沈阳药科大学天然药物化学第二章糖和苷ppt课件.ppt

1 天然药物化学 ChemistryofNaturalProducts 卫生部规划教材 第四版 2 NaturalProductsChemistry 第二章 糖和苷 SaccharideandGlycoside 3 基本内容 常见的几种单糖的结构特征 糖的化学性质 过碘酸氧化 Smith降解 醚化反应 酰化反应 缩酮和缩醛反应 以及硼酸络合反应 苷键的裂解规律和特征 糖的核磁共振谱学特征 糖上的质子在1H NMR谱及碳原子信号在13C NMR上出现的大致位置 根据J值判断多数糖苷端基碳原子构型 苷化位移规律 4 基本要求 掌握苷键的裂解规律和影响因素 熟悉苷结构特征 分类和鉴别方法 及糖苷的核磁性质和苷化位移规律 5 第一节单糖的立体化学第二节糖和苷的分类第三节糖的理化性质第四节苷键的裂解第五节提取分离第六节糖的核磁共振性质第七节糖链的结构测定 本章内容 6 单糖 monosaccharide 糖的基本单位 又称碳水化合物 Carbohydrates 为多羟基的醛 polyhydroxylaldehyde 或多羟基酮 polyhydroxyketone 为重要的一次代谢产物 具有醛基的单糖称为醛糖 aldose 具有酮基的单糖称为为酮糖 ketose 第一节单糖的立体化学 一糖的定义 7 以D 葡萄糖 D glucose 为例 Fischer投影式 Haworth式 Haworth简式 优势构象式 第一节单糖的立体化学 单糖的表示方法 Fischer Haworth 优势构象式 二糖的表示方法 8 最早系统反应单糖立体结构的为Fischer投影式 D L 甘油醛 规则 碳主链竖直放置 醛基 羰基 位于顶端 羟甲基位于底端 链上中间碳上的取代基水平放置两端 投影式中 水平键朝向平面前 竖直健位于平面后 第一节单糖的立体化学 9 部分单糖的Fischer投影式如下 D 木糖D 果糖D 葡萄糖L 鼠李糖D xyloseD fructoseD glucoseL rhamnose 第一节单糖的立体化学 10 D glucose 第一节单糖的立体化学 11 第一节单糖的立体化学 三糖的氧环 D 葡萄糖 D 萄萄呋喃糖 D 萄萄呋喃糖 D 萄萄吡喃糖 D 萄萄吡喃糖 五元氧环 呋喃环 六元氧环 吡喃环 单糖在水溶液中形成半缩醛环状结构 12 第一节单糖的立体化学 四糖的绝对构型 习惯上将单糖的最后一个手性碳原子 距离羰基最远的手性碳 的构型定为单糖的绝对构型 1Fischer投影式中单糖D L构型的规定相对于左右旋 L D 甘油醛而来 以距离醛基 或羰基 最远的手性碳原子上的 OH而定 向右为D 构型 向左为L 构型 D L 甘油醛 13 D 构型 L 构型 第一节单糖的立体化学 D 甘油醛 L 甘油醛 D 木糖 L 鼠李糖 14 2Haworth式中 绝对构型的判定 1 六碳醛糖和甲基五碳糖构成的吡喃糖 C5上的取代基 向上为D型 向下为L型 D L 六碳醛糖构成的呋喃型 因C5 C6部分成为环外侧链 构型判断仍以C5为标准 C5 R者为D型糖 C5 S者为L型糖 R 第一节单糖的立体化学 15 2Haworth式中 绝对构型的判定 2 五碳醛糖构成的吡喃糖 C4上的取代基 向上为L型 向下为D型 L D 第一节单糖的立体化学 3 五碳醛糖构成的呋喃糖 C4上的取代基 向上为D型 向下为L型 L D 16 第一节单糖的立体化学 五糖的端基差向异构 差向异构体 具有多个手性中心的化合物 只有一个手性中心不同而形成的异构体 端基差向异构体 单糖成环后形成了一个新的手性碳原子 该原子成为端基碳 形成的一对异构体称为端基差向异构体 具有 两种构型 17 第一节单糖的立体化学 