糖和苷類化合物

1、第三章糖和苷類化合物本章重點是苷類化合物， 苷類是糖或糖的衍生物與另一非糖物質(zhì) （苷元）通過糖的端基碳原子連接而成的一類化合物， 在自然界中，由于各種類型的天然成分均可以和糖結(jié)合成苷，因此，苷類的分布廣泛，化合物很多，是普遍存在的天然產(chǎn)物，苷的共性在糖的部分，所以學習時，要先了解糖的結(jié)構(gòu)和苷健性質(zhì)。第一節(jié)糖類化合物這一節(jié)要掌握糖的含義、結(jié)構(gòu)和分類、常見單糖和糖的檢識方法。重點和難點是單糖的絕對構(gòu)型、端基差向異構(gòu)體以及低聚糖還原性判斷。糖的表示式單糖是多羥基醛或酮。從三碳糖至八碳糖天然界都有存在。以 Fischer 式表示天然常見糖如下：CHOCHOCHOCHOOCH2 OHCH2OHCH3CH

2、 2OHD-木糖L- 鼠李糖D-葡萄糖D-果糖五碳醛糖甲基五碳醛糖六碳醛糖六碳酮糖單糖在水溶液中形成半縮醛環(huán)狀結(jié)構(gòu)，即成呋喃糖和吡喃糖。具有六元環(huán)結(jié)構(gòu)的糖吡喃糖（pyranose）具有五元環(huán)結(jié)構(gòu)的糖呋喃糖（furanose）單糖處于環(huán)狀結(jié)構(gòu)時，可用Haworth 式表示。如：葡萄糖CHOOCH2 OHD-葡萄糖（糖游離狀態(tài)時用Fischer 式表示，苷化后成環(huán)用Haworth 式表示） Fischer 與 Haworth 的轉(zhuǎn)換及其相對構(gòu)型H OHCHOHOHCC同側(cè)異側(cè)OCH2OHOCH 2OHCH2OHD-葡萄糖OO同側(cè)異側(cè)單糖成環(huán)后新形成的一個不對稱碳原子稱為端基碳（如上述D- 葡萄糖的

3、C1），生成的一對差向異構(gòu)體有 、二種構(gòu)型。從 Fischer 式看（ C1 與 C5 的相對構(gòu)型）C1 -OH 與原 C5（六碳糖）或 C4（五碳糖） -OH，順式為 ，反式為 。從 Haworth 式看C1 -OH 與 C5（或 C4）上取代基之間的關(guān)系：同側(cè)為，異側(cè)為 。糖的絕對構(gòu)型（ D、L ）以 -OH 甘油醛為標準，將單糖分子的編號最大的不對稱碳原子的構(gòu)型與甘油醛作比較而命名分子構(gòu)型的方法。CHOCHOHCOHHOCHCH2 OHCH2OHD 型L 型-OH甘油醛Fischer 式中最后一個手性碳原子上-OH 向右的為 D 型，向左的為 L 型。Haworth 式中 C5 向上為

4、D 型，向下為 L 型。CHOCHOCHOHCOHCH2 OHCH2 OHCH3D-葡萄糖D 型-OH甘油醛L- 鼠李糖OOCH 3-D- 葡萄糖-L- 鼠李糖（四）還原性根據(jù)是否含有游離的醛基或酮基，將低聚糖分為還原糖和非還原糖。組成低聚糖的單糖基中， 如果有兩個單糖基均以 端基的羥基脫水縮合， 形成的低聚糖就沒有游離的醛基或酮基，失去還原性，稱為非還原糖。 如蔗糖、棉子糖、水蘇糖等均為非還原糖，槐糖、蕓香糖等均為還原糖。第二節(jié)苷類化合物本節(jié)要掌握苷類化合物的結(jié)構(gòu)特征、 分類和共性。重點和難點是苷健的裂解規(guī)律、應(yīng)用和糖鏈結(jié)構(gòu)研究方法。（一）苷類的結(jié)構(gòu)苷類化合物是糖的半縮醛羥基與苷元上羥基脫水

