第三章 苷类化合物PPT幻灯片课件

第三章,糖和苷类化合物,1,一、概述,糖类又称碳水化合物（carbohydrates），是植物光合作用的初生产物，是一类丰富的天然产物，如：蔗糖、粮食(淀粉)、棉布的棉纤维等。糖类、核酸、蛋白质、脂质生命活动所必需的四大类化合物。（糖占植物干重8090，有些在抗肿瘤、抗肝炎、抗心血管病、抗衰老等方面具有独特点生物活性，如如人参、灵芝、黄芪、枸杞子、香菇、刺五加等多糖多为其有效成分）苷亦称配糖体，具有多种生理活性。,2,单糖：不能再被水解成更小分子的糖。如葡萄糖等。低聚糖：水解后生成29个单糖分子的糖。如：蔗糖（D-葡萄糖-D果糖）麦芽糖（葡萄糖14葡萄糖）多糖：水解后能生成多个单分子的，称为多糖。如：淀粉、纤维素等,3,二、糖的结构与分类,糖的构型,绝对构型,端基碳原子的相对构型,依C5-R取向,依C1-OH与C5-R相对位置,D-型（向上）,L-型（向下）,-型（同侧）,-型（异侧）,多形成,D葡萄糖,-L鼠李糖,4,糖的结构与分类,五碳醛糖:D-木糖（xyl）;D-核糖（rib）;L-阿拉伯糖（ara）甲基五碳糖:L-鼠李糖（rha）六碳醛糖:D-葡萄糖（glc）;D-半乳糖（gal）六碳酮糖:D-果糖（fru）糖醛酸:D葡萄糖醛酸(glucuronicacid)；D半乳糖醛酸(galacturonicacid)糖醇：D甘露醇(mannitol).去氧糖（强心苷多见）:D洋地黄毒糖digitoxose）氨基糖(动物和菌类）:2氨基2去氧D葡萄糖（2-amino-2-deoxy-glucose）,5,重要的双糖：龙胆二糖(gentiobiose)麦芽糖(maltose)芸香糖(rutinose)槐糖(sophorose)新橙皮糖(neohesperidose),低聚糖,由29个单糖基组成,6,植物体内常见糖的哈沃斯（Haworth）投影式结构：,D木糖（xyl）D核糖（rib）L阿拉伯糖（ara）L鼠李糖（rha）,D葡萄糖（glc）D半乳糖（gal）D葡萄糖醛酸D半乳糖醛酸,7,D果糖（fru）D洋地黄糖2氨基2去氧D葡萄糖（digitoxose）（2-amino-2-deoxy-glucose）,芸香糖(rutinose)龙胆二糖(gentiobiose),8,新橙皮糖(neohesperidose)槐糖(sophorose),9,第二节苷类化合物,（一）定义糖和非糖物质通过糖的端基C原子链接而成的化合物。非糖部分称为苷元，又称配糖体。,10,二、苷的结构与分类,1、氧苷：依苷元羟基的类型分为醇苷：红景天苷酚苷：天麻苷、白藜芦醇苷酯苷：山慈姑苷A、B氰苷：苦杏仁苷,按苷键原子分类：氧苷、硫苷、氮苷、碳苷,11,红景天苷（醇苷）,苦杏仁苷（氰苷）,12,白藜芦醇苷（酚苷）天麻苷（酚苷）,2、硫苷：黑芥子苷、白芥子苷3、氮苷：腺苷、鸟苷等，生化中多见。4、碳苷：芦荟苷.,黑芥子苷（硫苷）,13,腺苷（氮苷）,芦荟苷（碳苷）,山慈姑苷AR=H,山慈姑苷BR=OH(酯苷),14,其他分类方法,按苷元类型：黄酮苷、蒽醌苷、香豆素苷按植物体内存在状态：原生苷、次生苷按苷特殊性：皂苷按生理作用：强心苷按糖的种类和名称：木糖苷、葡萄糖苷按单糖基的数目：单糖苷、双糖苷按糖链的数目：单糖链苷、双糖链苷、三糖链苷,15,三、苷的理化性质,（一）性状：形态均为固体，含糖基少可成结晶含糖基多无定型粉末，有引湿性颜色取决于苷元（共轭系统的大小及助色团的有无）气味一般无味；个别对黏膜有刺激性（皂苷）（二）旋光性：苷都有旋光性（糖和/或苷元），且呈左旋，糖为右旋。