第四章 糖和苷

第四章糖和苷(SaccharidesandGlycosides)糖类又称碳水化合物(carbohydrates)，是植物光合作用的初生产物，通过它们进一步合成了植物中的绝大部分成分。糖类在天然产物的研究中十分活跃，尤其是由糖与非糖物质结合成的苷类(glycosides)化合物不少都是天然产物的生物活性成分。第一节单糖的立体结构(Stereo-structuresofMonosaccharides)单糖(monosaccharides)是多羟基醛和酮，是组成糖类及其衍生物的基本单元。单糖的结构可以Fischer投影式和Haworth投影式表示，多以Haworth投影式表示。β-D-glucoseFischer式Haworth式

一、单糖的绝对构型Fischer投影式→将距羰基最远的那个不对称碳的构型定为整个糖分子的绝对构型。

羟基向右———D型；羟基向左———L型。

Haworth投影式→看那个不对称碳原子上的取代基的朝向

取代基向上———D型；取代基向下———L型。二、单糖的差向异构体

单糖成环后形成的一个不对称碳原子称为端基碳(anomericcarbon)，生成的一对差向异构体(anomers)有α、β两种构型。Fischer式:C1-OH与原C5(六碳糖)或C4(五碳糖)-OH顺式———α型；反式———β型。Haworth式:看C1-OH与C5(或C4)上取代基(C6或C5)之间的关系异侧———α型；同侧———β型。同側为β-D-异側为α-D-

三、单糖的氧环

天然界存在的单糖多为五元或六元氧环的形式，是因为它们的张力最小所致。四、单糖的构象尽管Haworth式更接近糖结构的真实情况实验证明天然界吡喃糖均以椅式构象存在通常D-系吡喃糖的椅式构象中又以C1-OH在e键上即β构型为其优势构象。第二节糖和苷的分类

ClassifyofSaccharidesandGlycosides

糖及其衍生物苷类在植物性天然产物中存在十分广泛，是研究生命过程十分重要的领域尤其是苷类化合物广泛而明显的生物活性，又是从天然界创制新药研究十分活跃的领域。

一、天然界常见的单糖五碳醛糖（aldopentoses）:

L-arabinose（阿拉伯糖）D-xylose（木糖）六碳醛糖（aldohexoses）:

D-glucose（葡萄糖）D-glactose（半乳糖）六碳酮糖（ketohexose）:D-fructose（果糖）

甲基五碳醛糖：

L-rhamonose（鼠李糖）

支碳链糖：

D-apiose（芹糖）

氨基糖（amino-sugar）:

庆大霉素、新霉素卡那霉素、链霉素（氨基糖苷类抗生素）2-amino-2-deoxy-D-glucose去氧糖（deoxy-sugars）：

常见的有6-去氧糖、甲基五碳糖、2，6-二去氧糖及其衍生物，多见于强心苷、微生物代谢产物中，具有一些特殊性质。oleandrose（夹竹桃糖）cymarose（磁麻糖）

糖醛酸：

glucquronicacid（D-葡萄糖醛酸）

糖醇：

D-sorbitol（D-山梨醇）

环醇类（cyclitols)

cis-inositols（肌醇）cyclitols（牛奶菜醇）cyclitolsene（牛奶菜醇烯）

糖的磷酸酯：

糖的磷酸酯是生命过程中糖类的重要衍生物。在亲核取代中磷酸酯离子比氢氧离子更易离去，在目前寻找抗癌和抗病毒新药开发中备受关注。二、低聚糖（Oligosaccharides）

定义：是指由2~9个单糖基通过苷键键合而成的直糖链或支糖糖的聚糖。低聚糖在天然界的存在形式：非游离，为多聚糖的酶或酸水降解产物或苷的糖元部分。低聚糖的分类：

按个数有二糖、三糖、四糖…按有无游离的醛或酮基有还原糖或非还原糖之分

Primverose(樱草糖1→6)sucrose(蔗糖1→2)还原糖非还原糖低聚糖的化学命名原则

是把除末端糖之外的糖叫糖基，并标明连接位置和苷键构型

R-4-O-β-D-cymarosyl-(1→4)-O-β-D-oleandrosyl-(1→4)-O-β-D-6-deoxy-alloside低聚糖结构的简洁表达方式

