天然药化 糖与苷

第二章saccharidesandglycosides本章基本内容

一、概述二、单糖的立体结构三、糖苷分类四、糖和苷的物理性质五、糖的化学性质六、苷键的裂解七、糖的提取分离八、糖的鉴定和糖链结构的测定一、概述糖类又称碳水化合物（carbohydrates），是植物光合作用的初生产物，是一类丰富的天然产物，如：蔗糖、粮食(淀粉)、棉布的棉纤维等。糖类、核酸、蛋白质、脂质——生命活动所必需的四大类化合物。化学结构：多羟基半缩醛(酮)及其缩聚物。根据其分子水解反应的情况，可以分为单糖、低聚糖和多糖。单糖：不能水解的,最简单的多羟基半缩醛(酮)。如葡萄糖等。低聚糖：水解后生成2~9个单糖分子的糖。如：蔗糖（D-葡萄糖-D果糖）麦芽糖（葡萄糖1→4葡萄糖）多糖：水解后能生成多个单糖分子的，称为多糖。如：淀粉、纤维素等二、单糖的立体结构㈠糖的链状式（Fischer式）

2H单糖在水溶液中形成半缩醛环状结构，即成呋喃糖和吡喃糖。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）

㈡环状结构（Haworth式）单糖在水溶液中形成半缩醛环状结构α-D-GFischer与Haworth的转换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）㈢糖的绝对构型（D、L）以α-OH甘油醛为标准，将单糖分子的编号最大的不对称碳原子的构型与甘油醛作比较而命名分子构型的方法。在Fischer式中距离羰基最远的不对称碳原子的构型为整个糖分子的绝对构型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相对构型及差向异构体单糖成环后形成一个新的不对称碳原子（C1）即端基碳，可产生一对异构体，有α、β型Fischer式：（C1与C5的相对构型）C1-OH与原C5（六碳糖）或C4（五碳糖）-OH，顺式为α，反式为β。Haworth式：C1-OH与C5（或C4）上取代基之间的关系：同侧为β，异侧为α。

㈤氧环的立体构象自然界中以五元和六元环存在三、糖苷分类

㈠单糖单糖是多羟基醛或酮。从三碳糖至八碳糖天然界都有存在。1.常见单糖H2．氨基糖是指单糖的伯或仲醇基置换成氨基的糖类。3．糖醇单糖的醛或酮基还原成羟基后所得的多元醇。4．去氧糖单糖分子的一个或二个羟基为氢原子代替的糖。5．糖醛酸单糖分子中伯醇基氧化成羧基的化合物。㈡低聚糖由2~9个单糖基通过苷键结合而成的直链或支链聚糖如环糊精：通过淀粉酶水解淀粉，成一种6～8个葡萄糖分子以α－1，4键环状结合的结晶低聚糖。㈢多聚糖由10个以上单糖基通过苷键结合而成的一类结构复杂的大分子如淀粉、纤维素；糖原、甲壳素㈣苷糖或糖的衍生物与非糖物质通过糖的端基碳原子连接而成的化合物，多β型苷的分类：1．按苷原子不同分类⑴氧苷如：红景天苷按苷键不同分类a.醇苷：是通过醇羟基与糖端基羟基脱水而成的苷。如红景天苷。b.酚苷：是通过酚羟基而成的苷。如天麻苷。c.酯苷：苷元以-COOH和糖的端基羟基脱水而成的酯苷。如山慈菇苷A。d.氰苷：是指一类羟基腈和糖的端基羟基缩和的苷。如野樱苷。⑵氮苷：如腺苷。⑶硫苷：如萝卜苷。⑷碳苷：如牡荆素。2．按苷元不同分类如：黄酮苷、蒽醌、香豆素、强心苷、皂苷等3．按端基碳构型分α苷，多为L型；β苷，多为D型。

4．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级苷——在植物体内原存在的苷；次级苷——原级苷水解掉一个糖或结构发生改变。四、糖和苷的物理性质

㈠溶解性糖——小分子极性大，水溶性好聚合度增高水溶性下降。多糖难溶于冷水，或溶于热水成胶体溶液。单糖极性>双糖极性

（与羟基和碳的分担比有关，即按-OH/C的分担情况而定）苷——亲水性（与连接糖的数目、位置有关）苷元——亲脂性㈡味觉①单糖~低聚糖——甜味。②多糖——无甜味（随着糖的聚合度增高，则甜味减小）③苷类——苦、甜等（人参皂苷）苦（甜菊苷）甜五、糖的化学性质㈠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：糖分子中羟基化学反应的活泼性：端基羟基>伯醇基>仲醇基（即C1-OH、C6-OH、C2C3C4-OH）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、α-氨基醇、α-羟基醛（酮）、邻二酮和某些活性次甲基等结构。邻羟基：-羟基酮：-氨基醇：邻二酮：反应特点：①反应定量进行（试剂与反应物基本是1:1）；②在水溶液中进行或有水溶液（否则不反应）；③反应速度：顺式>反式（因顺式易形成环式中间体）；④在异边而无扭转余地的邻二醇不起反应;⑤游离单糖产物及消耗过碘酸用Fischer式计算;成环时糖产物及消耗过碘酸用Haworth式计算。Fischer式和Haworth式消耗过碘酸的计算：

用途：①推测糖中邻二-OH多少；（试剂与反应物基本是1:1）；②同一分子式的糖，推测是吡喃糖还是呋喃糖；③推测1,3连接还是1,4连接（糖与糖连接的位置）㈡糠醛形成反应（Molish反应）Molish反应——糖检出样品+浓H2SO4+α-萘酚→紫色多糖、低聚糖、单糖、苷类——Molish反应（＋）邻苯二甲酸和苯胺反应——纸层析、薄层层析鉴别㈢羟基反应糖的-OH反应——醚化、酯化和缩醛（酮）化。反应活性：最高的半缩醛羟基（C1-OH）其次是伯醇基（C6-OH）仲醇次之。（伯醇因其处于末端的空间，对反应有利，因此活性高于仲醇。）1．醚化反应（甲基化）酸性强的OH易甲基化①Haworth法（不常用）含糖样品+Me2SO4+浓NaOH→醇-OH全甲基化（需反复6~8次）判断反应是否完全的方法：甲基化物可用红外光谱测试，直到无-OH吸收峰为止。制备成甲苷——用限量试剂，即克分子比1∶1时，可得甲苷。②Purdie法样品+MeI+Ag2O→全甲基化（醇-OH）只能用于苷，不宜用于还原糖（即有C1-OH的糖）。因Ag2O有氧化作用，可使C1-OH氧化。③Hakomori法（箱守法）样品+DMSO+NaH+MeI→全甲基化（一次即可）该反应是在非水溶剂中，即二甲基亚砜（DMSO）溶液中进行反应。2．酰化反应（酯化反应）羟基活性与甲基化反应相同，即

C1-OH、C6-OH、仲醇、C3-OH最难（由于C2位取代后，引起的空间障碍，使得C3最难被酰化。）常用试剂：醋酐催化剂：吡啶、ZnCL2、醋酸钠利用酰化可判断糖上-OH数目、保护-OH等。3．缩酮和缩醛化反应

酮或醛在脱水剂如矿酸、无水ZnCl2、无水CuSO4等存在下可与多元醇的二个有适当空间位置的羟基易形成环状缩酮和缩醛。

酮类易与顺邻-OH生成——五元环状物糖+丙酮→五元环缩酮(异丙叉衍生物)

醛类易与1,3-双-OH生成——六元环状物糖+苯甲醛→六元环缩醛(苯甲叉衍生物)

例：当糖具有顺邻-OH时，其生成五元环状物（异丙叉衍生物）：

当糖结构中无顺邻-OH时，则易转变为呋喃糖结构，再生成五元环状物（异丙叉衍生物）。OO例如：葡萄糖甲苷+苯甲醛⇒(具1,3-OH结构)利用缩醛或缩酮对碱稳定对酸不稳定的性质，可用于保护-OH。也可用于推断分子中是否有顺邻－OH或1，3－OH；及苷键位置

4.硼酸络合反应

糖的邻二-OH可与许多试剂生成络合物，借生成络合物的某些物理常数的改变，可以有助于糖的分离、鉴定和构型推定。重要的如：硼酸络合物、钼酸络合物、铜氨离子络合物等。具有邻二-OH糖+硼酸→五元或六元络合物

（酸性增加、可离子化）（H3BO3是接受电子对的Lewis酸）

1．络合反应分二步进行①先生成1：1的络合物，易失水而成平面形的中性酯。

②二个-OH地位适宜，则继续生成2：1的螺环状络合物，四面体结构固定，增加酸性。以上I、II、III三种状态在硼酸溶液中同时存在，彼此间处于平衡状态。

2．对二-OH的空间要求⑴开环化合物：碳链上-OH越多，越易造成有利地位（顺邻二-OH）；⑵环上的二-OH：①芳环-OH——邻位易，间、对位次之；②五元、六元脂环——顺易，反邻二-OH不作用；(3)α-羟酸（HO-C-COOH）可络合（-COOH水化成-C(OH)3后再络合）；β-羟酸无作用

㈣羰基反应糖+苯肼→糖腙（多为水溶性的）还原糖+3分子苯肼→糖脎（较难溶于水）

2-去氧糖不能成脎（因C2上无-OH）。应用——糖的鉴定、分离和纯化。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。㈠酸催化水解反应㈡乙酰解反应㈢碱催化水解和β消除反应㈣酶催化水解反应㈤过碘酸裂解法（Smith降解法）㈠酸催化水解反应

苷键属于缩醛结构，易为稀酸催化水解。反应机理：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。酸水解的规律：⑴苷原子的电子云密度：电子密度升高，质子化能力增强，水解易发生。酸水解易难顺序：N苷>O苷>S苷>C苷（最难）N苷易接受质子，但N处于嘧啶或酰胺位置时难水解⑵苷原子的空间环境：呋喃糖苷较吡喃糖苷易水解；酮糖比醛糖易水解（五元呋喃环中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。）（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。）⑶糖上取代基

①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

②C5上有-COOH取代时，最难水解（因诱导使苷原子电子密度降低）

③取代基性质不同氨基取代的糖较-OH糖难水解，-OH糖又较去氧糖难水解。

2,3-二去氧糖>2-去氧糖>3-去氧糖>羟基糖>氨基糖

易难⑷苷分子稳定性及其水解产物稳定性①苷元为小基团苷键横键比竖键易水解(e>a)（横键易质子化）苷元为大基团苷键竖键比横键易水解(a>e)（苷的不稳定性促使其易水解）②芳香属苷较脂肪属苷易水解。如：酚苷>萜苷、甾苷（因苷元部分有供电结构，而脂肪属苷元无供电结构）难水解的碳苷苷元结构不太稳定的氧苷氧化开裂法(Smith降解法);两相酸水解法（样品+酸水+苯/氯仿）获得真正苷元

㈡乙酰解反应1．常用试剂：醋酐+酸所用酸如：H2SO4、HClO4、CF3COOH或Lewis酸（ZnCl2、BF3）等。2．反应条件：一般是在室温放置数天。3．反应机理：与酸催化水解相似，以CH3CO+(乙酰基，Ac）为进攻基团。4．反应速率：⑴苷键邻位有电负性强的基团（如环氧基）可使反应变慢。⑵β-苷键的葡萄糖双糖的反应速率：（乙酰解易难程度）（1→6）>>（1→4）>>（1→3）>>（1→2）5.应用：在多糖苷的结构研究中，为了确定糖与糖之间的连接位置。常应用乙酰解开裂一部分苷键，保留另一部分苷键，然后用薄层或气相色谱鉴定在水解产物中得到的乙酰化单糖和乙酰化低聚糖。

㈢碱催化水解和β消除反应一般苷键对稀碱是稳定的，但某些特殊的苷易为碱水解，如：

酯苷酚苷烯醇苷β-吸电子基取代的苷C1-OH与C2-OH：

反式易水解，其产物为1,6-葡萄糖酐；顺式产物为正常的糖。利用水解产物可判断苷键构型β-消除反应：苷键的β-位有吸电子基团者，使α-位氢活化，在碱液中起消除反应，而使苷键开裂，称~。用途在1→3或1→4连接的聚糖中，还原端的游离醛（或酮）邻位氢活化而与3-O-或4-O-苷键起消除反应。这样碱能使多糖还原端的单糖逐个被剥落，对非还原端则无影响。剥落生成的是α-羟基糖酸。㈣酶催化水解反应

用酶水解苷键可以获知苷键的构型，可保持苷元结构不变的真正苷元。

酶专属性高，选择性地催化水解某一构型的苷。如：苦杏仁酶——β-六碳醛糖苷键纤维素酶——β-葡萄糖苷键麦芽糖酶——α-葡萄糖苷键转化糖酶——β-果糖苷键蜗牛酶——β-苷键㈤过碘酸裂解法（Smith降解法）割裂具有1，2—二元醇糖苷键的温和反应，可得到原苷元，但无完整糖分子。适用的情况:苷元结构不稳定的苷和C-苷不适用于有1，2—二元醇结构的苷元试剂：过碘酸钠(NaIO4)、四氢硼钠(NaBH4)、稀酸反应过程：该反应的应用:苷元不稳定的苷，以及碳苷用此法进行水解，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：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，夫糖或鸡纳糖的C-苷乙二醇丙二醇丙三醇降解产物(六)糖醛酸苷的选择性水解用普通裂解方法难开裂加剧反应条件，易造成糖元和苷元的破坏特殊方法：(1)光分解法：用500W高压汞灯照射皂苷，使糖醛酸苷键裂解，释放苷元或次生苷。(2)四醋酸铅-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)微生物培养法七、糖的提取分离㈠提取主要为溶剂法——水、稀醇（单糖、低聚糖、多糖）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。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——冷冻保存等㈡分离1．活性炭柱色谱——分离水溶性物质较好如：氨基酸、糖类及某些苷类。

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