,16,溶解性,水甲（乙）醇乙醚（苯）石油醚苷元（亲脂性）-+（-）苷（亲水性）+-,苷键的裂解（酸水解、酶解、碱水解、乙酰解、氧化开裂法等）（一）酸水解：反应机理（以葡萄糖为例）,17,苷键原子质子化苷键断裂阳碳离子溶剂化脱去氢离子,酸水解难易的关键,18,苷键原子周围的电子云密度（电子云密度大，易于接受质子，水解容易）,空间环境（有利于接受质子，水解就容易）,酸水解的规律,1与苷键原子有关:N苷O苷S苷C苷(易于接受质子)（无孤对电子）2呋喃糖苷（酮糖）吡喃糖苷（醛糖）（分子平面性，张力大）3五碳糖苷甲基五碳糖苷六碳糖苷七碳糖苷糖醛酸苷（空间位阻小）（大）42氨基糖苷脂肪族苷（苷元供电性）,影响苷键原子质子化的因素,19,难水解的碳苷苷元结构不太稳定的氧苷（皂苷）,氧化开裂法Smith降解法;两相酸水解法（样品+酸水+苯/氯仿）,获得真正苷元,-D-葡萄糖苷过碘酸二元醛四氢硼钠二元醇稀酸室温苷元（O-苷）（氧化邻二醇）（还原）（稳定性差）（温和）,20,-D-葡萄糖苷（C-苷）带醛基的苷元,21,（二）酶水解：酶水解的特点及意义,条件温和高度专属性：（水、3040）苷酶苷（麦芽糖酶水解-葡萄糖苷键）苷酶苷（苦杏仁酶水解-葡萄糖苷键和其他六碳糖的苷键）获得真正苷元苷键构型（、）的判断,22,（三）碱水解,苷键的缩醛结构（苷键原子的负电性）对稀碱（OH-）稳定,故苷很少用碱水解，而酯苷、酚苷、烯醇苷、吸电子基团的苷类（苷键原子的正电性）易为碱水解。,23,（四）乙酰解,多糖苷,醋酐+酸（浓硫酸、高氯酸、氯化锌）,乙酰化单糖、乙酰化低聚糖,选择性水解,1,6-苷键1,4-苷键和1,3-苷键1,2-苷键,依鉴定结果+裂解规律,推断多糖苷中糖与糖之间的连接位置,鉴定,薄层色谱气相色谱,24,四、苷的提取与分离,提取：苷的存在状态苷与酶共存提取目的（原生苷、次生苷、苷元）原生苷（科研、生产）溶解性差异酶解次生苷、苷元（生产）,25,提取原生苷提取次生苷、苷元,设法抑制酶的活性（加热、拌碳酸钙、醇）避免与酸、碱接触极性溶剂（甲醇、乙醇、沸水）提取,利用酶的活性（加水、3040、2448）加酸水解或碱水解、预发酵等有机溶剂（醇、苯、氯仿、石油醚）提取,提取液,浓缩,浓缩液（含大量极性杂质）,26,溶剂法（溶剂沉淀-水液加丙酮或乙醚；溶剂萃取法-乙酸乙酯、正丁醇）大孔树脂法（先水洗-无机盐、糖、肽类，不同浓度的乙醇洗苷类）,分离：色谱方法（为主）,反相硅胶色谱：Rp-18、Rp-8（极性成分适用）；水-甲醇或水-乙腈为流动相葡聚糖凝胶色谱：SephedexLH-20(有机相适用)不同浓度的乙醇为洗脱剂,各种单体成分,27,五、苷的检识,一化学检识水解苷糖+苷元（鉴别特点和意义）菲林试剂阴性（-）阳性（+）（-）还原糖特有多伦试剂阴性（-）阳性（+）（-）还原糖特有Molish反应阳性（+）阳性（+）（-）苷与苷元的鉴别（-萘酚、浓硫酸）,28,二色谱检识,1薄层色谱（分配原理）硅胶正相色谱硅胶反相色谱固定相硅胶表面吸附的水Rp-18、Rp-8展开剂正丁醇-乙酸-水（4：1：5，上层）氯仿-甲醇氯仿-甲醇-水（65