常以单糖的缩写符号表示组成来简明地表达低聚糖的结构

α-D-Galp-(1→4)-β-D-Glcp-[β-D-Fruf-(1→6)]-(1→4)-β-D-Glcp

三、多聚糖(Polysaccharides)，简称多糖

定义：多糖是由十个以上的单糖基通过苷键连接而成的一类结构复杂的大分子化合物。一般多糖都由100个以上甚至几千个单糖组成。基本性质：甜味、强还原性的消失而不同于单糖。多糖的研究与应用

多糖由于结构极其复杂，且具有一定的水溶性，故研究难度极大，但由于多糖特殊生物活性的逐渐显露又极大地激发着天然产物化学工作者的极大研究兴趣。如黄芪多糖的免疫促进功能；香菇多糖的肿瘤抑制功能及其衍生物抗HIV活性；夏枯草多糖抑制HIV的复制等。

多糖的分类：

按生物体内功能分支持组织（水不溶性多糖，如纤维素、甲壳等。分子呈直糖链型）和养料贮存组织（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，如淀粉、肝糖原等。分子为支糖链型）。按单糖组成种类分均多糖（homosaccharide),即由一种单糖组成和杂多糖(heterosaccharide),即由二种以上单糖组成。多糖的系统命名：

均多糖的系统命名是在糖名后加字尾-an,如葡聚糖(glucan)、果聚糖(fructan)、木聚糖(xylan)。杂多糖的系统命名是用几种糖名按字母顺序排列先后，再加字尾-an,如葡萄甘露聚糖(glucomannan)、半乳甘露聚糖(galactomanan)。常见的植物多糖：淀粉、纤维素、葡聚糖、果聚糖、半纤维素、树胶、粘液质、卡拉胶等。常见的动物多糖

肝糖元（glycogan）：与淀粉相似，分枝更甚，遇碘不呈兰色而呈红褐色。甲壳素（chitin）：似纤维素；肝素（heparin）：为高度硫酸酯化的右旋多糖，具有强的抗凝血作用，用于治疗和预防血栓的形成，也有保护人体细胞不受HIV破坏，抑制病毒抗原在人体中的表达作用，其作用均与硫酸酯基有关。硫酸软骨素（chondroitinsulfate）：是动物组织的基础物质，用以保护动物组织的水分和弹性，目前发现其有降低血脂、改善动脉粥样硬化之功。现有鲨鱼软骨素上市。透明质酸（hyaluronicacid）：是一种酸性粘多糖，为动物皮肤中的天然成分，近年多用于护肤霜基质，日常生活中也知猪蹄及膀皮有美容之功。四、苷类(Glycosides)

苷类又叫配糖体或糖杂体等，是一类极为复杂、涉及面极广、数目庞大的天然产物化学成分，其生物活性及药物效用涉及医学的各个领域，是极为重要的一类化学成分。英文命名常以-inor-oside作后缀，如葛根黄素(puerarin)、葛根黄素木糖甙(puerarinxyloside)。

（一）苷的定义：

苷是糖的衍生物，是糖在植物体内的一种储存形式，因为苷经水解后能释放出糖。如：

凡水解后能生成糖和非糖物质的一类化合物，通称为苷类。

由上面逆反应可见，苷类可定义为是糖或糖的衍生物(氨基糖、糖醛酸等)与另一非糖物质(苷元或配基，aglycone或genin)通过糖的端基碳原子连接而成的化合物，故有α-苷和β-苷之分，天然界常见的多为β-构型。

（二）苷的分类：

苷类由结构看主要由三部分组成，可变因素较多，尤其是非糖物质，即苷元部分，种类繁多，十分复杂。因此，苷的分类也有多种方法：

1、按苷键原子不同分：（1）O-苷(O键苷)：苷键原子为O,因苷元不同分：

醇苷：由苷元的醇羟基与糖端系质子脱水而成的苷。Rhodioloside(红景天苷)Ranunculin(毛茛苷)

醇苷苷元中不少属于萜类和甾醇类化合物

Glycyrrhizin(甘草皂苷A)

MarsdekoisideC

酚苷：由苷元的酚羟基与糖上的半缩醛羟基脱水缩合而成的苷。天然药物中为数甚多，根据苷元不同又有：苯酚苷，如：Gastrodin(天麻苷)

