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 RuSUN 第三节糖的化性质 一 氧化反应 银镜反应 Tollenreaction 弗林反应 Fehlingreaction 过碘酸氧化反应 OxidationbyHIO4 邻二醇C C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2molHIO4 产生1mol甲酸 说明3C 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 C2 OH 一 甲醚化 MethylEthers 不同的反应类型 Haworth法 CH3 2SO4 NaOHPurdic法CH3I Ag2OKuhn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 boricacid 络合反应 Structurerequirement OHsmustbeinCispositions 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 AcidcatalyzedHydrolysis 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 1 2 1 3 1 4 1 6 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 Basecatalyzedhydrolysis 2 OH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pH3 4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A N 苷B O 苷C S 苷D C 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E S 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NMRSpectraofCarbohydrates 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 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区别糖的C 1位氢构型 苷键构型 C1J 6 8HzJ 2 4Hz 5 7 6 0 苷键构型的确定 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 C1 100 D L型 C1 100根据1JC1 H1值区别苷键构型 吡喃糖 端质子横键1JC1 H1170 175Hz端质子竖键键1JC1 H1160 165Hz呋喃糖 无此规律Table2 2 糖在13CNMR中 CH3 18 CH2OH 62 CHOH 68 85端基碳C1 95 105因此可根据 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的构型 Table2 1 Table2 2 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 glycosylationshift 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 前手性碳pro R和pro S的命名 环醇苷1 两 C均为仲碳前手性差别 规律 同小异大 仲醇苷 C 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其余七 仲醇苷 C 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 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 单糖的种类和比例糖的氧环 五元环 六员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 EI MS 糖衍生物 FAB MS FD MS ESI MS PC HPLC GC 小分子 谱学方法HMBCFAB MS 多糖的结构测定纯度测定 一定分子量范围内的均一组分方法 超离心法 高压电泳法 凝胶柱色谱法 旋光测定法 其他 官能团摩尔比恒定法 视差折射法 HPLC分子量测定 目前MALDI MS或MALDI TOF MS原来物理法 沉降法 光散射法 粘度法 渗透压法 超滤法 超离心法单糖鉴定 同小分子单糖绝对构型测定 GC法 HPLC法 手性柱色铺法 手性检测器法 旋光比较法 糖链连接位置测定 全甲基化 1H NMR 苷化位移糖链连接顺序的确定 早期 部分水解 质谱分析 驰豫时间 1D NMR和2D NMR法苷键构型及氧环的确定 构型 核磁共振法 酶解法 红外法 分子旋光差法 糖的氧环 13C NMR 红外法 甲醇解法 Smith降解法 单糖绝对构型测定 GC法 HPLC法 糖链连接位置测定 全甲基化 OH 糖链连接顺序的确定 质谱分析 1 MW854 糖链连接顺序的确定 质谱分析 2 MW916 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 糖链结构研究实例 1 皂角苷A的结构研究 HMBC 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A EI MSB CI MSC FD MSD FAB MSE ESI 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 单糖 低聚糖 苷类化合物的提取 常用溶剂 水 稀醇 醇提取浸膏 石油醚 氯仿 乙酸乙酯 正丁醇萃取多糖的提取 常用的溶剂 冷水 热水 热或冷的0 1 1mol LNaOH或KOH 热或冷的1 HAc或苯酚 通常先用甲醇或1 1的乙醇和乙醚混合液脱脂 然后以水提取2 3次 除多糖中蛋白质的方法 用醇沉或其他溶剂沉淀所获得的多糖常混有蛋白质 Sevag法 酶解法 三氟三氯乙烷法 三氯醋酸法 二 分离1 季铵盐沉淀法 季铵盐及其氢氧化物是一类乳化剂 可与酸性糖形成不溶性沉淀 2 分级沉淀或分级溶解法 依次按比例由小到大加入甲醇或乙醇或丙酮 收集不同浓度下析出的沉淀 经反复溶解与沉淀后 直到测定的物理常数恒定 比旋光度或电泳 3 离子交换色谱 将纤维素改性 使离子交换与纤维素色谱结合起来制成一系列离子交换纤维素 4 纤维素柱色谱 吸附 分配原理5 凝胶柱色谱法 按分子大小和形状不同分离 6 制备性区域电泳 分子大小 形状及所负的电荷不同的多糖在其电场作用下迁移速率是