中药化学讲义第二章-糖类PPT课件

.,1,第二章,.,2,第一节糖苷分类,.,3,一、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。化学结构：多羟基内半缩醛(酮)及其缩聚物。根据其分子水解反应的情况，可以分为单糖、低聚糖和多糖。,.,4,单糖：不能水解的最简单的多羟基内半缩醛(酮)。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、肝素、甲壳素等,.,5,植物体内常见糖的Haworth投影式结构：,D木糖（xyl）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,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）,.,6,低聚糖oligosaccharides,二糖：蔗糖据单糖的个数三糖：棉子糖四糖：水苏糖五糖：毛蕊糖,芸香糖(rutinose),龙胆二糖(gentiobiose),.,7,多聚糖polysaccharides,据在生物体内的功能分为：形成动植物的支持组织：如植物中的纤维素、甲壳类动物的甲壳素；分子呈直链型，不溶于水；为动植物储存养料：如淀粉、肝糖元等；分子多为支链型分子，可溶于热水成胶体溶液，可经酶催化水解释放单糖以供应能量。,均多糖（homosaccharide)：由一种单糖组成。如：葡聚糖。杂多糖（heterosaccharide)：如：葡萄甘露聚糖。,据单糖的种类分为：,植物多糖：纤维素、淀粉、树胶、粘液质等动物多糖：肝素、透明质酸等菌类多糖：茯苓多糖、灵芝多糖等,据来源分为：,.,8,二、结构类型,1、糖的表示式单糖是多羟基醛或酮。从三碳糖至八碳糖天然界都有存在。以Fischer式表示如下：,.,9,单糖在水溶液中形成半缩醛环状结构，即成呋喃糖和吡喃糖。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）糖处游离状态时用Fischer式表示苷化后成环用Haworth式表示,.,10,2、构型表示的转换及其相对构型（差向异构体）,Fischer式：C1-OH与原C5（六碳糖）或C4（五碳糖）-OH，顺式为，反式为。Haworth式：C1-OH与C5（或C4）上取代基之间的关系：同侧为，异侧为。,.,11,3、糖的绝对构型（D、L）以-OH甘油醛为标准，将单糖分子的编号最大的不对称碳原子的构型与甘油醛作比较而命名分子构型的方法。,.,12,Fischer式中最后第二个碳原子上-OH向右的为D型，向左的为L型。Haworth式中C5向上为D型，向下为L型。,.,13,已醛糖判断构型：C5-R者为D型糖；C5-S者为L型糖。,同样，将D型糖中C1-OH处环上者为体，环下者为体。在L型糖中相反。,.,14,苷元+糖=苷,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,.,15,三、糖苷分类,糖匀体均由糖组成的物质。如单糖、低聚糖、多糖等。1常见单糖,.,16,2氨基糖是指单糖的伯或仲醇基置换成氨基的糖类。,.,17,3糖醇单糖的醛或酮基还原成羟基后所得的多元醇。4去氧糖单糖分子的一个或二个羟基为氢原子代替的糖。,.,18,5糖醛酸单糖分子中伯醇基氧化成羧基的化合物。,.,19,苷（糖杂体）糖与非糖组成的化合物苷。苷的分类：1按苷原子不同分类氧苷：苷元通过氧原子和糖相连接而成的苷称为氧苷。根据形成苷键的苷元羟基类型不同，又分为醇苷、酚苷、酯苷和氰苷等，其中以醇苷和酚苷居多，酯苷较少见。,.,20,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,.,21,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。,R=H山慈菇苷A水解R=H山慈菇内酯AR=OH山慈菇苷BR=OH山慈菇内酯B,.,22,氰苷（cyanogenicglycosides）氰苷主要是指一类具有-羟基腈的苷。