糖和苷ppt课件

一、概述 二、单糖的立体化学 三、糖和苷的分类 四、苷类化合物的物理性质 五、苷类化合物的化学性质 六、苷键的裂解 七、糖的提取分离 第 二 章 一、概述 单糖（Monosaccharides）：不能水解成 更小分子的、最简单的多羟基内半缩醛(酮) 。 如葡萄糖等。 低聚糖（Oligosaccharides） ： 多糖（Polysaccharides）： 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 苷 类种类繁多，结构不一，其生 理活性也多种多样，在心血管系统、呼吸系 统、消化系统、神经系统以及抗菌消炎、增 强机体免疫功能、抗肿瘤等方面都具有不同 的活性，苷类已成为当今研究天然药物中不 可忽视的一类成分。 许多常见的中药例如人参、甘草 、柴胡、黄芪、黄芩、桔梗、芍药等都含有 苷类。 一、概述 二、单糖的立体化学 （一） 糖的表示式 （二） 糖的绝对构型（D、L） （三） 环的构象 二、单糖的立体化学 单糖结构的表示方法 单糖是多羟基醛或酮。从三碳糖至八碳糖天然界都有 存在。 成环状结构后，多了一个手性碳-端基碳 Fisher式 Haworth式 二、单糖的立体化学 单糖在水溶液中形成半缩醛环状结构， 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 差向异构体：端基碳(anomeric carbon)的相 对构型 型型(Haworth式限于羰基碳 与 该原子成环的） 二、单糖的立体化学 如何判断单糖的相对构型？ 在Haworth式中只要看C1- OH与最后一个取代基之间的关 系： 在同侧的为型； 在异侧的为 型； 限于与最远的不对称 碳原子成环者； 二、单糖的立体化学 二、单糖的立体化学（二）糖的绝对构型（D、L） 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。 绝对构型：离端基碳最远的碳原子的构型 D型 L型 (Haworth式限于羰 基碳与该原子成环的） 二、单糖的立体化学 二、单糖的立体化学 （三）环的构象 绝大多数 分类： 按单糖个数分为单糖、二糖、三糖等； 按有无游离的醛基或酮基分为还原糖和非还原 糖。 若两个糖均以端基脱水缩合形成的聚糖就没有还原 性。 三、糖和苷分类 三、糖和苷分类 （一） 单糖（monosaccharides） 已发现200多种, 3C-8C, 多以结合态存在. 分为 1 、五碳醛碳 有L-阿拉伯糖，D-木糖，D-来苏糖，D-核糖等 。 L-阿拉伯糖的结构如下： 2、六碳醛糖 常见的有D-葡萄糖，D-甘露糖，D-阿洛 糖，D-半乳糖等。其中以D-葡萄糖最为常见。 三、糖和苷分类 3、六碳酮糖 如 D-果糖，L-山梨糖等。 下图为-D-果糖的结构： 三、糖和苷分类 O OHOH 4、甲基五碳醛糖 常见的有L-鼠李糖，L-夫糖 和D-鸡纳 糖。 如L-鼠李糖的结构。 三、糖和苷分类 O 5、支碳链糖 糖链中含有支链，如D-芹糖和D-金缕梅糖 , 后者结构如下： 三、糖和苷分类 O HOH2C H 6、氨基糖单糖的一个或几个醇羟基置换成氨 基。 如 庆大霉素 三、糖和苷分类 三、糖苷分类 7、去氧糖 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。 该类糖在强心苷和微生物代谢产物中多见 ，并有一些特殊的性质。 如L-黄花夹竹桃糖 是2，6-二去氧糖的 3-O-甲醚。 8、糖醛酸 单糖分子中的伯醇基氧化成羧基，常结合 成苷类或多糖存在，常见的如葡萄糖醛酸和半乳 糖醛酸。 糖醛酸易环合成内酯，在水溶液中呈平衡状 态。 