天然药物化学-第七章-糖类

第七章糖类Saccharides甜糖尿病棒棒糖……….葡萄糖蔗糖糖类:又称作碳水化合物(carbohydrates)，是植物光合作用的初生产物，除了作为植物的贮藏养料和骨架外，还是天然产物生物合成的前体。糖类及其衍生物在自然界广泛存在，在植物中占其干重的80%-90%，很多常用中药也含有大量的糖类。糖类化合物在许多基本的生命过程中起着十分重要的作用：细胞间识别和生物分子间的识别，肿瘤细胞转移等等。

第七章糖类糖生物学与糖化学将是21世纪生命科学的前沿和热点领域！第七章糖类糖的理化性质2糖的结构测定4糖的分类31糖的提取分离33糖的分类一、糖的分类常见的糖：分类依据：根据含有单糖基的个数可以将糖分为单糖（1），低聚糖（2-9）和多糖（≥10）。葡萄糖淀粉果糖蔗糖麦芽糖牛膝多糖一、糖的分类一、单糖：单糖是多羟基醛或酮类化合物，已发现200多种,含3C～8C,多以结合态存在，以五碳糖和六碳糖最多见。单糖碳原子数氧化程度

1.五碳醛糖5.糖醛酸2.六碳醛糖3.六碳酮糖4.去氧糖6.支碳链糖7.氨基糖8.单糖的衍生物1.五碳醛糖(aldopentoses)

有L-阿拉伯糖（L-arabinose,Ara），D-木糖(D-xylose,Xyl)，D-核糖(D-ribose)等。2.六碳醛糖(aldohexoses)

常见的有D-葡萄糖（D-glucose,Glu），D-甘露糖(D-mannose,Man)，D-半乳糖(D-galactose,Gal)等。3.六碳酮糖(ketohexose)

D-果糖(D-fructose,Fru)，L-山梨糖(L-sorbose)等。一、糖的分类一、糖的分类4.去氧糖(deoxysugars)单糖分子的一个或二个羟基被氢原子取代的糖，常见的有6-去氧糖(甲基五碳糖)、2,6-二去氧糖及其3-O-甲醚等。5.糖醛酸(uronicacid)单糖分子中的伯醇羟基氧化成羧基，常结合成苷类或多糖存在，常见的如葡萄糖醛酸(glucuronicacid)和半乳糖醛酸(galactocuronic)。去氧氧化一、糖的分类6.支碳链糖糖链中的H或OH被CH3，CH2OH或CHO取代而含有碳支链的糖，如D-芹糖(D-apiose)和D-金缕梅糖(D-hamamelose),7.氨基糖(aminosugar)单糖的一个或几个醇羟基置换成氨基。

2-氨基-2-去氧-D-葡萄糖庆大霉素一、糖的分类8.单糖的衍生物（1）糖醇—单糖的醛基或酮基

被还原成羟基木糖醇D-山梨醇

(L-ebonymitol)(D-sorbitol)（2）环醇—环状的多羟基化合物肌醇D-槲皮醇

(inositols)(quercitol)一、糖的分类二、低聚糖(oligosaccharides，寡糖)：由2～9个单糖通过苷键键合而成的直链或支链的聚糖称低聚糖。二糖、三糖、四糖等按单糖基个数分按有无游离的醛基或酮基分寡糖的分类还原糖（如槐糖sophodrose，樱草糖primverose）非还原糖（如海藻trehalose，蔗糖sucrose）一、糖的分类

植物中的三糖大多是以蔗糖为基本结构再接上其它单糖而成的非还原性糖，四糖和五糖是三糖结构再延长，也是非还原性糖。（P189）还原糖和非还原糖：樱草糖蔗糖非还原糖还原糖游离的醛基或酮基一、糖的分类是由10个以上的单糖基通过苷键连接而成以上至几千与单糖和寡糖不同，无甜味，非还原性淀粉，肝糖元100三、多聚糖(polysaccharides,多糖)定义聚合度性质举例一、糖的分类多糖

水不溶的，直糖链型，主要形成动植物的支持组织。如纤维素，甲壳素

溶于热水，形成胶体溶液，多支链型，动植物的贮存养料。按功能分

由一种单糖组成——均多糖(homosaccharide)由二种以上单糖组成——杂多糖

(heterosaccharide)按组成分多聚糖是一大类化合物的总称，越来越多的研究显示，多糖对肿瘤，肝炎，心血管，抗衰老等方面具有独特的生物活性，特别是在免疫调节方面。一、糖的分类代表多糖及其活性香菇多糖，均多糖，有免疫激活和抗肿瘤活性免疫促进剂或调节剂，同时具有抗病毒、抗肿瘤、抗衰老、抗辐射、抗应激、抗氧化等作用人参多糖增强机体免疫功能。用于减轻肿瘤放化疗引起的副作用第七章糖类糖的理化性质2糖的结构测定4糖的分类31糖的提取分离33糖的理化性质二、糖的理化性质羟基多，极性大，易溶于水。难溶于低极性的有机溶剂，呈晶形，有甜味。与单糖性质相似。随着聚合度的增加，性质与单糖相差越来越大。多为无定形粉末，无甜味，一般不具还原性，有旋光活性，可水解成单糖，在水中的溶解度常随分子量的增加而降低。单糖低聚糖多糖(一)物理性质二、糖的理化性质(二)单糖的立体化学1.单糖的氧环