5、縮合，成為具有縮醛結(jié)構(gòu)的物質(zhì)。苷類在稀酸（如稀鹽酸、稀硫酸）或者酶的作用下，苷鍵可以斷裂，水解成為苷元和糖。糖- H2O糖ORH +糖OH+HOROH+HOR- H2O苷元苷苷元苷中的苷元與糖之間的化學鍵稱為苷鍵。苷元上形成苷鍵以連接糖的原子，稱為苷鍵原子，也稱為苷原子。由于單糖有 及 二種端基異構(gòu)體，因此在形成苷類時就有二種構(gòu)型的苷，即 -苷和-苷。（二）糖和苷的一般性質(zhì)1.溶解性糖小分子極性大，水溶性好，隨著聚合度增高，水溶性下降。多糖難溶于冷水，或溶于熱水成膠體溶液。苷親水性（其大小與連接糖的數(shù)目、位置有關(guān)）。苷元一般為親脂性。2.苷鍵的裂解研究苷類的化學結(jié)構(gòu)，必須了解苷元結(jié)構(gòu)、糖的組成

6、、糖和糖的連接方式，以及苷元和糖的連接方式等。為此必先使用某種方法使苷鍵切斷。重點掌握酸催化水解和酶水解的原理和應(yīng)用。酸催化水解反應(yīng)苷鍵屬于縮醛結(jié)構(gòu)，易為稀酸催化水解。水解反應(yīng)是苷原子先質(zhì)子化，然后斷鍵生成陽碳離子或半椅型的中間體，在水中溶劑化而成糖。O 陽碳離子H+ H+O+ H +O- ROH+ H2OO+ -H+OO RO ROH 2H,OHOH半椅式中間體反應(yīng)機制表明，苷原子的堿度，亦即苷原子上的電子密度，以及它的空間環(huán)境，對水解難易有很大關(guān)系。酸水解的規(guī)律：苷原子不同，酸水解難易順序為：NOSC（ C-苷最難水解，從堿度比較也是上述順序）呋喃糖苷較吡喃糖苷易水解。因五元呋喃環(huán)的頰性使

7、各取代基處在重疊位置，形成水解中間體可使張力減小，故有利于水解。酮糖較醛糖易水解酮糖多為呋喃結(jié)構(gòu)，而且酮糖端基碳原子上有 -CH2OH 大基團取代，水解反應(yīng)可使張力減小。吡喃糖苷中：吡喃環(huán) C5 上取代基越大越難水解，水解速度為：五碳糖 甲基五碳糖 六碳糖 七碳糖C5 上有 -COOH 取代時，最難水解（因誘導使苷原子電子密度降低） 。有氨基取代的糖較 -OH 糖難水解， -OH 糖又較去氧糖難水解。2,3-二去氧糖 2-去氧糖 3-去氧糖 羥基糖 2-氨基糖（ 6）苷元為 小基團苷鍵 橫鍵比豎鍵易水解，即 e a（橫鍵易質(zhì)子化）苷元為大基團苷鍵 豎鍵比橫鍵易水解，即 a e （苷的不穩(wěn)定性促

8、使其易水解）酶催化水解反應(yīng)用酶水解苷鍵可以獲知苷鍵的構(gòu)型，可保持苷元結(jié)構(gòu)不變的真正苷元 。酶的專屬性高，選擇性地催化水解某一構(gòu)型的苷。如：苦杏仁酶（ emulsin）水解 -葡萄糖苷鍵纖維素酶（ cellulase）同上。麥芽糖酶（ maltase）水解 -葡萄糖苷鍵轉(zhuǎn)化糖酶（ invertase）水解 -果糖苷鍵氧化開裂法（ Smith 降解法）可得到原苷元。（除酶解外，其它方法可能得到的是次級苷元）試劑：過碘酸（ HIO 4）、四氫硼鈉（ NaBH4）、稀酸（三）糖和苷類的提取主要為溶劑法水、稀醇（單糖、低聚糖、多糖）糖類的提取可根據(jù)它們對乙醇和水的溶解度不同，而采用冷熱水、冷熱稀醇等條件

9、。苷類分子的極性隨著糖基的增多而增大?？筛鶕?jù)其極性大小，來選擇相適應(yīng)的溶劑。由于植物體內(nèi)有水解酶共存，必須采用適當?shù)姆椒?破壞或抑制酶活性 ，才能提取出原存形式的低聚糖、多糖和苷類。（四）糖和苷類的檢識：Molish 反應(yīng)陽性僅能說明樣品中含有游離或結(jié)合的糖， 卻不能判定是苷類還是游離糖或其他形式的糖。樣品與菲林試劑或多倫試劑反應(yīng)呈陽性，說明存在還原糖，而非還原糖和苷類則呈陰性反應(yīng)。將反應(yīng)液濾液酸水解后再進行菲林反應(yīng)或多倫反應(yīng)，如果為陽性反應(yīng)，說明存在多糖或苷類。（五）苷類的結(jié)構(gòu)研究 -本章難點糖鏈結(jié)構(gòu)的測定主要解決三個問題單糖的組成、糖之間的連接位置和順序、苷鍵構(gòu)型1單糖的組成低聚糖、多糖的