1Fischer投影式中端基差向异构体构型的确定同 异 C1 OH 端基碳 与距离羰基最远的手性碳原子上的OH在同侧者为 型 异侧者为 型 五糖的端基差向异构 异 同 D glucose 18 2Haworth式中端基差向异构体构型的确定 1 六碳醛糖和甲基五碳糖构成的吡喃糖 第一节单糖的立体化学 同 异 C1 OH 端基碳 与距离羰基最远的手性碳原子上的C5 OH在同侧者为 型 异侧者 为型 19 2Haworth式中端基差向异构体构型的确定 2 五碳醛糖构成的吡喃糖 C1 OH和C4 OH在同侧者为 型 异侧者为 型 第一节单糖的立体化学 3 五碳醛糖构成的呋喃糖 C1 OH和C4 取代基在同侧者为 型 异侧者为 型 20 第一节单糖的立体化学 表示的是糖端基碳的相对构型 从端基碳绝对构型来看 D和 L D和 L型糖 优势构象一样时 的端基碳的绝对构型是一样的 D L 21 第一节单糖的立体化学 六糖的构象 单糖的构象式呋喃型糖 五元氧环 信封式吡喃型糖 椅式构象为优势构象 C1 1C式 4C1式 简称C1式 1C4式 简称1C式 22 第一节单糖的立体化学 六糖的构象 a键e键的书写方法 面上的碳a键在面上面下的碳a键在面下e键隔键平行 23 D型糖 L型糖 规律1 D型糖采取C1式更稳定 L型葡萄糖采取1C式 规律2 b 构型的端基OH总是处于平伏键 以DL 葡萄糖为例总结 24 必须记住的十种常见单糖 2 3 4 2 3 5 25 第一节单糖的立体化学第二节糖和苷的分类第三节糖的理化性质第四节苷键的裂解第五节提取分离第六节糖的核磁共振性质第七节糖链的结构测定 本章内容 26 一 糖的分类 按照糖单位数目 1 单糖 1 单糖 五碳醛糖 六碳醛糖 六碳酮糖 甲基五碳醛糖 支碳链糖 2 单糖衍生物 氨基糖 去氧糖 糖醛酸 糖醇 环醇 第二节糖和苷的分类 27 天然界的单糖从三碳糖至八碳糖都有存在 最简单的醛糖甘油醛 glyceraldehyde 最简单的酮糖二羟基丙酮 1 3 dihydroxyacetone 甘油醛 二羟基丙酮 第一节单糖的立体化学 28 2 低聚糖类2 9个单糖通过苷键结合而成的直链或支链聚糖 3 多聚糖类 1 植物多糖 淀粉 纤维素 果聚糖 半纤维素 树胶 粘液质 2 动物多糖 糖原 甲壳素 肝素 硫酸软骨素 透明质酸 第二节糖和苷的分类 29 二苷的分类苷 配糖体 由糖或糖的衍生物如氨基糖 糖醛酸等的端基碳上的羟基与另一非糖物质 苷元 通过缩合形成的化合物称为苷 故有 苷和 苷之分 分类 根据生物体内的存在形式 原生苷 次生苷根据所连单糖的个数 单糖苷 双糖苷等根据糖链的数目 单糖链苷 双糖链苷根据苷元的不同 黄酮苷 蒽醌苷根据生物活性或特性 强心苷 皂苷根据苷键原子 氧苷 氮苷 硫苷 碳苷 第二节糖和苷的分类 30 根据苷键原子分类 1 氧苷 O 苷 醇苷 苷元为醇 如 红景天苷 第二节糖和苷的分类 酚苷 苷元为酚 如 天麻苷 氰苷 指苷元为 羟腈形成的苷 易分解成醛或酮和氢氰酸 如 苦杏仁苷 31 酯苷 酰苷 苷元的羧酸基与糖或糖衍生物的半缩醛 半缩酮 羟基脱水缩合成苷 如 山慈菇苷A 第二节糖和苷的分类 1 氧苷 O 苷 吲哚苷 苷元为吲哚醇如 靛苷 根据苷键原子分类 32 2 硫苷 苷元的巯基与糖或糖的衍生物的半缩醛 半缩酮 羟基脱水缩合成苷 如 白芥子苷 第二节糖和苷的分类 根据苷键原子分类 3 氮苷 N 苷 苷元的胺基与糖或糖的衍生物的半缩醛 半缩酮 羟基脱水缩合成苷化合物 如 腺苷 33 4 碳苷 C 苷 苷元碳上的氢与糖或糖的衍生物的半缩醛 半缩酮 羟基脱水缩合成苷 苷元多为间苯二酚 间苯三酚类化合物 常见黄酮 蒽醌 酚酸类 如 牡荆素 第二节糖和苷的分类 根据苷键原子分类 