碱性水解浓酸苷元-羟腈-CN异构化分解-羟基羧酸盐醛（酮）+氢氰酸；-COOH+NH4+；苦杏仁苷（amygdalin）属于氰苷类。,.,23,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,.,24,氮苷：糖上的端基碳与苷元上氮原子相连接而成的苷称为氮苷。腺苷、鸟苷、胞苷、尿苷等。巴豆苷（crotonside）的化学结构与腺苷相似。,巴豆苷,.,25,（2）硫苷糖的半缩醛羟基与苷元上巯基缩合而成的苷称为硫苷。,萝卜苷,.,26,（4）碳苷：糖基的端基碳原子直接与苷元碳原子相连接而成的苷类化合物。碳苷类水溶性小，难于水解。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。芦荟苷,.,27,2按苷元不同分类如：黄酮苷、蒽醌、香豆素、强心苷、皂苷等3按端基碳构型分苷，多为L型；苷，多为D型。4按连接单糖个数分1个糖单糖苷2个糖双糖苷3个糖叁糖苷,.,28,5按糖链个数分1个位置成苷单糖链2个位置成苷双糖链6按生物体内存在分原级苷在植物体内原存在的苷；次级苷原级苷水解掉一个糖或结构发生改变。,.,29,第二节苷的理化性质,.,30,一、糖和苷的物理性质,1、溶解性：糖小分子极性大，水溶性好聚合度增高水溶性下降。单糖极性双糖极性苷亲水性，多具有吸湿性苷元亲脂性,.,31,2、味觉单糖低聚糖甜味。多糖无甜味（随着糖的聚合度增高，则甜味减小）苷类苦、甜等。有些苷类对粘膜具有刺激作用，如皂苷、强心苷等。人参皂苷、甜菊苷,3、旋光性及其在构型测定中的应用多数苷类呈左旋。苷类水解后由于生成的糖是右旋的，因而使混合物呈右旋。利用旋光性测定苷键构型,.,32,通过苷键的裂解反应将有助于了解苷元的结构、糖的种类和组成，确定苷元与糖、糖与糖之间的连接方式。苷键裂解的方法主要有：酸催化水解反应乙酰解反应碱催化水解和消除反应酶催化水解反应氧化开裂法（Smith降解法）,二、苷键的裂解,.,33,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,影响苷键原子质子化的因素,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,（一）酸催化水解反应,.,34,酸水解的规律：苷原子不同，酸水解难易顺序：NOSC（C-苷最难水解，从碱度比较也是上述顺序）呋喃糖苷较吡喃糖苷易水解。因五元呋喃环的平面性使各取代基处在重叠位置，形成水解中间体可使张力减小，故有利于水解。酮糖较醛糖易水解酮糖多为呋喃结构，而且酮糖端基碳原子上有-CH2OH大基团取代，水解反应可使张力减小。,.,35,吡喃糖苷中：吡喃环C5上取代基越大越难水解，水解速度为：五碳糖甲基五碳糖六碳糖七碳糖C5上有-COOH取代时，最难水解（因诱导使苷原子电子密度降低）氨基取代的糖较-OH糖难水解，-OH糖又较去氧糖难水解。2,3-二去氧糖2-去氧糖3-去氧糖羟基糖2-氨基糖易难,.,36,在构象相同的糖中:a键(竖键)-OH多则易水解。芳香属苷较脂肪属苷易水解。如：酚苷萜苷、甾苷苷元为小基团苷键横键比竖键易水解(ea)（横键易质子化）苷元为大基团苷键竖键比横键易水解(ae)（苷的不稳定性促使其易水解）,.,37,（二）乙酰解反应目的：确定糖与糖之间的连接位置1常用试剂：醋酐+酸2反应条件：一般是在室温放置数天。3反应机理：与酸催化水解相似，以CH3CO+(乙酰基，Ac）为进攻基团。,.,38,4反应速率：苷键邻位有电负性强的基团（如环氧基）可使反应变慢。-苷键的葡萄糖双糖的反应速率：（乙酰解易难程度）（16）（14）（13）（12）,.,39,（三）碱催化水解由于一般的苷键对稀碱较稳定，故很少用碱催化水解，但某些特殊的苷易为碱水解。