：35：10，下层）甲醇-水（三元系统）（二元系统）适用范围大多数苷（极性偏大）极性较小的苷,29,固定相水展开剂正丁醇-乙酸-水（4：5：1，上层）正丁醇-乙醇-水（4：2：1）水饱和的苯酚显色剂苯胺-邻苯二甲酸试剂，间苯二酚-盐酸试剂（薄层、纸层均可）茴香醛-硫酸、间苯二酚-硫酸、-萘酚-硫酸（仅薄层适宜）（主要针对苷中糖及糖的显色，针对苷元的显色见各章节）,2纸色谱（分配原理）,30,六、苷类的结构研究,苷类结构研究的一般程序：1.物理常数的测定。Mp.等。2.分子式的测定质谱分析法（广泛采用）电子轰击质谱（EI-MS）：不易获得分子离子峰（极性大）化学电离质谱（CI-MS）场解吸质谱（FD-MS）：常用快原子轰击质谱（FAB-MS）：常用高分辨快原子轰击质谱（HR-FAB-MS）：能直接测出分子式,31,3.组成苷的苷元、糖的鉴定,（1）苷元的结构鉴定（见各章节）（2）糖的种类鉴定纸色谱（PC）：分配原理，BAW系统，与对照品共色谱鉴定薄层色谱（TLC）：硅胶（硼酸溶液或无机盐溶液制-增加上样量）气相色谱（GLC）：水解、制备TMS衍生物（具挥发性），用对照品tR鉴定超导FT-NMR光谱:苷中各糖的不同质子的、J与标准糖数据进行比较鉴定苷中各糖的不同碳原子的与标准糖数据进行比较鉴定,32,（3）糖的数目的测定,光密度扫描法测定各糖斑点含量，计算各糖分子比，推算组成苷的糖的数目质谱法测定苷及苷元的分子离子峰（分子量），计算其差值，求出糖的数目1H-NMR谱:端基质子的信号（大-处于低场）数目全乙酰化或全甲基化物乙酰氧基、甲氧基信号（、J）的数目13C-NMR谱:端基碳原子信号（90112ppm）的数目苷分子总碳信号数目减去苷元的碳信号数目,推算糖的数目,33,4、苷元与糖、糖与糖之间连接位置的测定,（1）苷元与糖之间连接位置的测定13C-NMR谱法：利用苷化位移规律，将苷与苷元的碳谱相比较即可鉴别醇羟基苷化，苷元-碳向低场位移（+410ppm），-碳向高场位移（-0.9-4.6ppm）酚羟基苷化,苷元-碳向高场位移，-碳向低场位移,34,化学方法:将苷的全甲基化物进行甲醇解，鉴定（与对照品共色谱）未全甲醚化的单糖，游离羟基所在位置即糖与糖之间的连接位置。13C-NMR谱法：利用苷化位移规律，将苷与相应单糖的碳谱数据相比较即可鉴别。,糖与糖相连，内侧糖连接糖的碳原子移向低场（47ppm）相邻碳原子移向高场（-1-4ppm）,（2）糖与糖之间连接位置的测定,35,5、糖与糖之间连接顺序的确定,苷,缓和酸水解、酶解乙酰解全甲基化甲醇解,部分苷键断裂的裂解产物,推断,分析,36,波谱分析法,质谱（MS）法:主要利用质谱中归属于有关糖基的碎片离子峰或各种分子离子脱糖基的碎片离子峰，可对糖的连接顺序作出判断。EI-MS(需作成全甲基化、乙酰化或三甲基硅醚化物)常见各单糖及双糖的全乙酰化物、TMS衍生物碎片离子峰见书。FD-MS或FAB-MS：常出现各种脱去不同程度糖基的碎片离子峰。核磁共振（NMR）法：13C-NMR谱碳原子的自旋-弛豫时间（T1）的大小推断。NT1随糖链距离的增加而增大,37,6、苷键构型的确定,（1）利用酶水解法(酶的专属性)（2）利用开勒（Klyne）经验公式进行计算MD=MD苷-MD苷元,与各糖的一对甲苷（-、-）的分子比旋度相比较，与-甲苷接近，则该苷键构型为-构型与-甲苷接近，则该苷键构型为-构型,38,（3）利用核磁共振（NMR）确定苷键构型,13C-NMR谱：利用端基碳原子的化学位移判断苷键构型：除D-甘露糖、L-鼠李糖外，绝大多数单糖甲苷，其-型与-型的化学位移相差4ppm.