空间位置合适时，分子内的羰基易与羟基发生羟醛缩合反应，生成半缩醛（酮）类化合物。单糖在水溶液中主要是以半缩醛（酮）的形式存在的。由于五、六元环张力最小，所以天然糖都以五元氧环(呋喃糖)或六元氧环(吡喃糖)的形式存在。二、糖的理化性质2.单糖的绝对构型

-L-鼠李糖，

-D-葡萄糖，

D-葡萄糖-1-α2-β-D-果糖羟基的具体位置决定D/L成环状结构后，多了一个手性碳-端基碳决定/Fisher式Haworth式二、糖的理化性质绝对构型D/L的判断：根据离端基碳最远的手性碳原子的构型确定D型／L型(Haworth式限于羰基碳与该原子成环的）D型L型-OH在右侧为D型-OH在左侧为L型C5上取代基向上为D型C5上取代基向下为L型二、糖的理化性质3.单糖差向异构体：α型／β型判断端基碳(anomericcarbon)的相对构型分为α型／β型，在fisher投影式中，新行成的羟基与距端基碳最远的手性碳上羟基同侧者为α型，异侧者为β型。同侧α型异侧β型同侧β型异侧α型二、糖的理化性质

β-D-α-L-α-D-β-L-是C1相对于C5的构型，因此β-D-糖和α-L-糖的端基碳原子的构型是一样的。二、糖的理化性质4.单糖的构象：吡喃糖的优势构象——椅式（C1或1C式）。二、糖的理化性质氧化反应与硼酸的络合反应醚化反应酰化反应糠醛形成反应糖的基本反应二、糖的理化性质(三)氧化反应：单糖分子中有醛(酮)羰基、醇羟基和邻二醇等结构，均可以与一定的氧化剂发生氧化反应，一般无选择性。例如银镜反应（以Ag+作为氧化剂)，和斐林反应(以Cu2+作为氧化剂)，可将醛基氧化为羧基。而过碘酸和四醋酸铅的选择性较高，一般只作用于邻二羟基上，而且要有合适的空间位置。过碘酸氧化反应对糖的结构的推测，如糖和苷中氧环的形式，碳原子的构型，多糖中糖的连接位置和聚合度的决定，都有很大的用处。二、糖的理化性质（1)过碘酸反应

基本方式：作用缓和，选择性高，限于邻二醇、α-氨基醇、α-羟基醛(酮)、邻二酮和某些活性次甲基。基本反应如下：二、糖的理化性质作用机理：先形成五元环状酯的中间体。在酸性或中性介质中，过碘酸以一价的H2IO5－（水合离子）作用。上述机理可以解释在酸性或中性介质中，顺式1,2-二元醇比反式的反应快得多，因为顺式结构有利于五元环中间体的形成。在具有三个连续邻羟基的化合物中，有一对顺式邻羟基的就比三个互为反式的容易氧化得多。另外，有些结构刚性较强，使得反式邻二醇固定在环的两侧而无扭转的可能，此时虽有邻二醇也不能发生过碘酸反应。

二、糖的理化性质糖的裂解(Smith降解)：二、糖的理化性质(2)四醋酸铅反应需在非水溶液如醋酸、二氧六环等溶剂中进行。对立体结构要求更严格，两个邻羟基必须处在同一平面上才能较快作用。

五元环上顺反邻二羟基的氧化难易程度相差很大，六元环不显著。二、糖的理化性质五、醚化反应糖及苷的甲醚化反应：主要有以下四种，前两种为经典的方法,后两种是半微量的现代方法。

(3)Kuhn改良法经典现代(4)Hakomori法(1)Haworth法(2)Purdic法二、糖的理化性质(1)Haworth法：用硫酸二甲酯和氢氧化钠(或碳酸钠、碳酸钾)，可使醇羟基甲醚化。甲醚化能力较弱，欲进行全甲醚化反应，必须进行多次反应。(2)Purdic法：用碘甲烷和氧化银为试剂(丙酮或四氢呋喃中进行)，可使醇羟基甲醚化，氧化银具有氧化性，只能用于苷的甲醚化，而不能用于还原糖的甲醚化。(3)Kuhn改良法：

