天然产物化学糖与苷类

1、关于天然产物化学糖与苷类第1页，共82页，2022年，5月20日，20点7分，星期三 糖又称作碳水化合物，是自然界存在的一类重要的天然产物，是生命活动所必需的一类物质，和核酸、蛋白质、脂质一起称为生命活动所必需的四大类化合物。按照其聚合程度可分为单糖、低聚糖（寡糖）和多糖等。 苷类又称配糖体，是由糖或糖的衍生物等与另一非糖物质通过其端基碳原子联接而成的化合物。 第2页，共82页，2022年，5月20日，20点7分，星期三糖和苷类的生理活性是多种多样的，糖是植物光合作用的初生产物，通过它进而合成了植物中的绝大部分成分。所以糖类除了作为植物的贮藏养料和骨架之外，还是其它有机物质的前体。一些具有营养

2、、强壮作用的药物，如山药、何首乌、大枣等均含有大量糖类。第3页，共82页，2022年，5月20日，20点7分，星期三苷类种类繁多，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。 第4页，共82页，2022年，5月20日，20点7分，星期三第一节 结构类型第5页，共82页，2022年，5月20日，20点7分，星期三单糖的立体结构 单糖是多羟基醛或酮，是组成糖及其衍生物的基本单位。单糖的结构

3、可用Fisher和Haworth投影式表示。2-酮羰基第6页，共82页，2022年，5月20日，20点7分，星期三第7页，共82页，2022年，5月20日，20点7分，星期三一、单糖的绝对构型 习惯上把单糖Fisher投影式中距羰基最远的那个不对称碳原子的构型定为整个糖分子的绝对构型。其羟基向右的为D型，向左的为L-型。第8页，共82页，2022年，5月20日，20点7分，星期三在Haworth式中也是看那个不对称碳原子上的取代基，向上为型，向下为型。D-葡萄糖L-鼠李糖第9页，共82页，2022年，5月20日，20点7分，星期三二、单糖的端基差向异构体 单糖成环后新形成的一个不对称碳原子称为

4、端基碳，生成的一对差向异构体有、二种构型。 Fisher投影式：C1-OH与原C5(六碳糖)或C4(五碳糖)-OH，同侧的为，异侧的为。 Haworth投影式：C1-OH与原C5(六碳糖)或C4(五碳糖)-取代基，异侧的为，同侧的为。第10页，共82页，2022年，5月20日，20点7分，星期三第11页，共82页，2022年，5月20日，20点7分，星期三异侧同侧第12页，共82页，2022年，5月20日，20点7分，星期三三、单糖的氧环 自然界的糖都以六元或五元氧环的形式存在。五元氧环的称为呋喃糖，六元氧环的称为吡喃糖。第13页，共82页，2022年，5月20日，20点7分，星期三四、单糖的

5、构象Haworth式更接近糖结构的真实情况，但仍是一种简化的表示方法。 呋喃环：基本为一平面（如：信封式），无明显的结构变化。 吡喃环：以椅式构象为优势构象，C1或1C。 第14页，共82页，2022年，5月20日，20点7分，星期三单糖的构象第15页，共82页，2022年，5月20日，20点7分，星期三C1构象式：以葡萄糖为例，在其优势构象中，若C1在C2、C3、C5和O组成的平面下方，记作4C1，简写为C1。1C构象式：若C1在C2、C3、C5和O组成的平面上方，记作1C4，简写为1C。绝大多数单糖的优势构象是C1式，只有极少数如L-鼠李糖等的优势构象是1C式。第16页，共82页，2022

6、年，5月20日，20点7分，星期三糖的分类单糖：已发现200多种， 多以结合态存在。低聚糖 ：由29个单糖基通过苷键键合而成的直糖链或支糖链的聚糖。多聚糖 ：由十个以上的单糖基通过苷键键合而成的聚糖。第17页，共82页，2022年，5月20日，20点7分，星期三一、 单糖: 1 、五碳醛糖 有L-阿拉伯糖(L-arabinose)，D-木糖(D-xylose)，D-来苏糖(D-lyxose)，D-核糖(D-ribose)等。L-阿拉伯糖的结构如下：第18页，共82页，2022年，5月20日，20点7分，星期三2 、六碳醛糖 常见的有D-葡萄糖(D-glucose)，D-甘露糖(D-mannos

7、e)，D-阿洛糖(D-allose)，D-半乳糖(D-galactose)等。其中以D-葡萄糖最为常见。第19页，共82页，2022年，5月20日，20点7分，星期三3 、六碳酮糖 如D-果糖(D-fructose)，L-山梨糖(L-sorbose)等。下图为-D-果糖的结构：第20页，共82页，2022年，5月20日，20点7分，星期三4 、甲基五碳糖 常见的有L-鼠李糖(L-rhamnose)，L-夫糖(L-fucose) 和D-鸡纳糖(D-quinovose)。如L-鼠李糖的结构。第21页，共82页，2022年，5月20日，20点7分，星期三5 、支碳链糖 糖链中含有支链，如D-芹糖(D