三、糖和苷分类 三、糖和苷分类 葡萄糖 glucose Glc 半乳糖 galactose Gal 甘露糖 mannose Man 鼠李糖 rhamnose Rha 木 糖 xylose Xyl 果 糖 fructose Fru 阿拉伯糖 arabinose Ara 葡萄糖醛酸： Glu A （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 支链聚糖 芸香糖、槐糖、蔗糖（D-葡萄糖-D果糖 ） 麦芽糖（葡萄糖14葡萄糖） 三、糖和苷分类 （三）多聚糖(polysaccharides, 多糖) 是由10个以上的单糖基通过苷键连接而 成。如：淀粉、纤维素等. 许多多糖有生物活性，引起医学界重视。 -香菇多糖、灵芝多糖（抗 癌） -黄芪多糖、人参多糖（增强免疫） -银耳多糖（保护肝细胞） 聚合度：100以上至几千 性质：与单糖和寡糖不同，无甜味，非还 原性 分类： 三、糖和苷分类 1. 按功能分 直糖链型， 水不溶的，主要形成动植 物的支持组织。ex. 纤维素，甲壳素 多支链型，溶于热水, 形成胶体溶液， 动植物的贮存养料。ex. 淀粉，肝糖元 三、糖和苷分类 2. 按组成分 均多糖(homosaccharide) :由一种单糖组成 杂多糖 (heterosaccharide): 由二种以上单糖组成 系统命名： 均多糖：在糖名后加字尾-an， 如葡聚糖为glucan。 杂多糖：几种糖名按字母顺序排列后,再加字尾- an， 如葡萄甘露聚糖为glucomannan. 三、糖和苷分类 glucose 三、糖和苷分类 （四）苷类 (glycoside) (又称配糖体) 苷的定义: 糖与非糖组成的化合物 苷类化合物的命名： 以 -in 或 oside 作后缀。 如 红景天苷 rhodioloside; 毛莨苷 ranunculin 三、糖和苷分类 苷的分类： 1按苷原子不同分类 氧苷 如：红景天苷 见p65 三、糖和苷分类 氮苷：如巴豆苷 。 硫苷：如萝卜苷。 碳苷：如牡荆素。 巴豆苷 三、糖和苷分类 2按苷元不同分类 如：黄酮苷、蒽醌、香豆素、强心苷、皂 苷 3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 三、糖苷分类 4按苷键不同分类 醇苷：通过醇羟基与糖端基羟基脱水而成 的苷。如红景天苷。 酚苷：通过酚羟基而成的苷。如天麻苷。 酯苷：苷元以-COOH和糖的端基碳相连接的 是酯苷。如山慈菇苷A。 氰苷：是指一类羟腈的苷。如野樱苷。 三、糖和苷分类 三、糖苷分类 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 原生苷, 次生苷 四、苷的物理性质 （一）形 苷类化合物多数是固体，其中糖基少的 可成结晶，糖基多的则呈吸湿性的无定形粉末 。 （二）味 一般是无味的，少数有苦、甜味等 （人参皂苷）（甜菊 苷） 从甜叶菊叶子中提取得到，比蔗糖甜300倍，临床 上用于糖尿病患者作甜味剂，无不良反应 四、苷的物理性质 （三）色 苷类的颜色由苷元决定。糖部分没有颜 色 。 （四）溶解性 苷亲水性(与连接糖的数目有关 ） 苷元亲脂性 （五）旋光性 具有多个不对称碳原子用于苷键构 型的测定（即、苷键）。多数苷类呈 左旋。 五、糖的化学性质 氧化反应 单糖的分子有醛（酮）、伯醇、仲醇和邻二醇 等结构，氧化条件不同其产物也不同。 如： （一）氧化反应 （二）糠醛形成反应（Molish反应） 五、糖的化学性质 氧化反应 以过碘酸反应为例来了解糖的氧化反应的应 用 过碘酸反应 主要作用于： 邻二醇、-氨基醇、-羟基醛（酮） 、邻二酮和某些活性次甲基等结构。 用途： 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。 五、糖的化学性质 糠醛形成反应 糠醛形成反应（Molish反应）p73 Molish反应： 样品 + 浓H2SO4 + -萘酚 棕色 环 多糖、低聚糖、单糖、苷类Molish反应 = ？ 六、苷键的裂解 研究苷类的化学结构，必须了解苷元结 构、糖的组成、糖和糖的连接方式，以及苷元和 糖的连接方式等。 为此必先使用某种方法使苷键切断。 酸催化水解反应 碱催化水解 酶催化水解反应 氧化开裂法（Smith降解法） 六、苷键的裂解 酸催化水解反应 酸催化水解反应 苷键属于缩醛结构，易为稀酸催化水解 。 