在二甲基甲酰胺(DMF)溶液中，加入碘甲烷和氧化银或硫酸二甲酯及氢氧比钡(或氧化钡)，在搅拌下进行甲醚化。本法的缺点是反应较缓慢。二、糖的理化性质(4)Hakomori法(箱守法)：反应步骤——在二甲基亚砜(DMSO)溶液中，加入氢化钠，以碘甲烷进行甲醚化反应。二甲亚砜甲基亚磺酰阴碳离子苷甲苷此法反应迅速、完全、无需特殊装置、可在室温下连续反应，是目前最常用的全甲醚化方法。二、糖的理化性质(六)酰化反应最常用的是乙酰化和对甲苯磺酰化乙酰化试剂为乙酸酐与不同酸的混合液，常用的酸有硫酸、高氯酸及Lewis酸(如氯化锌、三氟化硼等)。

乙酰化反应在分离，鉴定和合成糖类时最常用。糖乙酰化反应无选择性，但端基羟基的乙酰化条件不同可得不同的立体异构体：D-葡萄糖：醋酐氯化锌

a-乙酰化物

醋酐醋酸钠β-乙酰化物二、糖的理化性质糖与丙酮生成五元环状缩酮——异丙叉衍生物苯甲醛与糖生成六元环状缩醛——苯甲叉衍生物(七)缩酮和缩醛化反应丙酮二、糖的理化性质(八)糠醛形成反应单糖在浓酸(4～10N)作用下，失三分子水，生成具有呋喃环结构的糠醛类化合物。多糖则在矿酸存在下先水解成单糖，再脱水生成同样的产物。糠醛R=H5-甲糠醛R=Me5-羟甲糠醛R=CH2OH

糠醛衍生物和许多芳胺、酚类可缩合成有色物质，可用于糖的显色和检出。如Molish试剂是浓硫酸和α-萘酚。第七章糖类糖的理化性质2糖的结构测定4糖的分类31糖的提取分离33糖的提取分离三、糖的提取分离1溶于冷水和温乙醇——用醇温浸，铅盐沉淀，除去其他物质后结晶溶于温水，难溶于冷水，不溶于乙醇——温水浸，铅盐沉淀蛋白质后脱铅，乙醇沉淀溶于冷水不溶于乙醇——水提，铅盐沉淀，脱铅后乙醇沉淀难溶于水，可溶于稀碱——用稀NaOH提取，加醇沉淀析出1.糖的提取234三、糖的提取分离化学沉淀法离子交换法铅盐和活性炭法杂质的去除主要有3种2.糖的分离三、糖的提取分离Sevag

法酶解法三氟三氯乙烷法三氯醋酸法脱除蛋白质的方法三、糖的提取分离糖的分离方法①钙、锶及钡复盐形式法②铅盐沉淀法③分级沉淀或分级溶解法④活性炭柱色谱⑤纤维素柱色谱⑥淀粉柱色谱⑦离子交换法⑧季铵盐沉淀法⑨凝胶柱色谱⑩制备型区域电泳第七章糖类糖的理化性质2糖的结构测定4糖的分类31糖的提取分离33糖的结构测定四、糖的结构测定12345纯度的测定分子量的测定单糖种类的鉴定连接位置的鉴定苷键构型的鉴定基本步骤四、糖的结构测定(一)纯度的测定超离心法，高压电泳法，凝胶柱色谱法，旋光测定法……(二)分子量的测定近年来广泛应用质谱分析的方法测定分子量和分子式。苷类化合物一般极性较大，无挥发性，遇热气化时易于分解，采用电子轰击质谱(EI-MS)常常不能获得分子离子峰。现多采用化学电离质谱(CI-MS)、场解吸质谱(FD-MS)、快原子轰击质谱(FAB-MS)和电喷雾质谱(ESI-MS)等方法来获得分子离子蜂，尤其是ESI-MS及FAB-MS两种质谱法更是目前测定苷类分子量常用的方法。

四、糖的结构测定

(三)单糖的鉴定1.多糖的完全水解常用稀酸水解，注意掌握适合的条件使多聚糖完全水解，又不使水解下来的单糖变化或重新聚合。2.糖的纸色谱（PC）糖类的PC常用的展开剂大多为含水的溶剂系统，其中以正丁醇-醋酸-水和用水饱和的苯酚两种系统应用得最普遍，如正丁醇-醋酸-水(4:1:5)，乙酸乙酯-吡啶-水(2:1:2)等。3.糖的薄层色谱（TLC）四、糖的结构测定糖的薄层色谱（TLC）吸附剂: