天然藥化 糖與苷

第二章saccharidesandglycosides本章基本內(nèi)容

一、概述二、單糖的立體結(jié)構(gòu)三、糖苷分類四、糖和苷的物理性質(zhì)五、糖的化學(xué)性質(zhì)六、苷鍵的裂解七、糖的提取分離八、糖的鑒定和糖鏈結(jié)構(gòu)的測(cè)定一、概述糖類又稱碳水化合物（carbohydrates），是植物光合作用的初生產(chǎn)物，是一類豐富的天然產(chǎn)物，如：蔗糖、糧食(淀粉)、棉布的棉纖維等。糖類、核酸、蛋白質(zhì)、脂質(zhì)——生命活動(dòng)所必需的四大類化合物?；瘜W(xué)結(jié)構(gòu)：多羥基半縮醛(酮)及其縮聚物。根據(jù)其分子水解反應(yīng)的情況，可以分為單糖、低聚糖和多糖。單糖：不能水解的,最簡(jiǎn)單的多羥基半縮醛(酮)。如葡萄糖等。低聚糖：水解后生成2~9個(gè)單糖分子的糖。如：蔗糖（D-葡萄糖-D果糖）麥芽糖（葡萄糖1→4葡萄糖）多糖：水解后能生成多個(gè)單糖分子的，稱為多糖。如：淀粉、纖維素等二、單糖的立體結(jié)構(gòu)㈠糖的鏈狀式（Fischer式）

2H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）

㈡環(huán)狀結(jié)構(gòu)（Haworth式）單糖在水溶液中形成半縮醛環(huán)狀結(jié)構(gòu)α-D-GFischer與Haworth的轉(zhuǎn)換具有六元環(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）㈢糖的絕對(duì)構(gòu)型（D、L）以α-OH甘油醛為標(biāo)準(zhǔn)，將單糖分子的編號(hào)最大的不對(duì)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。在Fischer式中距離羰基最遠(yuǎn)的不對(duì)稱碳原子的構(gòu)型為整個(gè)糖分子的絕對(duì)構(gòu)型Fischer式中C5上-OH右——D型；左——L型。Haworth式中C5上取代基上——D型；下——L型。

㈣相對(duì)構(gòu)型及差向異構(gòu)體單糖成環(huán)后形成一個(gè)新的不對(duì)稱碳原子（C1）即端基碳，可產(chǎn)生一對(duì)異構(gòu)體，有α、β型Fischer式：（C1與C5的相對(duì)構(gòu)型）C1-OH與原C5（六碳糖）或C4（五碳糖）-OH，順式為α，反式為β。Haworth式：C1-OH與C5（或C4）上取代基之間的關(guān)系：同側(cè)為β，異側(cè)為α。

㈤氧環(huán)的立體構(gòu)象自然界中以五元和六元環(huán)存在三、糖苷分類

㈠單糖單糖是多羥基醛或酮。從三碳糖至八碳糖天然界都有存在。1.常見單糖H2．氨基糖是指單糖的伯或仲醇基置換成氨基的糖類。3．糖醇單糖的醛或酮基還原成羥基后所得的多元醇。4．去氧糖單糖分子的一個(gè)或二個(gè)羥基為氫原子代替的糖。5．糖醛酸單糖分子中伯醇基氧化成羧基的化合物。㈡低聚糖由2~9個(gè)單糖基通過苷鍵結(jié)合而成的直鏈或支鏈聚糖如環(huán)糊精：通過淀粉酶水解淀粉，成一種6～8個(gè)葡萄糖分子以α－1，4鍵環(huán)狀結(jié)合的結(jié)晶低聚糖。㈢多聚糖由10個(gè)以上單糖基通過苷鍵結(jié)合而成的一類結(jié)構(gòu)復(fù)雜的大分子如淀粉、纖維素；糖原、甲殼素㈣苷糖或糖的衍生物與非糖物質(zhì)通過糖的端基碳原子連接而成的化合物，多β型苷的分類：1．按苷原子不同分類⑴氧苷如：紅景天苷按苷鍵不同分類a.醇苷：是通過醇羥基與糖端基羥基脫水而成的苷。如紅景天苷。b.酚苷：是通過酚羥基而成的苷。如天麻苷。c.酯苷：苷元以-COOH和糖的端基羥基脫水而成的酯苷。如山慈菇苷A。d.氰苷：是指一類羥基腈和糖的端基羥基縮和的苷。如野櫻苷。⑵氮苷：如腺苷。⑶硫苷：如蘿卜苷。⑷碳苷：如牡荊素。2．按苷元不同分類如：黃酮苷、蒽醌、香豆素、強(qiáng)心苷、皂苷等3．按端基碳構(gòu)型分α苷，多為L型；β苷，多為D型。