反应一般在水或稀醇溶液中进行。 常用的酸：HCl, H2SO4, 乙酸和甲酸等。 反应的机理：苷原子先质子化，然后断 裂生成苷元和阳碳离子或半椅式的中间体，在水 中溶剂化而成糖。 P78 有利于苷原子质子化的因素，就可使水解 容易进行。主要包括两个方面的因素： (1) 苷原子上的电子云密度 (2) 苷原子的空间环境 六、苷键的裂解 酸催化水解反应 酸水解的规律： 苷原子不同，酸水解难易顺序： N-苷 O-苷 S-苷 C苷 原因：N易接受质子，而C无孤对电子，不能质子 化； 呋喃糖苷较吡喃糖苷易水解，速率大 50 100倍。 原因：呋喃环平面性，各键重叠，张力大 六、苷键的裂解 酸催化水解反应 （3） 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上接-COOH的糖 六、苷键的裂解 酸催化水解反应 强酸水解：得到糖，苷元易破坏 弱酸水解：得到次级苷，确定糖的连接顺序 两相酸水解：保护苷元 六、苷键的裂解 碱催化水解 一般苷键对稀碱稳定，但特殊苷易为碱水解， 如：酯苷,酚苷,烯醇苷,-吸电子基取代的苷 用途：主要用于水解酯键苷。 酶催化水解反应 优点: 专属性高,条件温和. (P83) 酶水解苷键可获知苷键的构型，可保持苷元 的结构不变，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 。 酶专属性高，选择性地催化水解某一构型的 苷。 六、苷键的裂解 酶催化水解反应 酶催化水解反应 酶降解反应的效果取决于酶的纯度以及对 酶的专一性的认识. 转化糖酶-水解-果糖苷键 苦杏仁酶-水解-葡萄糖苷键 纤维素酶-同上 麦芽糖酶-水解-葡萄糖苷键 蔗糖酶 半乳糖苷酶 棉籽糖 半乳糖苷酶 六、苷键的裂解 酶催化水解反应 酶解反应的专一性 六、苷键的裂解 酶催化水解反应 苦杏仁酶只水解-六碳醛糖苷键 苦杏仁酶-水解-葡萄糖苷键(前三页) 六、苷键的裂解 氧化开裂法 氧化开裂法（Smith降解法） 用过碘酸氧化1,2-二元醇的反应可 以用于苷键的水解,称为Smith裂解,是一种 温和的水解方法. 适用的情况:苷元结构不稳定, C- 苷 优点：室温，条件温和，可得到原生苷元。 C-苷难以酸水解，可用Smith裂解水解（P85）。 试剂：过碘酸(HIO4)、四氢硼钠(NaBH4)、稀 酸 反应过程：见page 85 七、糖的提取分离 提取 主要为溶剂法水、稀醇(单糖、低聚糖、多糖） 糖类依其对乙醇和水的溶解度不同，而采用冷热水、冷 热稀醇等条件。 苷类极性随糖基增多而增大。根据其极性大小，来选择 相适应的溶剂。 注意 破坏或抑制植物体内水解苷类的酶： 采集新鲜材料迅速加热干燥冷冻保存等. 加入CaCO3,或用甲醇、乙醇或沸水提取. 勿与酸或碱接触，以免苷类水解. 明确提取的目的（原生苷、次生苷或苷元），然后根 据要求进行提取。 七、糖的提取分离 提取 因苷元的结构不同， 所联接的糖也不一样 ，难有统一的苷的提 取方法. 以下是最常用的提 取方法： 七、糖的提取分离 分离 分离 1分级沉淀或分级溶解法 2. 活性炭柱色谱 3离子交换树脂柱色谱 4. 纤维素和离子交换纤维素层析法 5凝胶柱色谱 6季铵氢氧化物沉淀法 7透析法 8. 蛋白质除去法 1. 分级沉淀法-按分子量的不同做粗略的分离 乙醇溶液(三糖以下可溶) 糖的浓水溶液 (糖类多数可溶) 乙醇逐增为5%，10%，15%.90%, 逐步析出沉淀: 聚合度大的先析出 极性低于糖的糖衍生物，如甲醚、乙酸酯, 可在有机溶 剂中分级沉淀，如先溶于丙酮，逐加乙醚，低沸点石油醚 热的糖溶液逐步冷却 逐加无机盐，如硫酸铵等作盐析 改变酸度的方法 一般PH7稳定; 酸多 糖调PH2-4，操作应 小量，迅速，避甙 键水解 七、糖的提取分离 分离 2活性炭柱色谱 概述 用途分离水溶性物质较好 如：氨基酸、糖类及某些苷类。 特点： 上样量大，分离效果较好，不受糖浓度改变 或无机盐的存在的影响，适合大量制备； 来源容易，价格廉； 缺点：无测定其吸附力级别的理想方法。 