糖和苷类化合物

第三章 糖和苷类化合物,本章重点,糖和苷的定义，构型，分类和显色反应；苷键裂解的方法：酸水解法，酶解法和氧化开裂法；苷的提取方法和注意事项；苷键构型的确定方法,第一节 糖类化合物一、概 述 1、含义：糖是多羟基醛或多羟基酮及其衍生物、聚合物的总称。含有碳、氢、氧三种元素，大多数氢和氧的比例是2：1，具有Cx（H2O）y的通式，又称为碳水化合物，但有的糖分子组成并不符合这个通式，如鼠李糖（rhamnose）为C6H12O5。,2、存在：糖的分布极广，可分布于植物的各个部位，植物的根、茎、叶、花、果实、种子等大多含有葡萄糖、果糖,淀粉和纤维素等。,3、主要生物活性： 有抗肿瘤活性（香菇多糖） 有增强免疫功能（黄芪多糖）,根据其能否水解和分子量的大小可分为： 单糖：不能再被水解成更小分子的糖。 如葡萄糖、鼠李糖等。 低聚糖：由29个单糖聚合而成，也称寡糖。 如蔗糖、麦芽糖等。 多糖： 由10个以上的单糖聚合而成，分子量 很大。其性质也不同于单糖和低聚糖 如淀粉、纤维素等。,二、糖类的结构与分类,1、常见的单糖及其衍生物（1）五碳醛糖：D-木糖（D-xylose，xyl）、L-阿拉伯糖（L-arabinose，ara）。（2）甲基五碳糖：L-夫糖（L-fuc）、D-鸡纳糖（D-qui）、L-鼠李糖（L-rha）。,（一）单糖,D-木糖 L-阿拉伯糖 L-鼠李糖,（3）六碳醛糖：,（4）六碳酮糖：D-果糖（fructose，fru）,D-葡萄糖D-glc D-甘露糖 D-半乳糖,（5）糖醛酸：,（6）糖醇：单糖的醛或酮基还原成羟基后所得到的多元醇称糖醇。多有甜味。如卫矛醇、D-甘露醇、D-山梨醇。,D-葡萄糖醛酸 D-半乳糖醛酸,（7）其他： 去氧塘：在单糖的2，6位失去氧，就成为2，6-二去氧糖，主要存在于强心苷等成分中。,氨基糖：单糖的伯或仲羟基被置换为氨基，就成为氨基糖。天然氨基糖存在于动物和菌类中较多。自然界亦发现一些有分支碳链的糖，如D-芹糖。,（1）绝对构型：在哈沃斯（Haworth）式中，只要看六碳吡喃糖的C5（五碳呋喃糖的C4）上取代基的取向，向上的为D型，向下的为L型。,2、单糖的构型,D-葡萄糖D-glc D-甘露糖 D-半乳糖,（2）Haworth式：看不对称碳原子C5（吡喃糖）或C4（呋喃糖）上大取代基的方向，向上为D，向下为L,（2）相对构型：端基碳原子的或是指C1羟基与六碳糖C5（五碳糖C4）取代基的相对关系.当C1羟基与六碳糖C5（五碳糖C4）上取代基在环的同一侧为构型， 在环的异侧为构型,-D-糖 -D-糖 -L-糖 -L-糖,Haworth透视式,-D - glc（吡喃糖）,-D - glc（呋喃糖）,多数糖： D型：5-R在环上 型: 1-OH与R同向 L , ?,-L-鼠李糖,（二）低聚糖 2-9个单糖通过苷键结合而成。 低聚糖分为二糖、三糖、四糖等。常见的二糖有蔗糖、龙胆二糖（gentiobiose）、麦芽糖（maltose）、芸香糖（rutinose）、蚕豆糖（vicianose）、槐糖（sophorose）等。,麦芽糖,芸香糖,龙胆二糖,（三）多糖（polysaccharides） 由10个以上的糖聚合而成，许多中药中多糖有生物活性，引起医学界重视。1植物多糖 淀粉、纤维素 其他多糖：香菇多糖、灵芝多糖（抗 癌） 黄芪多糖、人参多糖（增强免疫） 银耳多糖（保护肝细胞）,已失去一般单糖的性质，一般无甜味，也无还原性。由一种单糖组成的多糖为均多糖，由二种以上单糖组成的为杂多糖。,（1）纤维素（cellulose） 由30005000分子的D-葡萄糖通过14苷键以反向连接聚合而成的直链葡聚糖，分子结构直线状，不易被稀酸或碱水解。,树胶（gum）：植物受伤后分泌物。 粘液质（mucilage）：保护植物水份的物质。 粘胶质（pectic substance）： 溶入热水，冷却成冻状。