10、結(jié)構(gòu)分析，首先要了解由哪些單糖所組成，各種單糖之間的比例如何。一般是將苷鍵全水解， 用 PC 檢出單糖的種類， 經(jīng)顯色后用薄層掃描儀求得各種糖的分子比。也可用 GLC 或 HPLC 對單糖定性定量。GLC 常以甘露醇或肌醇為內(nèi)標，用已知單糖作標準。2單糖之間連接位置的決定將糖鏈全甲基化水解甲基化單糖的定性和定量（氣相層析）（甲基化單糖中游離 -OH 的部位就是連接位置） 13C-NMR 測定：主要歸屬各碳信號，以確定產(chǎn)生苷化位移的碳。3糖鏈連接順序的決定緩和水解法將糖鏈水解成較小的片段，然后分析這些低聚糖的連接順序。質(zhì)譜分析。4苷鍵構(gòu)型的決定糖與糖之間的苷鍵和糖與非糖部分之間的苷鍵，本質(zhì)上都是

11、縮醛鍵，也都存在端基碳原子的構(gòu)型問題。苷鍵構(gòu)型測定方法如下：分子旋光差（ klyne 法）前以述敘。酶催化水解方法前以述敘。 1H-NMR 判斷糖苷鍵的相對構(gòu)型在糖的 1H-NMR 中端基質(zhì)子 5.0 ppm 左右其它質(zhì)子 3.54.5 ppm 間可通過 C1-H 與 C2-H 的偶合常數(shù)，來判斷苷鍵構(gòu)型（、 ）如： D-葡萄糖H。H。60O180OORHOHOHORH -D-glucose -D-glucoseC1-H近180。C1-H。J=34 HzC -H（雙面角） J=68 HzC2-H近60（雙面角）2用 1H-NMR 可判斷一些糖的相對構(gòu)型， 但還有一些糖由于其結(jié)構(gòu)上的原因，而無法

12、利用 1H-NMR 來判斷相對構(gòu)型。如：OHOHOOORHHHHOR。-D- 甘露糖 -D- 甘露糖C -H1都約為 60（雙面角）C2-HORHMeOHMeOROHHOHOH所以無法從 J值判斷構(gòu)型-L- 鼠李糖-L- 鼠李糖其它IR 葡萄糖苷在 770、780 cm-1 有強吸收峰；MS葡萄糖苷乙酰化物，331 碎片峰強度： 513C-NMR 在糖鏈結(jié)構(gòu)測定中的應(yīng)用端基碳 97106 ppm例： D-葡萄糖苷C1 型 97101 ppm型 103106 ppmCH-OH (C2 、 C3、 C4)7085 ppmCH2-OH (C6)62 左右CH3 20 ppm一般在 13C-NMR 譜

13、中：C1C3 C5C2C4C61007862用門控去偶技術(shù)，可判斷呋喃糖的端基碳與端基質(zhì)子的偶合常數(shù)。 苷鍵 JC-H 170Hz苷鍵 JC-H 160Hz苷化位移（ glycosidation shift ）糖苷化后，端基碳和苷元-C 化學位移值均向低場移動，而鄰碳稍向高場移動（偶而也有向低場移動的） ，對其余碳的影響不大，這種苷化前后的化學變化，稱苷化位移。例：O端基碳、苷元 碳向低OCH 2CH 2R場苷元 - 碳向高場位-3.55.0+5.06.5移苷元 位有取代時的苷化位移：苷元 -碳手性和糖端基手性都為R（或 S）時，苷化位移規(guī)律同上。例：- 4.7RO ORR-R- 0.6+ 3.4+ 6.8苷元 -碳和糖端基碳手性不同時， 端基碳和 -碳的苷化位移值比苷元為 -無取代的相應(yīng)碳的苷化位移值大約為 3.5ppm。例：- 1.7SO ORR-S+ 0.2+ 7.6+10.6相應(yīng)增加約3.5 ppm酯苷、酚苷的苷化