适宜于分离低聚糖的混合物 七、糖的提取分离 分离 分类： 粉末状活性炭颗粒细，总表面积大 ，吸附力及吸附量大。 颗粒状活性炭颗粒较上者大，吸附 力及吸附量也较上者次之。 绵纶-活性炭以锦纶为粘合剂，将粉 末状活性炭制成颗粒，吸附力最弱。 七、糖的提取分离 分离 活性炭对物质的吸附规律 对分子量大的化合物吸附力大于分子量小的 化合物，即：多糖 单糖 活性炭在水溶液中的吸附力最强，在有机溶 剂中吸附力较弱。洗脱顺序： H2O、 10%、 20%、 30%、 50%、 70%乙醇 液 无机盐 二糖 三糖 多糖 单糖等 3. 离子交换树脂层析法 除水提液中的酸、碱性成分和无机离子； 阳离子交换树脂可使酸性糖类和中性糖类分离。 中性糖 硼酸络合 酸性脂 上强碱性阴离子交换树脂柱 以浓度递增的硼酸盐溶液 分别洗出单糖，双糖，三糖等 洗脱顺序: D-果糖、D-半乳糖和D-葡萄糖 滤液蒸干，残留物加 甲醇反复蒸去硼酸甲 酯，得不含硼酸的糖 速以强酸性阳离 子交换树脂振摇 去无机离子 七、糖的提取分离 分离 4. 纤维素和离子交换纤维素层析法 离子交换纤维素 (用于多糖分离效果好) 阳离子交换纤维素 CM-cellulose P-cellulose SE-Cellulose SM-cellulose 阴离子交换纤维素 DEAE-cellulose ECTE-OLA-cellulose PAB-cellulose TEAE-cellulose 适于分离酸性,中性,粘多糖 适于分离 七、糖的提取分离 分离 5凝胶柱色谱 常用商品名称及型号： 葡聚糖凝胶（商品名：Sephadex G） G-10、G-15、G-200等 10表示吸水量乘以10，即1.0ml/g的吸水 量 琼脂糖凝胶（Sepharose，Bio-Gel A） 聚丙烯酰胺凝胶（Bio-Gel P） 羟丙酰基交联葡聚糖凝胶（Sephadex LH-20 ） （亲脂性，可在有机溶剂中进行分离的分子 筛） 七、糖的提取分离 分离 操作过程： 酶催化水解方法 将凝胶在适当的溶液中浸泡（多为洗脱剂 ）； 待充分膨胀后装入层析柱； 用洗脱液洗脱； 收集、回收溶液，干燥。 七、糖的提取分离 分离 洗脱溶剂的选择： 分离中性物质水及电解质溶液 （酸、碱、盐溶液及缓冲液） 阻滞较大的组分水+有机溶液 （水-甲醇、水-乙醇、水-丙酮等 ） LH-20可用有机溶液进行溶胀（如：CHCl3、丁醇 、二氧六环等） (适用：有机物质的分离，如：脂类、固醇类等) 最缓和方法 Sevag 法: 多糖的水溶液(最好用pH4-5缓冲液) 七、糖的提取分离 分离 氯仿,少量正丁醇或正戊醇, 振摇 乳化液，蛋白质变性成凝胶 离心, 蛋白质凝胶在氯仿和水二层中间而除去 缺点: 只能去少量蛋白质，且须重复多次。多糖常损失; 不能用于脂蛋白，因其溶于氯仿。 8. 蛋白质除去法 三氟三氯乙烷法 用三氯乙酸法或用蛋白质水解酶法去蛋白质。 七、糖的提取分离 分离8. 蛋白质除去法 Sevag法和三氟三氯乙烷常用于微生物多糖。 三氯乙酸法常用于植物多糖。 多糖水溶液 三氟三氯乙烷 冷却下高速搅动数分钟 反复离心 Molish试剂呈色， 茚三酮试剂呈阴性 水相胶冻状蛋白质 加乙醇或丙酮沉淀多糖， 重复溶于水，透析，冻干 七、糖的提取分离 分离 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) 八、糖的鉴定和糖链结构的测定 糖的鉴定 1纸层析 展开系统：常用水饱和的有机溶剂展开。 如：正丁醇：醋酸：水（4：1：5上层） BAW 水饱和苯酚等溶剂系统。 显色剂： 邻苯二甲酸苯胺、硝酸银试剂(使还原糖显棕黑色) 、 三苯四氮唑盐试剂（单糖和还原性低聚糖呈红色） 、 3,5-二羟基甲苯盐酸试剂（酮糖呈红色） 等。 八、糖的鉴定和糖链结构的测定 2薄层层析 3气相层析 将糖制备成三甲基硅醚（增加其挥发 性）4液相色谱 填充材料化学修饰的硅胶 优：不必制备成衍生物。 适合分析对热不稳定、不挥发的低聚糖和多糖 。 缺：分析单糖和低聚糖，其灵敏度不及气相层 析。 