34 第一节单糖的立体化学第二节糖和苷的分类第三节糖的理化性质第四节苷键的裂解第五节提取分离第六节糖的核磁共振性质第七节糖链的结构测定 本章内容 35 一一般性质1 溶解性 糖 小分子糖极性大 水溶度大 多糖随聚合度增大 水溶度下降 2 极性 单糖 双糖 叁糖苷的极性 苷元 单糖苷 双糖苷 叁糖苷3 味 单糖 低聚糖有甜味 多糖无甜味 4 旋光性 多有旋光性 第三节糖的理化性质 二 化学性质1 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 第三节糖的理化性质 单糖结构中反应活泼性顺序 端基碳原子 伯碳 仲碳银镜反应 Tollenreaction 以Ag 为氧化剂费林反应 Fehlingreaction 以Cu2 为氧化剂过碘酸反应 氧化邻二羟基等 生成醛等 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 第三节糖的理化性质 邻羟基 第三节糖的理化性质 羟基酮 氨基醇 邻二酮 第三节糖的理化性质 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 在异侧不能扭转的邻二醇不起反应 第三节糖的理化性质 第三节糖的理化性质 以D 葡萄糖为例对其Fischer式和Haworth式消耗过碘酸的计算 需要5分子过碘酸 在异侧不能扭转的邻二醇不起反应 如 第三节糖的理化性质 1 6 D 葡萄呋喃糖酐 1 6 D 葡萄呋喃糖酐 用途 推测糖中邻二 OH多少 试剂与反应物基本是1 1 同一分子式的糖 推测是吡喃糖还是呋喃糖 第三节糖的理化性质 具有三羟基可产生甲酸 无甲酸产生 推测低聚糖和多聚糖的聚合度 推测1 3连接还是1 4连接 糖与糖连接的位置 鉴别糖的种类 氨基糖反应中有氨气产生 第三节糖的理化性质 D glucose 二 化学性质2 糠醛形成反应 Molish反应 第三节糖的理化性质 单糖 浓酸 4 10N 加热 3H2O 呋喃环结构 多糖 矿酸 10 HCl 单糖 脱水 糠醛 5 羟甲糠醛 Molish反应 样品 浓H2SO4 萘酚 棕色环多糖 低聚糖 单糖 苷类 Molish反应均为阳性 第三节糖的理化性质 糠醛衍生物 芳胺或酚类 显色 苯酚 萘酚 苯胺 蒽酮 二 化学性质3 羟基反应糖的 OH反应 醚化 酯化和缩醛 酮 化 反应活性顺序 半缩醛羟基 C1 OH 伯醇基 C6 OH 仲醇 伯醇因其处于末端的空间 对反应有利 因此活性高于仲醇 第三节糖的理化性质 3 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 需反复多次 用红外光谱判断是否有 OH吸收峰制备成甲苷 用限量试剂 即克分子比1 1时 可得甲苷 第三节糖的理化性质 3 1醚化反应 甲基化 Purdic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 该反应是在非水溶剂中 即二甲基亚砜 DMSO 溶液中进行反应 第三节糖的理化性质 3 1醚化反应 甲基化 重氮甲烷法 CH2N2 样品 CH2N2 Et2O MeOH 部分甲基化 COOH CHO等 3 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较易 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 第三节糖的理化性质 3 3缩酮和缩醛化反应酮或醛在脱水剂如矿酸 无水ZnCl2 无水CuSO4等存在下可与多元醇的二个有适当空间位置的羟基易形成环状缩酮 ketal 和缩醛 acetal 酮类易与顺邻 