天然药物化学第二章-糖和苷

1、第三节 糖和苷的理化性质物理性质一物理性质一 性状：性状： 形：形：苷类化合物多数是固体，其中糖基少的可以苷类化合物多数是固体，其中糖基少的可以成结晶，糖基多的如皂苷，则多呈具有吸湿性的无成结晶，糖基多的如皂苷，则多呈具有吸湿性的无定无形粉末。定无形粉末。 味：味：苷类一般是无味的，但也有很苦的和有甜味苷类一般是无味的，但也有很苦的和有甜味的，如甜菊苷的，如甜菊苷(stevioside),是从甜叶菊的叶子中提取是从甜叶菊的叶子中提取得到的，得到的，属于贝壳杉烷型四环二萜的多糖苷，比蔗属于贝壳杉烷型四环二萜的多糖苷，比蔗糖甜糖甜300倍，临床上用于糖尿病患者作甜味剂用，倍，临床上用于糖尿病患者作

2、甜味剂用，无不良反应。无不良反应。 色：色：苷类化合物的颜色是由苷元的性质决定的。苷类化合物的颜色是由苷元的性质决定的。糖部分没有颜色糖部分没有颜色 。物理性质二物理性质二 溶解性：溶解性：l化合物糖苷化以后，由于糖的引入，结构中增化合物糖苷化以后，由于糖的引入，结构中增加了亲水性的羟基，因而亲水性增强。加了亲水性的羟基，因而亲水性增强。l苷类的亲水性与糖基的数目有密切的关系，苷类的亲水性与糖基的数目有密切的关系， l用不同极性的溶剂顺次提取药材时，在各提取用不同极性的溶剂顺次提取药材时，在各提取部分都有发现苷类化合物的可能。部分都有发现苷类化合物的可能。 碳苷与氧苷不同，无论在水中还是在其他

3、溶碳苷与氧苷不同，无论在水中还是在其他溶剂中溶解度一般都较小。剂中溶解度一般都较小。第三节 糖和苷的理化性质物现性质三物现性质三 旋光性：旋光性： 多数苷类化合物呈左旋，但水解后，由于生成的多数苷类化合物呈左旋，但水解后，由于生成的糖常是右旋的，因而使混合物呈右旋。因此，比较糖常是右旋的，因而使混合物呈右旋。因此，比较水解前后旋光性的变化，也可以用以检识苷类化合水解前后旋光性的变化，也可以用以检识苷类化合物的存在。但必须注意，有些低聚糖或多糖的分子物的存在。但必须注意，有些低聚糖或多糖的分子也都有类似的性质，因此一定要在水解产物中肯定也都有类似的性质，因此一定要在水解产物中肯定苷元的有无，才能

4、判断苷类的存在。苷元的有无，才能判断苷类的存在。 第三节 糖和苷的理化性质糖和苷的化学性质糖和苷的化学性质与糖的分离和结构鉴定密切相关的反应：与糖的分离和结构鉴定密切相关的反应：l氧化反应氧化反应l糠醛的形成反应糠醛的形成反应l羟基反应羟基反应l羰基反应羰基反应l硼酸络合反应硼酸络合反应第三节 糖和苷的理化性质一、一、氧化反应氧化反应过碘酸反应过碘酸反应l适用范围：邻二醇，-氨基醇，-羟基醛（酮），邻二酮和某些活泼次甲基等结构。l特点：定量，一个邻二醇，消耗一分子过碘酸；水溶液或亲水有机溶剂中进行；邻二醇顺式反应比反式快。第三节 糖和苷的理化性质CCOHHHOHCCCOHHHOH OHHIO4

5、CHOOHC+ +IO4CHOOHC+ + +HCOOHCCOHHHOIO4CHOOHC+ +2第三节 糖和苷的理化性质OOOOCH33IO4-OOHCOHCOCHOOHCOOCH3+ HCOOH第三节 糖和苷的理化性质反应机理：反应机理：酸性或中性介质酸性或中性介质五元环状酯中间体五元环状酯中间体C-OHC-OH+ H2IO5C-OC-OI =O=OOHC=OC=O+ HIO3 + H2O第三节 糖和苷的理化性质OOCH3OOCH3OOCH3甲基-D-甘露糖 甲基-D-半乳糖 甲基-D-葡萄糖在弱酸性或中性介质中，顺式在弱酸性或中性介质中，顺式1,2-二元醇比二元醇比反式的反应快的多。反式的