八、糖的鉴定和糖链结构的测定 5离子交换层析 糖的硼酸络合物可进行离子交换层析 优：不必制成衍生物，而直接用水溶液进行 分离 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 八、糖的鉴定和糖链结构的测定 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确定 3糖链连接顺序的确定 4苷键构型的确定 513C-NMR在糖链结构测定中的应用 例 枸杞多糖的制备及其结构研究 张民，张声华. 食品研究与开发. 2007.Vol.28.NO.07 枸杞子具有增强机体免疫功能、减肥、细胞凋亡诱导 、调节生长发育、抗肿瘤和抗衰老等作用。被认为与 枸杞多糖有关. 枸杞子烘干粉碎 乙醇水溶液处理 蒸馏水100 浸提4 次 过滤，浸提液真空浓缩 乙醇沉淀 丙酮- 石油醚脱脂 提取物溶于水 聚酰胺色谱柱 水洗脱. 洗脱液真空浓缩 枸杞多糖制备方法 DEAE-cellulose（OH-）柱 0.1 M , 0.25 M NaCl 水溶液洗脱 收集0.25 m NaCl 洗脱液 真空浓缩 Sephadex G-200柱 透析 真空浓缩，冻干 水洗脱收集 得LBP- 4 中性糖含量28.78% (苯酚- 硫酸法)； 单糖:木糖、半乳糖、甘露糖、鼠李糖 、葡萄糖和阿拉伯糖 (4.45:1.20:1.0:0.98:0.90:0.85摩尔)； 半乳糖醛酸含量为55.45%(咔唑- 硫酸 法), 以13 连接为主。 枸杞多糖 （LBP-4） 测定单糖 组成 - 消去反应、 红外光谱、 高碘酸氧化法 研究多 糖结构激光扫描共聚焦 显微镜, 扫描电镜 观察多糖 结晶结构 毛细管GC, FID 糖类的作业 1.常见的几种单糖的结构特点是什么？ 2.糖的化学性质有哪些？这些反应的条件及 在分离或分析、结构测定工作中的意义是什么？ 3.苷键的裂解反应有哪些？ 各有何特点？ 4. 5、用0.02-0.05mol/L盐酸水解时，下列 苷中最易水解的是（） 、2,6-二去氧糖苷 、6-去氧糖苷 、葡萄糖苷 、葡萄糖醛酸苷 一 、单选题 1、 属 于 碳 苷 的 是 （ ） 2、属 于 S 苷 的 是 （ ） 3、下列吡喃糖苷最容易被酸水解的是（） 、七碳糖苷 、五碳糖苷 、六碳糖苷 、甲基五碳糖苷 4、天然产物中，最难水解的苷是（） 、C 苷 、S 苷 、N 苷 、O 苷 5、用0.02-0.05mol/L盐酸水解时，下列苷中最易水解的 是（） 、2,6-二去氧糖苷 、6-去氧糖苷 、葡萄糖苷 、葡萄糖醛酸苷 6、 Smith裂解法所使用的试剂是（） 、NaIO4 、NaBH4 、均是 、均不是 7、能使-葡萄糖苷键水解的酶是（ ）。 A、麦芽糖酶 B、苦杏仁苷酶 C、均可以 D、均不可以 二、多选题： 苷类化合物确定糖链结构要解决的问题是 A糖链中糖的元素比 B糖链中糖的种类和比例 C糖之间的连接位置 D糖之间的连接顺序 E糖之间苷键的构型 三、填空题 1、苷类多具有一定的（ ），因为它们的结构中 含有糖。 2、苷类的酶水解具有()性，是缓和的水解反应。 3、凡水解后能生成（ ）化合物的物质，都称为 苷类。如芦丁加酸水解生成（ ）、( ）和（ ） 。 4、Molish反应的试剂是（ ），反应现象是（）。 四、简述下列各题 1、解释下列名词含义： 苷 、苷元 、苷键 、原生苷 、次生苷 低聚精 、多聚糖、苷化位移 、什么是苷类化合物？该类化合物有哪些共性？ 五、 判断题 1多羟基化合物与硼酸络合后，原来中性 的可以变成酸性，因此可进行酸碱中和滴定。 2D-甘露糖苷，可以用1H-NMR中偶合常数的 大小确定苷键构型。 1.常见的几种单糖的结构特点是什么？ 答: 单糖是不能水解成更小分子的、最简单的多羟基 内半缩醛(酮)。水溶液中主要以半缩醛(酮)的环状结构 形式存在，具有六元环结构吡喃糖或五元环结构 呋喃糖;有D、L绝对构型之分,和、相对构型之分. 了； 六碳醛糖: D -葡萄糖, D -甘露糖, D -半乳糖; 五