2动物多糖 糖原、甲壳素、肝素、硫酸软骨素、 透明胶质 (p46),第二节 苷类化合物一、 概述 1、含义：苷类（glycosides）是糖或糖的衍生物与另一非糖物质通过糖的端基碳原子连接而成的一类化合物，又称为配糖体。苷中的非糖部分称为苷元(genin)或配基（aglycone）。,2、分布：分布广泛，由于苷元的结构类型不同，各种结构类型的苷类在植物中的分布情况亦不一样。如黄酮苷在近200个科的植物中都有分布；强心苷主要分布于玄参科、夹竹桃科等10多个科。,3、生物活性：苷类化合物多具有广泛的生物活性，如天麻苷是天麻安神镇静的主要活性成分；三七皂苷是三七活血化瘀的活性成分；强心苷有强心作用；黄酮苷有抗菌、止咳、平喘、扩张冠状动脉血管等等作用。,二、苷类的结构与分类（一）结构1、苷键：苷中的苷元与糖之间的化学键称为苷键。2、苷原子：苷元上形成苷键以连接糖的原子，称为苷键原子，也称为苷原子。,3、苷的构型：单糖有及二种端基异构体，形成苷类时就有二种构型的苷，即-苷和-苷。在天然的苷类中，由D-型糖衍生而成的苷多为-苷，而由L-型糖衍生而成的苷多为-苷。4、成苷的常见糖：主要是单糖,二、苷的分类 分类方法：根据苷元、糖的数目、糖链 数目、原生苷、次生苷、苷键原子等。 按苷键原子分为四类 （一）氧苷（多数） 醇苷、酚苷、酯苷、 氰苷、吲哚苷, 醇苷 是苷元的醇羟基与糖缩合而成的苷。,毛茛苷,红景天苷, 酚苷 苷元分子中的酚性羟基 与糖脱水而成的苷。,熊果苷 天麻苷 丹皮苷, 酯苷 苷元中羧基与糖缩合而成的苷，其苷键既有缩醛性质又有酯的性质，易为稀酸和稀碱所水解。, 氰苷 氰苷主要是指一类具有-羟基腈的苷，数目不多，但分布广泛。这种苷易水解，尤其是在有稀酸和酶催化时水解更快，生成的苷元-羟腈很不稳定，立即分解为醛（酮）和氢氰酸；,在酸碱或酶的作用下，苦杏仁苷依不同的条件生成不同的分解产物。 稀酸 杏仁腈 苦杏仁苷 浓HCl 苦杏仁苷酶 OH 苯甲醛 氢氰酸 野樱苷 野樱酶 稀酸,（二）硫苷 糖端基碳上羟基和苷元中巯基缩合而成的苷为硫苷。 萝卜苷,（三）氮苷 糖和苷元经氮原子相连而成的苷。如核苷，是核酸的重要组成部分。 巴豆苷,（四）碳苷 糖与苷元直接通过碳原子相连形成的苷。 葛根素扩张冠状动脉血管,芦荟（Aloe）中的致泻有效成分之一芦荟苷（aloin）是最早从中药中获得的蒽醌碳苷，具有不同旋光性和圆二色性、并可相互转化的一对非对映体。,2其它分类方法 （1）按苷元的化学结构类型：分为香豆素苷、蒽醌苷、黄酮苷、吲哚苷等。（2）按苷类在植物体内的存在状况：分为原生苷次生苷（3）按苷的生理作用分类：强心苷。,（3）按苷的生理作用分类：强心苷。（4）按苷的特殊物理性质分类：皂苷。（5）按糖的种类或名称分类：葡萄糖苷、木糖苷、去氧糖苷等。（6）按苷分子所含单糖的数目分类，可分为单糖苷、双糖苷、三糖苷等。（7）按苷分子中的糖链数目分类，可分为单糖链苷、双糖链苷等。（8）按其植物来源分类，例如人参皂苷、柴胡皂苷等。,1、苷类均为固体，无定形粉末状物或结晶，2、多具有吸湿性。3、刺激性：有些苷类对粘膜具有刺激作用，如皂苷、强心苷等。4、苷类具有旋光性，多数苷呈左旋。苷类水解后由于生成的糖是右旋的，因而使混合物呈右旋。,三、苷类的性质 （一）物理性质,5、溶解性：（1）苷：苷类属于极性较大的物质，在甲醇、乙醇、含水正丁醇等极性大的有机溶剂中有较大的溶解度，一般也能溶于水。苷的糖基增多，极性增大，亲水性增强碳苷的溶解性较为特殊，和一般苷类不同，无论是在水还是在其它溶剂中，溶解度一般都较小。（2）苷元：易溶于亲脂性有机溶剂或不同浓度的醇。,第四节 苷键裂解,一、酸水解 用硫酸、盐酸等催化水解，苷原子首先质子化，然后苷键断裂生成苷元和糖的阳离子中间体，后在水中溶剂化生成糖（P53）。 