萘酚苷，如：

Hydrojuglone(氢化胡桃叶醌苷)

蒽醌苷，如：

大黄酚苷Chrysophamolmonoglycoside香豆素苷，如：黄酮苷，如：

Esculin(七叶苷)

Baicalin(黄芩苷)

氰苷(cyanogenicglycosides)：是一类羟基腈与糖分子的端基羟基间缩合的衍生物，根据羟基与腈基的位置不同有：α-羟基腈苷，如：Prunasin(野樱苷)

γ-羟基腈苷，如：Sarmentosin(垂盆草苷)Cyanogenicglycoside即生成氰的苷，尤其α-羟基腈很不稳定，一经酶或酸、碱作用，立即生成氢氰酸，误食该类植物有中毒危险。

酯苷：是苷元的羧基与糖上端羟基缩合而成的苷类，此类苷键既有缩醛的性质，又有酯的性质，易为稀酸或稀碱水解。如：

TuliposideA(山慈菇苷A)

吲哚苷：是吲哚醇羟基与糖脱水缩合的苷类。如：

indicum(靛苷)

（2）硫苷(S键苷)：苷键原子为硫，是糖上端基羟基与苷元上的巯基缩合而成的苷。如：glucoraphenin(萝卜苷)（3）氮苷(N键苷)：苷键原子为N，是苷元上胺基与糖缩合而成的一类苷。如核苷是核酸的重要组成部分，N苷是生化领域的重要物质。如：

Adenosine(腺苷)crotonside(巴豆苷)（4）碳苷(C键苷)：是糖基直接接在碳原子上的苷类。天然药物中常见的碳苷以黄酮类为多。如：

Vitexin(牡荆素)

2、按苷元结构类型不同分：黄酮苷类、香豆素苷类、蒽醌苷类、生物碱苷类、C21甾苷类、三萜皂苷类等。3、突出特殊性质和生物活性分：皂苷类、强心苷类等。4、按糖的数目多少分：单糖苷类、低聚糖苷类等。5、按糖的种类分：去氧糖苷类、非去氧糖苷类。6、按成苷数目分：单糖链苷、二糖链苷、三糖链苷等。7、按苷的存在状态分：原生苷、次生苷。目前的天然药物化学苷类成分类型的分类多穿叉应用。第三节糖的性质

PropertiesofSaccharides由苷类的基本结构分析，分子中都有糖通过苷键与苷元相连，故苷类的理化性质不外乎受三者的支配，它们将表现各自的个性，尤其是苷元部分差异极大，致使苷类的性质差别明显，各种不同的苷往往都有各自的特殊性质，然而，它们又相互形成一个整体，必然相互制约，相互影响，从而表现出一定的共性。一、溶解性

多OH：亲水性，苷比苷元水溶性强；糖分子中OH减少，亲水性下降。如去氧糖、甲基糖、甲氧基糖苷的水溶性均小于非去氧糖。

二、氧化反应糖分子中的醛酮基、醇羟基，易进一步氧化，然而，天然产物中的糖多与非糖物质形成苷，故有应用意义的主要是醇羟基的氧化，尤其是选择性作用于邻二羟基的氧化反应将有助于糖的立体结构推断。三、过碘酸氧化反应是缓和而选择性极高的糖的邻二羟基氧化反应，尤其是开裂1，2-二元醇反应几乎是定量进行的。过碘酸氧化反应的速度反应速度顺式大于反式，这是由其反应机理决定的。可见顺式五元环状酯中间体的形成，同时该反应速度也受介质PH的影响。过碘酸反应的终产物甲醛、甲酸均较稳定，可被定量测定，用以推测糖的结构。四、糠醛(酚醛缩合)反应：糠醛(酚醛缩合)反应：也叫Molish反应，是糖的检识反应，也是苷类的检识反应。特征：糖或苷类遇浓硫酸/α-萘酚试剂将呈紫色环于界面上。反应机理：在浓硫酸作用下，苷分子中糖内部脱水成糠醛衍生物，再与酚类试剂缩合形成有色物。即：五、羟基反应糖的羟基反应，尤其在苷类化合物的分离、结构鉴定及衍生物制备中扮演着较为重要的角色，主要反应包括醚化、酯化、甚至缩醛缩酮化。其中又以酰化反应较为重要。从糖的结构看，活性最高的是半缩醛羟基，但该羟基在苷类化合物中多已被苷化；其次是伯醇基；仲醇基更次，仲醇基中又以C2-OH较活泼，这是因为C2-OH受C1的诱导效应致其酸性较强所致。1、醚化反应