如：酯苷酚苷烯醇苷-吸电子基取代的苷,.,40,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,.,41,（四）酶催化水解反应,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,.,42,（五）氧化开裂法（Smith降解法）（1）适用对象：某些采用酸水解时苷元结构易于发生改变的苷类或者是难水解的C一苷常用此法进行水解，可得到完整的苷元。（2）Smith裂解反应历程试剂：过碘酸(HIO4)、四氢硼钠(NaBH4)、稀酸反应过程：,.,43,Smith裂解反应分三步：,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，NaBH4将二元醛还原为相应的二元醇。第三步，调节pH2左右，室温放置让其水解。生成苷元、多元醇和羟基乙醛等产物。,.,44,根据降解得到的多元醇，可确定苷中糖的类型，如:己醛糖的C一苷经降解后，其降解产物中有丙三醇；戊醛糖的C一苷，其降解产物中有乙二醇；甲基戊醛糖的C一苷，其降解产物中应有1，2一丙二醇。,C-苷类用Smith降解可获得接有一个醛基的苷元。,.,45,利用Smith降解法判断多糖间的苷键连接方式,多糖通过Smith降解法可知道糖的苷键连接方式，以葡萄糖为例，糖之间有四种苷键类型：12，13，14，16苷键，知道其Smith降解产物，就可推知糖苷键的连接方式。,12苷键：丙三醇、羟基乙醛13苷键：因无邻二醇结构，不能开裂生成葡萄糖醇14苷键：C2，C3间开裂丁四醇（赤藓糖醇）16苷键：无论C2、C3间开裂还是C3、C4间开裂甘油,.,46,第三节糖和苷的提取分离,.,47,一、糖的提取主要为溶剂法水、稀醇（单糖、低聚糖、多糖）糖类的提取可根据它们对乙醇和水的溶解度不同，而采用冷热水、冷热稀醇等条件。苷类分子的极性随着糖基的增多而增大。可根据其极性大小，来选择相适应的溶剂。破坏或抑制植物体内酶的方法：采集新鲜材料迅速加热干燥冷冻保存等,.,48,二、糖的分离1活性炭柱色谱2纤维素色谱3离子交换柱色谱4凝胶柱色谱5季铵氢氧化物沉淀法6分级沉淀或分级溶解法7蛋白质除去法,.,49,三、糖的提取分离实例地黄根中单糖和低聚糖的分离取鲜根热EtOH、H2O提阴阳离子交换树脂（除酸碱成分）得中性成分活性炭柱（15%HOAc处理）以H2O、稀EtOH（5、10、15、25%顺次洗脱）,经PC检定，合并D-葡萄糖D-半乳糖D-果糖蔗糖棉子糖甘露三糖水苏糖(四糖)毛蕊糖(五糖),.,50,四、苷的提取分离：苷的存在状态（原生苷、苷与酶共存提取目的次生苷、苷元）原生苷（科研、生产）溶解性差异酶解次生苷、苷元（生产）,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）,提取,.,51,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,.,52,第四节苷的检识,一化学检识苷水解糖+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）,.,53,二色谱检识,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,.,54,2纸色谱（分配原理）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（PC、TLC均可）茴香醛-硫酸间苯二酚-硫酸TLC适用-萘酚-硫酸（主要针对苷中糖及糖的显色，针对苷元的显色见各章节）,.,55,第五节糖的鉴定和糖链结构的测定,解决的问题：单糖组成；糖的连接顺序和位置；苷键构型。,.,56,一、糖的鉴定1纸层析2薄层层析3气相层析：将糖制备成三甲基硅醚4液相色谱5离子交换层析糖的硼酸络合物可进行离子交换层析6、糖自动分析仪：显色：3,5-二羟基甲苯-浓硫酸波长：425nm上样量：每种组成不超过1mg洗脱剂：四硼酸钾的缓冲溶液,.,57,二、糖链结构的测定主要解决的问题单糖的组成、糖之间的连接位置和顺序、苷键构型1单糖的组成2单糖之间连接位置的决定3糖链连接顺序的决定4苷键构型的决定513C-N