利用端基碳原子与端基质子的偶合常数判断苷键构型：-甲苷JC1-H1170Hz-甲苷JC1-H1160Hz10ppm,39,1H-NMR谱：利用端基质子偶合常数的大小判断苷键构型,依据,相邻碳原子上质子偶合常数的大小与二者之间的立体夹角有关,H-2为键的糖（葡萄糖、木糖、半乳糖）,H-2为e键的糖（鼠李糖、甘露糖）,-苷键-苷键-苷键-苷键J12=23.5HzJ12=69HzJ12=2HzJ122Hz(Jae、60O)（Jaa、180）（Jee、60）（Jae、60O）,J12不相等J12相等,意义,可以用于构型的判断不能用于构型的判断,40,-D-葡萄糖苷-L-鼠李糖苷J12=Jae=23HzJ12=Jae=2Hz,-D-葡萄糖苷-L-鼠李糖苷J12=Jaa=69HzJ12=Jae=2Hz,41,波谱分析在糖苷结构测定中的应用总结,MS1H-NMR13C-NMR糖种类糖各质子的、J糖的碳信号（与标准糖对照）（与标准糖对照）糖数目分子量之差端基质子信号数端基碳信号数（苷-苷元）（位于低场）（90112ppm）衍生物信号数碳信号之差（甲氧基特征）（苷-苷元信号差）（乙酰氧基特征）,42,苷元与糖苷化位移规律连接位置（苷与苷元碳谱相比较）糖与糖苷化位移规律连接位置（苷与各糖碳谱相比较）糖与糖各糖碎片离子峰自旋-弛豫时间连接顺序（与特征性末端糖（末端糖的NT1最大）双糖数据相比较）苷键构型端基质子J1-2端基碳-型23Hz(、相差4ppm)-型69Hz端基碳JC-H（H-2为键）-甲苷170Hz-甲苷160Hz（10ppm）,43,思考题,1、掌握苷的组成特点（含义）。2、熟悉糖的分类，掌握重要糖的结构及构型（绝对、相对构型）的判断方法。3、熟悉苷的分类方法，掌握重要的分类方法及代表化合物。4、熟悉苷类的一般性状、旋光性，掌握其溶解性的一般规律。5、熟悉苷类裂解的一般方法。6、掌握酸水解的原理、关键及影响酸水解的因素（水解规律）。,44,7、熟悉二相酸水解的方法，掌握该法在苷键裂解中的意义。8、掌握酶解的特点及在苷键裂解中的重要意义。9、掌握酶解的最佳条件及意义。10、掌握抑制或杀灭酶活性的常用方法及意义。11、熟悉常用的乙酰解试剂、方法及在低聚糖苷结构研究中的作用。12、掌握氧化开裂法（Smith降解法）用于苷键裂解的原理及意义。13、掌握以提取苷为目的时应该注意的问题及提取方法。14、掌握以提取苷元为目的时应该采取的措施及提取方法。,45,15、掌握大孔树脂法在富集、纯化总苷类成分的原理和方法。16、掌握反相色谱法分离苷类成分的原理、条件和方法。17、掌握SephedexLH-20分离苷类成分的原理、条件和方法。18、掌握糖和苷理化检识的方法、特点及鉴别意义。19、掌握色谱法检识糖和苷的原理、条件和方法。20、熟悉苷类结构研究的一般程序。21、总结并掌握质谱法在苷类结构中的作用。22、掌握纸色谱法用于鉴别组成苷的糖的种类的原理、条件和方法。,46,23、熟悉核磁共振氢谱、碳谱用于糖的种类鉴别的依据。24、熟悉质谱、氢谱及碳谱用于苷中糖的数目测定的依据。25、掌握苷化位移规律