8、-apiose)和D-金缕梅糖(D-hamamelose, 结构如下)第22页，共82页，2022年，5月20日，20点7分，星期三6、 氨基糖 单糖的一个或几个醇羟基置换成氨基。如庆大霉素的结构：第23页，共82页，2022年，5月20日，20点7分，星期三7 、去氧糖 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(L-thevetose)是2,6-二去氧糖的3-O-甲醚。第24页，共82页，2022年，5月20日，20点7分，星期三8、 糖醛酸 单糖分

9、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。第25页，共82页，2022年，5月20日，20点7分，星期三9、糖醇 单糖的醛或酮还原成羟基后所得的多元醇。第26页，共82页，2022年，5月20日，20点7分，星期三10、环醇类 环状的多羟基化合物。从生源上看属于单糖衍生物。第27页，共82页，2022年，5月20日，20点7分，星期三二、低聚糖(寡糖)：由29个单糖通过苷键键合而成的 直链或支链的聚糖称低聚糖。1、按单糖个数分为 单糖、二糖、三糖等；2、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

10、水缩合形成的聚糖就没有还原性。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。第28页，共82页，2022年，5月20日，20点7分，星期三 三 、多聚糖(多糖) 是由10个以上的单糖基通过苷键连接而成。性质：与单糖和寡糖不同，无甜味，非还原性。 第29页，共82页，2022年，5月20日，20点7分，星期三1、按在生物体内的功能分为：形成动植物的支持组织：如植物中的纤维素、甲壳类动物的甲壳素；分子呈直链型，不溶于水；为动植物储存养料：如淀粉、肝糖元等；分子多为支链型分子，可溶于热水成胶体溶液，可经酶催化水解释放单糖以供应能量。分类

11、第30页，共82页，2022年，5月20日，20点7分，星期三 2、按组成分 由一种单糖组成均多糖 由二种以上单糖组成杂多糖 3、按来源分 植物多糖与动物多糖第31页，共82页，2022年，5月20日，20点7分，星期三常见植物多糖1、淀粉：葡聚均多糖通常由直链的糖淀粉和支链的胶淀粉组成。糖淀粉聚合度低，为水溶性；胶淀粉不溶于冷水，溶于热水成粘胶状。遇碘变色。第32页，共82页，2022年，5月20日，20点7分，星期三2、纤维素：葡聚均多糖，聚合度30005000。可形成较多氢键，使其具有一定的强度和刚性，不易溶于稀酸或稀碱。人类体内没有可以水解纤维素的酶。第33页，共82页，2022年，5

12、月20日，20点7分，星期三3、菊淀粉：果聚糖4、半纤维素（杂多糖）：是不溶于水而能被稀碱溶出的酸性多糖的总称。5、树胶：如阿拉伯胶是一种有分支的杂多糖。6、粘液质：杂多糖7、粘胶质：溶于热水，冷后呈冻状，如果胶。第34页，共82页，2022年，5月20日，20点7分，星期三常见动物多糖肝糖元：聚合度小于淀粉，遇碘呈红褐色。甲壳素：与纤维素类似。肝素：高度硫酸酯化的右旋多糖。硫酸软骨素透明质酸第35页，共82页，2022年，5月20日，20点7分，星期三苷类 （又称配糖体） 糖或糖的衍生物 非糖物质（氨基糖，糖醛酸等） （黄酮，萜类等） 苷(glycosides)糖的端基碳原子苷键、第36页，

13、共82页，2022年，5月20日，20点7分，星期三苷类化合物的分类： 根据生物体内的存在形式：分为原生苷、次 级苷。 根据连接单糖基的个数：单糖苷、二糖苷、 三糖苷。 根据苷元连接糖基的位置数：单糖链苷、二 糖链苷。 根据苷键原子的不同：氧苷、硫苷、氮苷、 碳苷。 第37页，共82页，2022年，5月20日，20点7分，星期三1、 氧苷： 苷元与糖基通过氧原子相连，根据苷元与糖缩合的基团的性质不同，分为以下几类： 醇苷：是通过醇羟基与糖端基脱水而成的苷。 比较常见，如本书所讲皂苷，强心苷均属此类。 酚苷：苷元的酚羟基与糖端基脱水而成的苷。 较常见，如黄酮苷、蒽醌苷多属此类。第38页，共82页

14、，2022年，5月20日，20点7分，星期三 氰苷：主要是指-羟基腈的苷。 该类化合物多为水溶性，不易结晶，在酸和酶催化时易于水解。生成的苷元-羟基腈很不稳定，立即分解为醛(酮)和氢氰酸。而在碱性条件下苷元易发生异构化。 该类化合物中的芳香族氰苷，分解后生成苯甲醛（有典型的苦杏仁味）和氢氰酸，因而可以用于镇咳。如苦杏仁可用于镇咳，正是由于其中的苦杏仁苷分解后可释放少量HCN的结果。第39页，共82页，2022年，5月20日，20点7分，星期三 （4）酯苷：苷元的羟基与糖端基脱水而成的苷。 苷键既有缩醛的性质，又有酯的性质，易为稀 酸和稀碱水解。（5） 吲哚苷：指吲哚醇和糖形成的苷，在豆科和蓼科

15、中有分布，苷元无色，但易氧化是暗蓝色的靛蓝，具有反式结构，中药青黛就是粗制靛蓝，民间用以外涂治疗腮腺炎，有抗病毒作用。第40页，共82页，2022年，5月20日，20点7分，星期三红景天苷天麻苷垂盆草苷山慈姑苷第41页，共82页，2022年，5月20日，20点7分，星期三菘苔苷第42页，共82页，2022年，5月20日，20点7分，星期三2、硫苷：是糖的端基OH与苷元上巯基缩合而成的苷。 如萝卜中的萝卜苷。 第43页，共82页，2022年，5月20日，20点7分，星期三3、氮苷： 糖的端基碳与苷元上氮原子相连的苷称氮苷，是生物化学领域中的重要物质。如核苷类化合物。腺苷第44页，共82页，202

16、2年，5月20日，20点7分，星期三4、碳苷： 是一类糖基和苷元直接相连的苷。组成碳苷的苷元多为酚性化合物，如黄酮、查耳酮、色酮、蒽醌和没食子酸等。尤其以黄酮碳苷最为常见。 碳苷常与氧苷共存，它的形成是由 苷元酚羟基所活化的邻对位的氢与糖的端基羟基脱水缩合而成。因此，在 碳苷分子中，糖总是连在有间二酚或间苯三酚结构的环上。黄酮碳苷的糖基均在A环的6位或8位。碳苷类化合物具有溶解度小、难以水解的特点。第45页，共82页，2022年，5月20日，20点7分，星期三1468第46页，共82页，2022年，5月20日，20点7分，星期三一、性状： 形：苷类化合物多数是固体，其中糖基少的可以成结晶，糖基

17、多的如皂苷，则多呈具有吸湿性的无定无形粉末。 味：苷类一般是无味的，但也有很苦的和有甜味的，如甜菊苷，是从甜叶菊的叶子中提取得到的，属于贝壳杉烷型四环二萜的多糖苷，比蔗糖甜300倍，临床上用于糖尿病患者作甜味剂用，无不良反应。 色：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 。 第二节 理化性质第47页，共82页，2022年，5月20日，20点7分，星期三二、溶解性： 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。 苷类的亲水性与糖基的数目有密切的关系，往往随着糖基的增多而增大，大分子苷元（如甾醇等）的单糖苷常可溶解于低极性的有机溶剂，如果糖基增多，则苷元

18、占的比例相应变小，亲水性增加，在水中的溶解度也就增加。 因此，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。 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。第48页，共82页，2022年，5月20日，20点7分，星期三三、旋光性： 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，才能判断苷类的存在。 第49页，共82页，2022年，5月20日，20点7分，星期三四、糖的检识化

19、学鉴定：Molish 反应：糖或苷类遇浓硫酸/-萘酚试剂呈紫色或棕色环。Feiling反应：还原糖遇硫酸酮和碱性酒石酸钾钠产生砖红色的氧化亚铜沉淀。Tollen反应：还原性糖遇硝酸银的氨水溶液析出银。第50页，共82页，2022年，5月20日，20点7分，星期三1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。色谱鉴定：第51页，共82页，2022年，5月20日，20点7分，星期三2薄

20、层层析可用（硼酸液 + 无机盐）+ 硅胶 制板吸附剂：硅胶 （用0.03M硼酸液或无机盐的水液代水制板）常用的无机盐：0.3M磷酸氢二钠或磷酸二氢钠 0.02M乙酸钠 0.02M硼酸盐缓冲液 0.1M亚硫酸氢钠/H2O第52页，共82页，2022年，5月20日，20点7分，星期三 硼酸与无机盐制板的特点： 增加糖在固定相中的溶解度，使硅胶薄层吸附能力下降，利于斑点集中，又可增加样品的承载量。显色剂：除纸层析应用的以外，还用如： H2SO4/H2O或乙醇液 茴香醛-硫酸试剂 苯胺-二苯胺磷酸试剂 等 第53页，共82页，2022年，5月20日，20点7分，星期三第三节 苷键的裂解 研究苷类的化学

21、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。 第54页，共82页，2022年，5月20日，20点7分，星期三一、酸催化水解反应 苷键属于缩醛结构，易为稀酸催化水解。水解反应是苷原子先质子化，然后断键生成阳碳离子或半椅型的中间体，在水中溶剂化而成糖。 第55页，共82页，2022年，5月20日，20点7分，星期三酸水解的规律：（1）苷原子不同，酸水解难易顺序：N O S C （C-苷最难水解，从碱度比较也是上述顺序）（2）呋喃糖苷较吡喃糖苷易水解。因五元呋喃环的颊性使各取代基处在重叠位置，形成水解中间体可使张力减小，故有利于水解

22、。第56页，共82页，2022年，5月20日，20点7分，星期三（3）酮糖较醛糖易水解酮糖多为呋喃结构，而且酮糖端基碳原子上有-CH2OH大基团取代，水解反应可使张力减小。（4）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上有-COOH取代时，最难水解 （因诱导使苷原子电子密度降低）第57页，共82页，2022年，5月20日，20点7分，星期三（5）氨基取代的糖较-OH糖难水解，-OH糖又较去氧糖难水解。 2,6-二去氧糖苷 2-去氧糖苷 6-去氧糖苷 2-羟基糖苷 2-氨基糖苷 （6）芳香属苷较脂肪属苷易水解。 如：酚苷 萜苷、甾苷（因苷

23、元部分有供电结构，而脂肪属苷元无供电结构）第58页，共82页，2022年，5月20日，20点7分，星期三酸水解方法 510%HCl/H2SO4/甲醇TLC斑点检查第59页，共82页，2022年，5月20日，20点7分，星期三二、碱催化水解一般的苷对碱是稳定的，不易被碱催化水解，故多数苷是采用稀酸水解。但是，酯苷、酚苷、氰苷、烯醇苷和-吸电子基取代的苷,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60页，共82页，2022年，5月20日，20点7分，星期三三、 酶催化水解酶促反应具有专属性高，条件温和的特点。麦芽糖酶专使-葡萄糖苷键水解杏仁苷酶是一种-葡萄糖苷水解酶用酶水

24、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61页，共82页，2022年，5月20日，20点7分，星期三四、过碘酸裂解反应(Smith裂解法） 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 不适用的情况：苷元上也有1，2-二元醇第62页，共82页，2022年，5月20日，20点7分，星期三第63页，共82页，2022年，5月20日，20点7分，星期三C-苷的水解：比原苷元多一个醛。第64页，共82页，2022年，5月20日，

25、20点7分，星期三该反应的应用: 苷元不稳定的苷，以及碳苷用此法进行水，可得到完整的苷元，这对苷元的研究具有重要的意义。此外，从降解得到的多元醇，还可确定苷中糖的类型。第65页，共82页，2022年，5月20日，20点7分，星期三第四节 苷的提取分离第66页，共82页，2022年，5月20日，20点7分，星期三一、提取 主要为溶剂法水、稀醇（单糖、低聚糖、多糖） 糖类的提取可根据它们对乙醇和水的溶解度不同，而采用冷热水、冷热稀醇等条件。 苷类分子的极性随着糖基的增多而增大。可根据其极性大小，来选择相适应的溶剂。 第67页，共82页，2022年，5月20日，20点7分，星期三 由于植物体内有水解

26、酶共存，为了获得原生苷，必须采用适当的方法杀灭酶或抑制酶的活性。 破坏或抑制植物体内酶的方法：采集新鲜材料、迅速加热干燥、冷冻保存、用沸水或醇提取、先用碳酸钙拌和后再用沸水提取等。第68页，共82页，2022年，5月20日，20点7分，星期三流程图第69页，共82页，2022年，5月20日，20点7分，星期三二、分离1活性炭柱色谱2纤维素色谱3离子交换柱色谱4凝胶柱色谱5季铵氢氧化物沉淀法6分级沉淀或分级溶解法7蛋白质除去法第70页，共82页，2022年，5月20日，20点7分，星期三1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：（对于活性炭柱色谱） 上样量大，分

27、离效果较好，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。 第71页，共82页，2022年，5月20日，20点7分，星期三分类： 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-活性炭以绵纶为粘合剂，将粉末状活性炭制成颗粒，吸附力最弱。 第72页，共82页，2022年，5月20日，20点7分，星期三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 第73页，共82页，2022年，5月20日，20点7分，星期三2纤维素色谱 纤维素柱色谱对多糖的分离既有吸附色谱的性质，又具有分配色谱的性质。 所用的洗脱剂是水和不同浓度乙醇的水溶液。流出柱的先后顺序通常是水溶性大的先出柱，水溶性差的最后出柱。第74页，共82页，2022年，5月20日，20点7分，星期三3离子交换柱色谱除水提液中的