6、反应快的多。第三节 糖和苷的理化性质应用：应用：l常用于糖类和多元醇结构研究。从过碘酸的消常用于糖类和多元醇结构研究。从过碘酸的消耗量到甲醛或甲酸等的生成量测定，对糖的结耗量到甲醛或甲酸等的生成量测定，对糖的结构推测等都有很大的作用。构推测等都有很大的作用。l游离的单糖按游离的单糖按Fisher式，成苷的糖按式，成苷的糖按Haworth 式估算消耗的过碘酸的克分子数。式估算消耗的过碘酸的克分子数。第三节 糖和苷的理化性质二、糠醛的形成反应 单糖在浓酸作用下，脱水，生成具有呋喃环结构的化合物。多糖先水解成单糖，然后再脱水生成相同的产物。糖醛酸先脱羧，再形成糠醛。ORCHO糠醛 5-甲糠醛5-羟甲

7、糠醛 R = H, R = CH3, R = CH2OH,第三节 糖和苷的理化性质应用：检测糖类应用：检测糖类l原理原理：糖在浓酸的作用下发生糠醛反应，所生：糖在浓酸的作用下发生糠醛反应，所生成的糠醛衍生物和许多芳胺、酚类可缩合生成成的糠醛衍生物和许多芳胺、酚类可缩合生成有色物质。有色物质。l试剂试剂： 有机酸有机酸:（三氯乙酸、草酸等）或无机酸（硫（三氯乙酸、草酸等）或无机酸（硫酸、磷酸等）酸、磷酸等） 酚或胺类：含有活泼亚甲基并有共轭未饱和酚或胺类：含有活泼亚甲基并有共轭未饱和系统的化合物，如：苯酚，萘酚，苯胺。系统的化合物，如：苯酚，萘酚，苯胺。第三节 糖和苷的理化性质lMolish反应

8、：浓硫酸和反应：浓硫酸和 -萘酚萘酚OROHO糠醛与糠醛与 -萘酚缩合物（紫色）萘酚缩合物（紫色）常用的层析显色剂：邻苯二甲酸和苯胺常用的层析显色剂：邻苯二甲酸和苯胺第三节 糖和苷的理化性质三、羟基反应l糖的羟基反应包括：醚化反应、酰化反应和缩酮（醛）反应。l羟基的活泼性：半缩醛羟基(C1-OH ） 伯醇基(C6-OH) C2-OH其它仲醇基e -OH a-OH 第三节 糖和苷的理化性质羟基反应羟基反应( (一一) ) 醚化（甲基化）反应醚化（甲基化）反应l常采用的有常采用的有:甲醚化、三甲硅醚化和三苯甲醚化反应。甲醚化、三甲硅醚化和三苯甲醚化反应。甲基化常用的方法：甲基化常用的方法：Kuhn

9、改良法：改良法：在二甲基甲酰胺（在二甲基甲酰胺（DMF）溶液中溶液中用用CH3I和和Ag2O,或或(CH3)2SO4和和BaO/Ba(OH)2进行进行反应。反应。箱守法（箱守法（Hakomori)：在二甲基亚砜（在二甲基亚砜（DMSO）中用中用NaH和和CH3I进行反应。进行反应。第三节 糖和苷的理化性质羟基反应羟基反应( (二二) )酰化反应酰化反应包括：乙酰化和对甲苯磺酰化。包括：乙酰化和对甲苯磺酰化。反应条件：在醋酐加醋酸钠，或醋酐中加氯化锌反应条件：在醋酐加醋酸钠，或醋酐中加氯化锌或在醋酐加吡啶溶液中反应，得到全乙酰化的糖或在醋酐加吡啶溶液中反应，得到全乙酰化的糖。将糖作成缩醛（酮）可

10、进行部分乙酰化。将糖作成缩醛（酮）可进行部分乙酰化。用途：用途：NMR测定，鉴别羟基数目；测定，鉴别羟基数目；GC-MS连用，连用，决定多糖连接点。决定多糖连接点。羟基反应羟基反应( (三三) )缩酮和缩醛反应缩酮和缩醛反应l酮或醛在脱水剂存在下和多元醇的两个有适当空间位置的羟基易形成环状缩酮或缩醛l缩酮反应：一般酮类易与顺邻羟基形成五元环状物l缩醛反应：醛类易与1,3-双羟基生成六元环状物 第三节 糖和苷的理化性质 糖与丙酮生成的五元环缩酮称为异丙叉衍生物，又称丙酮加成物。 -D-半乳糖半乳糖 1,2;3,4-二二-O-异丙叉异丙叉- -D-半乳吡喃糖半乳吡喃糖O+ CH3COCH3H2SO