4．按連接單糖個(gè)數(shù)分1個(gè)糖——單糖苷2個(gè)糖——雙糖苷3個(gè)糖——叁糖苷5．按糖鏈個(gè)數(shù)分1個(gè)位置成苷——單糖鏈2個(gè)位置成苷——雙糖鏈6．按生物體內(nèi)存在分原級(jí)苷——在植物體內(nèi)原存在的苷；次級(jí)苷——原級(jí)苷水解掉一個(gè)糖或結(jié)構(gòu)發(fā)生改變。四、糖和苷的物理性質(zhì)

㈠溶解性糖——小分子極性大，水溶性好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。單糖極性>雙糖極性

（與羥基和碳的分擔(dān)比有關(guān)，即按-OH/C的分擔(dān)情況而定）苷——親水性（與連接糖的數(shù)目、位置有關(guān)）苷元——親脂性㈡味覺①單糖~低聚糖——甜味。②多糖——無甜味（隨著糖的聚合度增高，則甜味減?。圮疹悺?、甜等（人參皂苷）苦（甜菊苷）甜五、糖的化學(xué)性質(zhì)㈠氧化反應(yīng)單糖的分子有醛（酮）、伯醇、仲醇和鄰二醇等結(jié)構(gòu)，氧化條件不同其產(chǎn)物也不同。如：糖分子中羥基化學(xué)反應(yīng)的活潑性：端基羥基>伯醇基>仲醇基（即C1-OH、C6-OH、C2C3C4-OH）以過碘酸反應(yīng)為例來了解糖的氧化反應(yīng)的應(yīng)用過碘酸反應(yīng)主要作用于：鄰二醇、α-氨基醇、α-羥基醛（酮）、鄰二酮和某些活性次甲基等結(jié)構(gòu)。鄰羥基：-羥基酮：-氨基醇：鄰二酮：反應(yīng)特點(diǎn)：①反應(yīng)定量進(jìn)行（試劑與反應(yīng)物基本是1:1）；②在水溶液中進(jìn)行或有水溶液（否則不反應(yīng)）；③反應(yīng)速度：順式>反式（因順式易形成環(huán)式中間體）；④在異邊而無扭轉(zhuǎn)余地的鄰二醇不起反應(yīng);⑤游離單糖產(chǎn)物及消耗過碘酸用Fischer式計(jì)算;成環(huán)時(shí)糖產(chǎn)物及消耗過碘酸用Haworth式計(jì)算。Fischer式和Haworth式消耗過碘酸的計(jì)算：

用途：①推測(cè)糖中鄰二-OH多少；（試劑與反應(yīng)物基本是1:1）；②同一分子式的糖，推測(cè)是吡喃糖還是呋喃糖；③推測(cè)1,3連接還是1,4連接（糖與糖連接的位置）㈡糠醛形成反應(yīng)（Molish反應(yīng)）Molish反應(yīng)——糖檢出樣品+濃H2SO4+α-萘酚→紫色多糖、低聚糖、單糖、苷類——Molish反應(yīng)（＋）鄰苯二甲酸和苯胺反應(yīng)——紙層析、薄層層析鑒別㈢羥基反應(yīng)糖的-OH反應(yīng)——醚化、酯化和縮醛（酮）化。反應(yīng)活性：最高的半縮醛羥基（C1-OH）其次是伯醇基（C6-OH）仲醇次之。（伯醇因其處于末端的空間，對(duì)反應(yīng)有利，因此活性高于仲醇。）1．醚化反應(yīng)（甲基化）酸性強(qiáng)的OH易甲基化①Haworth法（不常用）含糖樣品+Me2SO4+濃NaOH→醇-OH全甲基化（需反復(fù)6~8次）判斷反應(yīng)是否完全的方法：甲基化物可用紅外光譜測(cè)試，直到無-OH吸收峰為止。制備成甲苷——用限量試劑，即克分子比1∶1時(shí)，可得甲苷。②Purdie法樣品+MeI+Ag2O→全甲基化（醇-OH）只能用于苷，不宜用于還原糖（即有C1-OH的糖）。因Ag2O有氧化作用，可使C1-OH氧化。③Hakomori法（箱守法）樣品+DMSO+NaH+MeI→全甲基化（一次即可）該反應(yīng)是在非水溶劑中，即二甲基亞砜（DMSO）溶液中進(jìn)行反應(yīng)。2．?；磻?yīng)（酯化反應(yīng)）羥基活性與甲基化反應(yīng)相同，即

C1-OH、C6-OH、仲醇、C3-OH最難（由于C2位取代后，引起的空間障礙，使得C3最難被?；?。）常用試劑：醋酐催化劑：吡啶、ZnCL2、醋酸鈉利用?；膳袛嗵巧?OH數(shù)目、保護(hù)-OH等。3．縮酮和縮醛化反應(yīng)