所以苷的水解难易与苷原子电子云密度及空间位阻及苷的稳定性等因素有关。,1N-苷O-苷S-苷C-苷2C-5-R：5-H25-CH35-CH2OH5-COOH3呋喃糖苷吡喃糖苷强酸水解：得到糖，苷元易破坏弱酸水解：得到次级苷，确定糖的连接顺序两相酸水解：保护苷元,水解易难,二、碱水解 可水解酯苷、酚苷，苷键位有吸电子基团的苷（P53）。 主要用于水解酯键苷。,转化糖酶：-果糖苷 麦芽糖酶：-葡萄糖苷 苦杏仁酶：-葡萄糖苷 纤维素酶：-葡萄糖苷橙皮酶： 混合酶 蜗牛酶：混合酶 确定苷键构型，得到次级苷，确定糖连接顺序。,三、酶解,在结构研究中，为了确定糖与糖之间的连接位置，常应用乙酰解开裂一部分苷键，保留另一部分苷键，然后用薄层或气相色谱鉴定在水解产物中得到的乙酰化单糖和乙酰化低聚糖。乙酰解反应的速度与糖苷键的位置有关。乙酰解速率:16苷键最易断裂，其次为14苷键和13苷键，12苷键最难开裂。,（4）乙酰解反应,四、过碘酸裂解（Smith裂解） 室温，条件温和，可得到原生苷元。C-苷难以酸水解，可用Smith裂解水解（P55）。,用过碘酸氧化糖苷，使之生成二元醛以及甲酸，再用四氢硼钠还原成相应的二元醇。二元醇具有简单的缩醛结构，比苷的稳定性差得多，在室温下与稀酸作用即可水解成苷元、多元醇和羟基乙醛等产物。,对难水解的碳苷，也可用此法进行水解，以避免使用剧烈的酸进行水解，可获得连有一个醛基、但其它结构保持不变的苷元。,(五)苷类的显色反应和沉淀反应,苷类可发生与糖相同的显色反应和沉淀反应。苷需先水解成为游离糖后才能进行反应。苷元部分，其结构可能彼此差异很大，性质亦各不相同，请参见以后各章内容。,第三节 提取与分离,一 糖类的提取水或稀醇 注意 中性条件下提取 CaCO3等中和 破坏酶活性: 加入无机盐 醇热提 加热水煮,二 苷类的提取,原生苷: 避免水解 方法? 在中性条件下提取 抑制和破坏酶活性次生苷: 适当水解 溶剂: 热水或醇苷元提取: 彻底水解, 有机溶剂提取,三 糖和苷的分离,色谱法 活性炭、大孔树脂、纤维素、硅胶凝胶过滤法 糖类层析最适用聚丙烯酰胺凝胶等，各溶质洗脱顺序随分子量由大到小依次流出。,水提醇沉(分级沉淀）,按分子量不同进行的初步分离，沉淀一般在PH7时进行，此时糖的性质最稳定，但酸性多糖在PH7时以盐的形式存在，易调至PH2-4进行。,利用一定大小孔目的膜，使无机盐或小分子糖透过而达到分离目的的方法。应选择适当的透析膜，以免大分子的糖透过。,透析法,第四节 糖和苷的检识,一、糠醛反应 Molish反应：糖或苷+-萘酚+浓硫酸 呈紫色（紫环反应），鉴别反应，P59。二、色谱检识 TLC PC BAW系统为展开剂 苯胺-邻苯二甲酸试剂为显色剂,糖和苷的结构（糖链结构）确定一、纯度检查二、分子量确定三、单糖组成四、单糖连接位置五、单糖连接顺序六、苷键构型,一、纯度鉴定,单糖、低聚糖、苷类： TLC PC HPLC多糖： 电泳 HPLC 葡聚糖凝胶色谱等,二、分子量确定,单糖、低聚糖、苷类： 质谱- 电子轰击质谱（EI-MS） 化学电离质谱（CI-MS） 场解吸质谱 （FD-MS） 快原子轰击质谱 （FAB-MS） 高分辨快原子轰击质谱 （HR-FAB-MS）多糖： 沉降法、光散射法、粘度法、渗透压法 凝胶过滤色谱-分子量洗脱体积,三、单糖鉴定（组成、比例）,全水解全甲基化水解 全甲基化-箱守法 气相色谱或液相色谱1HNMR d 5.0 ppm 13CNMR d 100 ppm,四、单糖连接位置,甲基化分析法（Methylation analysis） 糖链是直链、支链 单糖间连接位置13CNMR-苷化位移,五、单糖连接顺序,缓和水解法 稀酸、碱、酶Smith裂解法质谱分析,芦丁,FAB-MS：m/z 611M-1+，465（M-147），303（M-147-163）,六、苷键构型,酶解法 a