11、4OOOOO第三节 糖和苷的理化性质应用应用: 保护游离糖的一对或两对羟基。保护游离糖的一对或两对羟基。OCH2-OCH2-OOO(CH3)2SO4NaOHOCH2-OCH2-OH3COOOHCl/H2OOH3CO第三节 糖和苷的理化性质四、羰基反应四、羰基反应还原糖和还原糖和一分子苯肼一分子苯肼缩合生成糖缩合生成糖苯腙苯腙，多数糖，多数糖苯腙是水溶性的，选择适当的肼可以制得糖腙以苯腙是水溶性的，选择适当的肼可以制得糖腙以鉴别糖类，也可用于分离和纯化糖。鉴别糖类，也可用于分离和纯化糖。糖和过量的苯肼糖和过量的苯肼作用，在作用，在C1和和C2导入导入两分子苯两分子苯肼肼，生成，生成糖脎糖脎。多难

12、溶于水，有好晶型。多难溶于水，有好晶型。2-去氧糖不成脎去氧糖不成脎。第三节 糖和苷的理化性质CHOCH2OHCH=NNHC6H5CH2OHC6H5NHNH2CH=NNHC6H5C=NNHC6H5CH2OHC6H5NHNH2D-D-葡萄糖脎D-五、硼酸络合反应 糖的邻二羟基与许多试剂可生成络合物，可用于糖的分离、鉴定和构型推定。第三节 糖和苷的理化性质第四节第四节 苷键的裂解（糖链的降解）苷键的裂解（糖链的降解）l酸催化水解反应(醇解)l乙酰解反应l碱催化水解和-消除反应l酶催化水解l过碘酸裂解反应OORH- H+OORHH+ ROH- ROHOHOH+ H2O- H2OOOH2HOOHH+

13、H+- H+ H+第四节 苷键的裂解（糖链的降解）水解难易影响因素:苷原子的电子云密度电子云密度 和空间环境空间环境l苷原子不同:N-苷 O-苷 S-苷 C-苷（由易到难）l呋喃糖 吡喃糖 (50-100倍)l酮糖醛糖l吡喃糖苷中C5位的取代基越大越难水解,即:五碳糖甲基五碳糖六碳糖七碳糖-COOH取代l去氧糖羟基糖氨基糖OORNH2OOROOROH醇苷OHOOHOHCH2OHOHOOHOOHOHCH2OHOCH2OH醇甙酚甙 a - 易质子化，苷元为大基团： a - e -（稳定性）第四节 苷键的裂解（糖链的降解）NOOOOHOO朱朱砂砂莲莲苷苷第四节 苷键的裂解（糖链的降解）酸水解方法酸水

14、解方法l酸水 510% HCl/H2SO4l 两相水解法：对酸不稳定苷元用酸水/有机溶剂（后加）lTLC斑点水解第四节 苷键的裂解（糖链的降解） 苷元为酸、酚、有羰基共轭的烯醇类等，苷键具有酯的性质，遇碱能水解。第四节 苷键的裂解（糖链的降解）酶促反应具有专属性高，条件温和的特点。麦芽糖酶（maltase）专使-葡萄糖苷键水解。杏仁苷酶（emulsin）是一种-葡萄糖苷水解酶。用酶水解苷键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。第四节 苷键的裂解（糖链的降解）OHOOHOHCH2OHOROHCOHCOCH2OHOR

15、IO4BH4HHOCH2HOCH2OCH2OHORHCOOH+ +HOCH2HOCH2CHOOHCH2OHROH+ + +苷元结构容易改变的苷以及C-苷的水解特别适宜。但不适于苷元上也有1，2-二元醇结构的苷类。 第四节 苷键的裂解（糖链的降解）OHOOHOHCH2OHROHCOHCOCH2OHRIO4BH4HHOCH2HOCH2OCH2OHRHCOOH+ +HOCH2HOCH2CH2OHOHCH2OHR+ + +RIO4CHOHCOOHC-苷的水解：比原苷元多一个醛。苷的水解：比原苷元多一个醛。第四节 苷键的裂解（糖链的降解）第四节 苷键的裂解（糖链的降解）第五节 糖的核磁共振性质 一般1H

16、-NMR谱中，糖端基质子信号在4.3-5.5，其余部分在3.2-4.2左右，因此可以从端基质子数了解糖的种类和个数。第五节 糖的核磁共振性质OHOH2CHOOHHHORHOOHOH2CHOOHHORHHO-D-葡萄糖- D-葡萄糖六碳吡喃糖苷，当是葡萄糖或半乳糖，-构型其J1，2为8 Hz左右，而-构型双面角近60，J1，2为4 Hz左右。第五节 糖的核磁共振性质OHOH2CHOHOHHORHOOHOH2CHOHOHORHHO-D-甘露糖- D-甘露糖而甘露糖和鼠李糖难于区分端基碳的构型。第五节 糖的核磁共振性质 JC，H也可对六碳吡喃糖苷的竖键（即-型）和横键（-型）的鉴定有很大帮助，前者为