酮或醛在脫水劑如礦酸、無水ZnCl2、無水CuSO4等存在下可與多元醇的二個(gè)有適當(dāng)空間位置的羥基易形成環(huán)狀縮酮和縮醛。

酮類易與順鄰-OH生成——五元環(huán)狀物糖+丙酮→五元環(huán)縮酮(異丙叉衍生物)

醛類易與1,3-雙-OH生成——六元環(huán)狀物糖+苯甲醛→六元環(huán)縮醛(苯甲叉衍生物)

例：當(dāng)糖具有順鄰-OH時(shí)，其生成五元環(huán)狀物（異丙叉衍生物）：

當(dāng)糖結(jié)構(gòu)中無順鄰-OH時(shí)，則易轉(zhuǎn)變?yōu)檫秽墙Y(jié)構(gòu)，再生成五元環(huán)狀物（異丙叉衍生物）。OO例如：葡萄糖甲苷+苯甲醛?(具1,3-OH結(jié)構(gòu))利用縮醛或縮酮對(duì)堿穩(wěn)定對(duì)酸不穩(wěn)定的性質(zhì)，可用于保護(hù)-OH。也可用于推斷分子中是否有順鄰－OH或1，3－OH；及苷鍵位置

4.硼酸絡(luò)合反應(yīng)

糖的鄰二-OH可與許多試劑生成絡(luò)合物，借生成絡(luò)合物的某些物理常數(shù)的改變，可以有助于糖的分離、鑒定和構(gòu)型推定。重要的如：硼酸絡(luò)合物、鉬酸絡(luò)合物、銅氨離子絡(luò)合物等。具有鄰二-OH糖+硼酸→五元或六元絡(luò)合物

（酸性增加、可離子化）（H3BO3是接受電子對(duì)的Lewis酸）

1．絡(luò)合反應(yīng)分二步進(jìn)行①先生成1：1的絡(luò)合物，易失水而成平面形的中性酯。

②二個(gè)-OH地位適宜，則繼續(xù)生成2：1的螺環(huán)狀絡(luò)合物，四面體結(jié)構(gòu)固定，增加酸性。以上I、II、III三種狀態(tài)在硼酸溶液中同時(shí)存在，彼此間處于平衡狀態(tài)。

2．對(duì)二-OH的空間要求⑴開環(huán)化合物：碳鏈上-OH越多，越易造成有利地位（順鄰二-OH）；⑵環(huán)上的二-OH：①芳環(huán)-OH——鄰位易，間、對(duì)位次之；②五元、六元脂環(huán)——順易，反鄰二-OH不作用；(3)α-羥酸（HO-C-COOH）可絡(luò)合（-COOH水化成-C(OH)3后再絡(luò)合）；β-羥酸無作用

㈣羰基反應(yīng)糖+苯肼→糖腙（多為水溶性的）還原糖+3分子苯肼→糖脎（較難溶于水）

2-去氧糖不能成脎（因C2上無-OH）。應(yīng)用——糖的鑒定、分離和純化。六、苷鍵的裂解研究苷類的化學(xué)結(jié)構(gòu)，必須了解苷元結(jié)構(gòu)、糖的組成、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。㈠酸催化水解反應(yīng)㈡乙酰解反應(yīng)㈢堿催化水解和β消除反應(yīng)㈣酶催化水解反應(yīng)㈤過碘酸裂解法（Smith降解法）㈠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。反應(yīng)機(jī)理：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。酸水解的規(guī)律：⑴苷原子的電子云密度：電子密度升高，質(zhì)子化能力增強(qiáng)，水解易發(fā)生。酸水解易難順序：N苷>O苷>S苷>C苷（最難）N苷易接受質(zhì)子，但N處于嘧啶或酰胺位置時(shí)難水解⑵苷原子的空間環(huán)境：呋喃糖苷較吡喃糖苷易水解；酮糖比醛糖易水解（五元呋喃環(huán)中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。）（酮糖多為呋喃結(jié)構(gòu)，而且酮糖端基碳原子上有-CH2OH大基團(tuán)取代，水解反應(yīng)可使張力減小。）⑶糖上取代基

①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

②C5上有-COOH取代時(shí)，最難水解（因誘導(dǎo)使苷原子電子密度降低）

③取代基性質(zhì)不同氨基取代的糖較-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>氨基糖

易難⑷苷分子穩(wěn)定性及其水解產(chǎn)物穩(wěn)定性①苷元為小基團(tuán)苷鍵橫鍵比豎鍵易水解(e>a)（橫鍵易質(zhì)子化）苷元為大基團(tuán)苷鍵豎鍵比橫鍵易水解(a>e)（苷的不穩(wěn)定性促使其易水解）②芳香屬苷較脂肪屬苷易水解。如：酚苷>萜苷、甾苷（因苷元部分有供電結(jié)構(gòu)，而脂肪屬苷元無供電結(jié)構(gòu)）難水解的碳苷苷元結(jié)構(gòu)不太穩(wěn)定的氧苷氧化開裂法(Smith降解法);兩相酸水解法（樣品+酸水+苯/氯仿）獲得真正苷元