OH生成 五元环状物醛类易与1 3 双 OH生成 六元环状物 第三节糖的理化性质 糖 丙酮 五元环缩酮 异丙叉衍生物 六碳醛糖 丙酮 多为双异丙叉衍生物例 第三节糖的理化性质 二 化学性质4 羰基反应还原糖 苯肼 糖腙 多为水溶性的 还原糖 3分子苯肼 糖脎 较难溶于水 2 去氧糖不能成脎 因C2上无 OH 应用 糖的鉴定 分离和纯化 第三节糖的理化性质 糖的邻二 OH可与许多试剂生成络合物 借生成络合物的某些物理常数的改变 可以有助于糖的分离 鉴定和构型推定 重要的如 硼酸络合物 钼酸络合物 铜氨离子络合物等 糖 硼酸 络合物 酸性增加 可离子化 H3BO3是接受电子对的Lewis酸 第三节糖的理化性质 二 化学性质5 硼酸络合反应 硼酸络合反应的应用 络合后 中性可变为酸性 因此可进行酸碱中和滴定 可进行离子交换法分离 可进行电泳鉴定 在混有硼砂缓冲液的硅胶薄层上色谱 第三节糖的理化性质 56 第一节单糖的立体化学第二节糖和苷的分类第三节糖的理化性质第四节苷键的裂解第五节提取分离第六节糖的核磁共振性质第七节糖链的结构测定 本章内容 六 苷键的裂解 一苷键裂解的目的和应用为鉴定苷的结构 如糖和糖的连接方式 苷元和糖的连接方式 糖的种类 个数等 二苷键裂解法 1 酸催化水解反应2 乙酰解反应3 碱催化水解4 酶催化水解反应5 氧化开裂法 Smith降解法 第四节苷键的裂解 二苷键裂解法 1 酸催化水解反应苷键属缩醛结构 易为稀酸水解 反应机理 苷原子先质子化 然后断键生成阳碳离子或半椅型的中间体 在水中溶剂化而成糖 半椅型 第四节苷键的裂解 酸水解的规律 难易顺序 C 苷 S 苷 O 苷 N 苷醇苷 酚苷 烯醇苷2 氨基糖 2 羟基糖 6 去氧糖 2 去氧糖 2 6 二去氧糖 苷 吡喃糖苷 呋喃糖苷 醛糖苷 酮糖苷糖醛酸 七碳糖 六碳糖 甲基五碳糖 五碳糖 第四节苷键的裂解 在构象相同的糖中 a键 竖键 OH多则易水解 芳香苷较脂肪属苷易水解 如 酚苷 萜苷 甾苷 因苷元部分有供电结构 而脂肪属苷元无供电结构 苷元为小基团苷键横键比竖键易水解 e a 横键易质子化 苷元为大基团苷键竖键比横键易水解 a e 苷的不稳定性促使其易水解 第四节苷键的裂解 二苷键裂解法 2 乙酰解反应常用试剂 醋酐 酸所用酸如 H2SO4 HClO4 CF3COOH或Lewis酸 ZnCl2 BF3 等 反应条件 一般是在室温放置数天 反应机理 与酸催化水解相似 以CH3CO 乙酰基 Ac 为进攻基团 第四节苷键的裂解 乙酰解反应易发生糖的端基异构化 第四节苷键的裂解 乙酰解应用酰化可以保护苷元上的 OH 使苷元增加亲脂性 可用于提纯和鉴定 乙酰解法可以开裂一部分苷键而保留另一部分苷键 第四节苷键的裂解 苷键的葡萄糖双糖的反应速率 乙酰解难易程度 1 6 1 4 1 3 1 2 二苷键裂解法 3 碱催化水解一般苷键对稀碱是稳定的 但某些特殊的苷易为碱水解 如 酯苷 酚苷 与羰基共轭的烯醇苷 吸电子基取代的苷 第四节苷键的裂解 C1 OH与C2 OH 反式易水解 其产物为1 6 葡萄糖酐 顺式产物为正常的糖 利用水解产物可判断苷键构型 第四节苷键的裂解 二苷键裂解法 4 酶催化水解反应特点 反应条件温和 专属性高 保持苷元结构不变 判断苷键构型 常用的水解酶 杏仁苷酶 只水解 六碳醛糖苷键麦芽糖酶 只水解 D 葡萄糖糖苷键纤维素酶 只水解 D 葡萄糖糖苷键蜗牛酶 只水解 苷键转化糖酶 只水解 果糖苷键 第四节苷键的裂解 二苷键裂解法 5 氧化开裂法 Smith降解法 试剂 过碘酸 HIO4 四氢硼钠 NaBH4 稀酸反应过程 分三步反应 1 NaIO4氧化开裂成醛 2 NaBH4还原成醇 3 酸化水解 第四节苷键的裂解 68 特点 条件温和 