17、160-165Hz，后者为170-175Hz。 13C-NMR：anomeric 碳：98-110，型在低场C2 C4碳：70-85C5 、C6碳：60-65CH3（甲基五碳糖）：18第五节 糖的核磁共振性质苷化位移（glycosidation shift）糖的端基羟基成苷后，端基碳（C1）和苷元的-C的化学位移均向低场移动，而相邻的碳（-C）稍向高场移动，偶尔也有稍向低场移动的，这种苷化前后的位移变化，称做苷化位移。第五节 糖的核磁共振性质苷化位移规律：苷化位移规律：u醇苷：端基及-C向低场苷元为链状，苷化位移随伯、仲、叔递减。苷元为环醇，若-C有烷基取代，苷化位移与苷元位及糖的端基手性有关

18、:苷元位及糖的端基手性相同，与-C无取代相似。苷元位及糖的端基手性不同， 苷化位移比-C无取代大。第五节 糖的核磁共振性质苷化位移规律：苷化位移规律：u 酚苷： 与醇苷相反， -C向高场， -C向低场。u酯苷： 与醇苷相反， -C向高场， -C向低场。第五节 糖的核磁共振性质第六节 糖链结构的测定三个问题：三个问题： 单糖组成单糖组成 糖的连接顺序和位置糖的连接顺序和位置 苷键构型苷键构型 （一）纯度鉴定（一）纯度鉴定 常用的纯度鉴定法有：官能团分析；比旋度；常用的纯度鉴定法有：官能团分析；比旋度；毛细管气相层析；毛细管气相层析；HPLC等。等。 电泳是常用的鉴定纯度方法。电泳是常用的鉴定纯度

19、方法。 第六节 糖链结构的测定多糖的分子量只是一种统计平均值。（二）分子量的测定（二）分子量的测定 单糖、低聚糖及其苷的分子量测定目前大多用质谱法。在不同型号的Sephadex或Sepharose柱层析上测定多糖分子量是用量小、操作简便的方法。工作中需要一系列结构相似的已知分子量的多糖作标准曲线。第六节 糖链结构的测定（三）单糖的鉴定（三）单糖的鉴定1、糖的种类 一般是将苷键全水解，水解产物鉴定。色谱法：PC；TLC；GC（衍生物）；HPLCNMR：化学位移；J值化学法：如Molish反应2、糖的数目的确定主要根据NMR：碳谱 90110；氢谱 46 2D-NMR；MS等。第六节 糖链结构的测

20、定（四）单糖之间连接位置的决定 将糖链全甲基化，然后水解苷键，鉴定所获得的甲基化单糖，其中游离-OH的部位就是连结位置。 目前常使用 13C-NMR 方法，主要是通过归属各碳信号，以确定产生苷化位移的碳。第六节 糖链结构的测定 （五）糖链连接顺序的决定早期是缓和水解法。将糖链水解成较小的片断（各种低聚糖）再分析。 质谱分析也以用于低聚糖的结构研究。自旋晶格弛豫时间T1是结构研究中常用的另外一个参数。一般说外侧糖比内侧糖的T1 值大。第六节 糖链结构的测定观察两糖之间质子的远程偶合确定。OOAcOOHOOOAcHOOAcHHAcOAcOAcOAcOOAcHAcOH3.893.66第六节 糖链结构

21、的测定（六）苷键构型的确定（六）苷键构型的确定核磁共振技术核磁共振技术酶催化水解酶催化水解 分子旋光差法（分子旋光差法（KlyneKlyne法）法） KlyneKlyne将苷和苷元的分子旋光差与组成该苷将苷和苷元的分子旋光差与组成该苷元的糖的一对甲苷的分子旋光度进行比较，数值元的糖的一对甲苷的分子旋光度进行比较，数值上相接近的一个便是与之有相同苷键的一个（参上相接近的一个便是与之有相同苷键的一个（参见见9494）。）。第六节 糖链结构的测定第七节 糖和苷的提取分离为防止苷在提取中发生水解，可用乙醇或沸水作为溶剂进行提取。 通常是将生药的乙醇或甲醇提取物顺次以石油醚脱脂，以乙醚或氯仿抽出苷元，以乙酸乙酯抽出单糖苷或少糖苷，再以丁醇提取多糖苷。 常用的提取方法有： 一、离子交换层析 二、凝胶滤过法 三、季铵氢氧化物沉淀法 四、分级沉淀或分级溶解法 五、蛋白质除去法第七节 糖和苷的提取分离 中中 药药 EtOH EtOH 提提取取物物 减减压压回回收收 EtOH 浓浓缩缩物物 石石油油醚醚提提取取 石石油油醚醚部部分分 残残留留物物 （多多为为油油脂脂） Et2O 或或 CHCl3提提取取 Et2O 或或 CHCl3 残残留留物物 提提取取物物（苷苷元元） EtOAc 提提取取 EtOAc 提