 1 氧化反应 过碘酸氧化 通过环状过度态 氧化顺邻二羟基 PbAc4可氧化反式二醇 CompanyLogo 机理 应用 对糖的结构的推测 如糖和苷中氧环的形式 碳原子的构型 多糖中糖的连接位置 和聚合度的决定 CompanyLogo 2 糠醛的形成反应单糖在浓酸作用下 脱水 生成具有呋喃环结构的化合物 多糖先水解成单糖 然后再脱水生成相同的产物 糖醛酸先脱羧 再形成糠醛 CompanyLogo 应用 检测糖类原理 糖在浓酸的作用下发生糠醛反应 所生成的糠醛衍生物和许多芳胺 酚类可缩合生成有色物质 试剂 有机酸 三氯乙酸 草酸等 或无机酸 硫酸 磷酸等 酚或胺类 含有活泼亚甲基并有共轭未饱和系统的化合物 如 苯酚 萘酚 苯胺 Molish反应 浓硫酸和 萘酚 糠醛与 萘酚缩合物紫色 CompanyLogo 纸层析检验糖 CompanyLogo 醚化 3 羟基反应 醚化 酯化 缩醛 酮 化 甲基苷 CompanyLogo 机理 CompanyLogo 乙酰化 acetylation CompanyLogo 选择性去酰基 去酰基 CompanyLogo 苯甲酰化 Benzoylation 控制条件 部分酰化 产物更易结晶 以便x ray单晶衍生分析 CompanyLogo 缩醛和缩酮化酮或醛在脱水剂存在下和多元醇中的两个OH缩合成环状缩酮 ketal 或缩醛 acetal 异丙叉衍生物 用途 保护羟基 CompanyLogo 苯甲叉衍生物 CompanyLogo 羰基反应 糖苯腙 glycoside 苯肼 糖月杀 glycoside 过量苯肼 100 C5 硼酸络合物 可用于中和滴定 离子交换 电泳 CompanyLogo 4 苷键的裂解 CompanyLogo 常用的方法有酸水解 碱水解 酶水解 氧化开裂等 a 酸催化水解 原理 苷键具有缩醛结构 易为稀酸催化水解 试剂 盐酸 硫酸 乙酸 甲酸等 机理 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 CompanyLogo 水解规律 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 按苷键原子不同 酸水解的难易顺序为 N 苷 O 苷 S 苷 C 苷 碱性强 易质子化 按糖的不同 呋喃糖苷 吡喃糖苷 呋喃环是平面 张力大 酮糖 醛糖易水解 酮糖多为呋喃环 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 六碳糖 七碳糖 如果接有 COOH 则最难水解 位阻 氨基糖 羟基糖难水解 羟基糖 去氧糖难水解 尤其是C 2上取代氨基的糖更难 CompanyLogo 按苷元不同酚苷水解比脂肪属苷 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 苷元为小基团者 苷键横键的比苷键竖键的易于水解 位阻 二相水解法 用于苷元酸不稳定 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 CompanyLogo b 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 苷键构型的判定 CompanyLogo c 碱催化水解一般的苷键对稀碱是稳定的 不易被碱催化水解 故苷类多数是用稀酸水解的 很少用碱水解 仅酯苷 酚苷 稀醇苷和 吸电子基取代的苷等才易为碱所水解 藏红花CrocussativusL功效 活血去瘀 调经 主治血滞闭经 痛经 产后腹痛 跌打损伤等症 并有兴奋子宫作用 CompanyLogo 碱水解机理 CompanyLogo d 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 1 2 1 3 1 4 1 6 CompanyLogo CompanyLogo 苷键的裂解 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 CompanyLogo 苷键的裂解 过碘酸裂解 Smith降解 是过碘酸氧化反应经改进 用于割裂具有1 2 二元醇糖苷键的温和反应 该方法又称SMITH裂解法 这种方法对苷元结构容易改变的苷以及C 甙的水解特别适宜 而不适宜苷元上也具有1 2 二元醇结构的苷类 该反应在水解产物中得不到完整的糖分子 CompanyLogo 苷键的裂解 过碘酸裂解步骤 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 CompanyLogo 苷键的裂解 糖醛酸苷的选择性水解 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 CompanyLogo 第五节糖的核磁共振性质 糖的1HNMR性质 糖的端基质子信号在 4 3 6 0甲基五碳糖的甲基信号在 1 0左右其余信号在3 2 4 2左右根据化学位移和偶合常数判断苷键构型 J 6 8HzJ 2 4Hz CompanyLogo CompanyLogo 糖的核磁共振性质 C2质子处于横键上 无法根据偶合常数 0 5Hz 确定苷键构型 CompanyLogo 糖的13CNMR性质化学位移 CH3 18 CH2OH 62 CHOH 68 85端基碳C1 95 105 b D和a L型苷键大于100 a D和b L型苷键小于100 根据 95 105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构型 根据1JC1 H1值区别苷键构型 糖的核磁共振性质 CompanyLogo 糖的13CNMR性质 苷化位移 glycosylationshift GS 糖与苷元成苷后 苷元的 C C和糖的端基碳的化学位移值均发生了改变 称为苷化位移 与苷元结构有关 与糖的种类关系不大 推测糖与苷元 糖与糖连接位置 糖的核磁共振性质 CompanyLogo 苷化位移一般规律 苷元 C向低场位移 C向高场位移 端基碳向低场位移 糖的核磁共振性质 CompanyLogo 伯醇苷 糖的核磁共振性质 CompanyLogo 环醇苷两个b C均为仲碳 糖的核磁共振性质 CompanyLogo 环醇苷一个b C为仲碳 另一个为叔碳或季碳 糖的核磁共振性质 CompanyLogo 叔醇苷 糖的核磁共振性质 CompanyLogo 酚苷和酯苷a C通常向高场位移 糖的核磁共振性质 CompanyLogo CompanyLogo CompanyLogo CompanyLogo CompanyLogo 第六节糖链的结构测定 糖苷类化合物的结构 苷元结构 糖的种类 苷元与糖的链接位置 糖与糖的链接位置 链接方式 CompanyLogo 纯度测定超离心法高压电泳法 硼酸络合后电泳凝胶柱色谱法旋光度测定法其他方法 官能团摩尔比恒定法 示差折射法 HPLC法 分子量测定单糖 低聚糖及其苷 EIMS 衍生化 FDMS FIMS FABMS ESIMS多糖 MALDIMS