易得到原苷元适合于苷元不稳定的苷和碳苷的裂解 第四节苷键的裂解 二苷键裂解法 5 氧化开裂法 Smith降解法 69 第一节单糖的立体化学第二节糖和苷的分类第三节糖的理化性质第四节苷键的裂解第五节提取分离第六节糖的核磁共振性质第七节糖链的结构测定 本章内容 70 一 提取提取单糖 低聚糖 苷常用水或稀醇提取 多糖用水或稀碱液提取精制 水提醇沉法 醇溶为苷 低聚糖 沉淀为多糖系统分离法 EtOAc层 单糖苷 正丁醇层 低聚糖苷 单糖 第五节提取分离 71 二 分离1 季铵盐沉淀法 用于酸性多糖的分离2 分级沉淀或分级溶解 多糖在不同浓度的醇或丙酮中具有不同的溶解度 3 离子交换色谱 适用于分离酸性 中性多糖和粘多糖4 纤维素柱色谱 兼有吸附色谱和分配色谱的性质5 纸色谱 单糖的鉴定 展开剂BAW n BuOH HAc H2O4 1 5 上相 极性小 Rf值大 第五节提取分离 72 二 分离6 凝胶柱色谱常用凝胶 葡聚糖凝胶 ephadexG 琼脂糖凝胶 epharoseBio gel 聚丙烯酰胺凝胶 Bio gelP 等 洗脱剂 各种浓度的盐溶液及缓冲液分离多糖 按分子大小和形状不同分离 第五节提取分离 73 第一节单糖的立体化学第二节糖和苷的分类第三节糖的理化性质第四节苷键的裂解第五节提取分离第六节糖的核磁共振性质第七节糖链的结构测定 本章内容 74 一 糖的1HNMR性质1 化学位移 糖端基质子 4 3 6 0C6 CH3 鼠李糖 1 0 3H d J 6Hz 其它碳上质子 3 2 4 2 第六节糖的核磁共振性质 2 偶合常数 J1 2判断苷键构型 吡喃型糖C1式苷键为 D或 L型 当端基质子和C2 H为竖键 J 6 8Hz C2 H为横键 J 2 4Hz 苷键为 D或 L型 端基质子为横键 J 2 4Hz 75 第六节糖的核磁共振性质 D 葡萄糖 可通过J值来判定端基碳构型 76 无法通过J值来判定 第六节糖的核磁共振性质 77 所以无法通过J值来判断构型 第六节糖的核磁共振性质 呋喃型糖偶合常数变化不大 不能用端基质子偶合常数判断苷键构型 78 二 糖的13CNMR性质1 化学位移及偶合常数端基碳 95 105 CH OH C2 C3 C4 70 85CH2 OH C6 62左右CH3 20 第六节糖的核磁共振性质 79 Glc的一般13C NMR谱规律 第六节糖的核磁共振性质 80 偶合常数1JC1 H1 吡喃糖 优势构象C1式 D或 L型苷键 170 175Hz D或 L型苷键 160 165Hz 用于苷键的判定 鼠李糖优势构象1C式 L型 170 175Hz L型160 165Hz 第六节糖的核磁共振性质 81 2 苷化位移 Glycosylationshift GS 定义 糖与苷元成苷后 苷元的 C C和糖的端基碳的化学位移值发生了变化 这种变化称苷化位移 应用 推测糖与苷元 糖与糖的连接位置 苷元被苷化碳的绝对构型及碳氢信号归属 第六节糖的核磁共振性质 82 规律 苷化位移值与苷元的结构有关 与糖的种类无关 如 苷元为链状结构 端基碳的苷化位移随着苷元为伯 仲 叔基而递减 苷元的 C C变化不大 当苷元为环醇时 羟基的 位无烷基取代 则 C和端基碳的苷化位移值与开链的仲醇相似 若有烷基取代 则苷化位移值与 C和糖的端基碳手性都有关系 具体如下 第六节糖的核磁共振性质 83 苷元 位有取代时的苷化位移 苷元 碳手性和糖端基手性都为R 或S 时 苷化位移值与苷元为 位无取代的环醇相同 如 第六节糖的核磁共振性质 84 苷元 碳和糖端基碳手性不同时 端基碳和 碳的苷化位移值比苷元为 无取代的相应碳的苷化位移值大约为3 5个化学位移单位 第六节糖的核磁共振性质 85 酯苷 酚苷的苷化位移 当糖与 OH形成