㈡乙酰解反應(yīng)1．常用試劑：醋酐+酸所用酸如：H2SO4、HClO4、CF3COOH或Lewis酸（ZnCl2、BF3）等。2．反應(yīng)條件：一般是在室溫放置數(shù)天。3．反應(yīng)機(jī)理：與酸催化水解相似，以CH3CO+(乙?；?，Ac）為進(jìn)攻基團(tuán)。4．反應(yīng)速率：⑴苷鍵鄰位有電負(fù)性強(qiáng)的基團(tuán)（如環(huán)氧基）可使反應(yīng)變慢。⑵β-苷鍵的葡萄糖雙糖的反應(yīng)速率：（乙酰解易難程度）（1→6）>>（1→4）>>（1→3）>>（1→2）5.應(yīng)用：在多糖苷的結(jié)構(gòu)研究中，為了確定糖與糖之間的連接位置。常應(yīng)用乙酰解開裂一部分苷鍵，保留另一部分苷鍵，然后用薄層或氣相色譜鑒定在水解產(chǎn)物中得到的乙?；瘑翁呛鸵阴；途厶?。

㈢堿催化水解和β消除反應(yīng)一般苷鍵對(duì)稀堿是穩(wěn)定的，但某些特殊的苷易為堿水解，如：

酯苷酚苷烯醇苷β-吸電子基取代的苷C1-OH與C2-OH：

反式易水解，其產(chǎn)物為1,6-葡萄糖酐；順式產(chǎn)物為正常的糖。利用水解產(chǎn)物可判斷苷鍵構(gòu)型β-消除反應(yīng)：苷鍵的β-位有吸電子基團(tuán)者，使α-位氫活化，在堿液中起消除反應(yīng)，而使苷鍵開裂，稱~。用途在1→3或1→4連接的聚糖中，還原端的游離醛（或酮）鄰位氫活化而與3-O-或4-O-苷鍵起消除反應(yīng)。這樣堿能使多糖還原端的單糖逐個(gè)被剝落，對(duì)非還原端則無影響。剝落生成的是α-羥基糖酸。㈣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。

酶專屬性高，選擇性地催化水解某一構(gòu)型的苷。如：苦杏仁酶——β-六碳醛糖苷鍵纖維素酶——β-葡萄糖苷鍵麥芽糖酶——α-葡萄糖苷鍵轉(zhuǎn)化糖酶——β-果糖苷鍵蝸牛酶——β-苷鍵㈤過碘酸裂解法（Smith降解法）割裂具有1，2—二元醇糖苷鍵的溫和反應(yīng)，可得到原苷元，但無完整糖分子。適用的情況:苷元結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的苷和C-苷不適用于有1，2—二元醇結(jié)構(gòu)的苷元試劑：過碘酸鈉(NaIO4)、四氫硼鈉(NaBH4)、稀酸反應(yīng)過程：該反應(yīng)的應(yīng)用:苷元不穩(wěn)定的苷，以及碳苷用此法進(jìn)行水解，可得到完整的苷元，這對(duì)苷元的研究具有重要的意義。此外，從降解得到的多元醇，還可確定苷中糖的類型：葡萄糖，甘露糖，半乳糖或果糖的C-苷阿拉伯糖，木糖的C-苷鼠李糖，夫糖或雞納糖的C-苷乙二醇丙二醇丙三醇降解產(chǎn)物(六)糖醛酸苷的選擇性水解用普通裂解方法難開裂加劇反應(yīng)條件，易造成糖元和苷元的破壞特殊方法：(1)光分解法：用500W高壓汞燈照射皂苷，使糖醛酸苷鍵裂解，釋放苷元或次生苷。(2)四醋酸鉛-醋酐法：用于葡萄糖醛酸的裂解;(3)醋酐-吡啶分解法：只能裂解多聚糖的葡萄糖醛酸皂苷。(4)微生物培養(yǎng)法七、糖的提取分離㈠提取主要為溶劑法——水、稀醇（單糖、低聚糖、多糖）苷類分子的極性隨著糖基的增多而增大。可根據(jù)其極性大小，來選擇相適應(yīng)的溶劑。破壞或抑制植物體內(nèi)酶的方法：采集新鮮材料——迅速加熱干燥——冷凍保存等㈡分離1．活性炭柱色譜——分離水溶性物質(zhì)較好如：氨基酸、糖類及某些苷類。

活性炭對(duì)物質(zhì)的吸附規(guī)律對(duì)分子量大的化合物吸附力大于分子量小的化合物，即：多糖