苷类的分离及结构鉴定中糖的醚化反应常用的为甲醚化，所用试剂多为硫酸二甲酯(CH3)2SO4/con.NaOH；碘甲烷CH3I，AgO等。

2、酰化反应在苷类化合物的分离和结构鉴定中，为了降低其亲水性、判断糖与糖、糖与苷元连接位置的需要，往往对苷类化合物中糖上羟基进行醚化外，酰化反应也是制备衍生物中常用的方法之一。其中以乙酰化衍生物较为常见。常用的酰化试剂有：醋酐/吡碇；醋酐Ac2O/NaAc；Ac2O/ZnCl等。其糖分子上羟基酰化难易与醚化反应相同，即半缩醛羟基活性最高、末端伯醇基次之、仲醇基活性较低，仲醇基中又以C2-OH较易，C3-OH最难。

3、硼酸络合反应苷类化合物中糖上的邻二羟基可与硼酸生成硼酸络合物，用以糖的分离、鉴定乃至构型推定。一般说来，呋喃糖苷的络合能力最强，吡喃糖苷络合能力最弱。产物呈酸性，可酸碱滴定、离子交换、电泳。4、缩酮和缩醛化反应

苷类化合物的结构研究，尤其是衍生物制备时，为了使部分羟基不被诸如甲醚化、酰化，常常用缩酮或缩醛反应予以保护。酮类试剂易与顺式邻二羟基生成五元环状物；醛类试剂则易与1，3-或4，6-双羟基生成六元环状物。

常用的试剂有丙酮/硫酸，其产物称异丙叉衍生物或丙酮加成物；苯甲醛/硫酸等。

5、羰基反应

在苷类化合物糖的种类鉴定中，借水解后生成的糖具有还原性可与苯肼缩合生成糖苯腙乃至糖脎，其产物易分离纯化，易于鉴定。第四节糖链的裂解

SplitofGlycosidicLinkage为了研究苷类的结构以及结构与疗效的关系，常有必要采取适当的方式切断苷键。天然产物化学研究中，根据分子中糖的数目，切断苷键的程度有原生苷、次生苷等称谓。原生苷：是指天然产物中原始存在状态的苷，也称第一苷；次生苷：是指原始苷被部分切去糖后生成的苷，也叫第二苷。苷元：彻底切去糖的非糖部分称为苷元。一、酸催化水解反应

苷键为一缩醛链，故对碱、氧化剂较稳定，但易被稀酸所水解，其反应机制，以O苷为例可表述如下。1、酸催化水解反应机理由上反应可见酸催化水解是苷键先质子化，然后断键生成糖阳离子中间体，然后在水中溶剂化而成糖。因此，苷类的酸催化水解发生的难易必然受到苷键原子本身的电子状态、空间环境及整个甙分子中多种因素的影响。2、影响酸催化水解反应难易的因素苷键原子的电子密度：电子密度升高，质子化能力增强，水解易发生。如N与C，故N>O>S>C。

苷键原子的空间环境：位阻越大，隐蔽越深，水解越难。糖上取代基：一般说取代基增多，水解难度增大；同时，取代基的性质不同也将直接影响其水解难易。如：3、苷分子的稳定性及其水解产物的稳定性苷分子内张力增大，有利于水解。如五元环糖易于六元环糖；苷元分子大的易于小的；苷键为竖键的易于横键。水解产物的稳定性：产物苷元和糖稳定将有利于水解，如：芳苷易于脂苷。

4、酸催化水解反应注意事项酸水解时，当苷元对酸不稳定时将导致苷元的结构变化，遇此种情况时可采用二相水解反应，即在反应混合物中加入与水不相混溶的有机溶剂（如苯/氯仿），使水解后的苷元及时转溶于有机溶剂相，以避免苷元与酸的长时间接触。二、乙酰解反应（ACETOLYSIS）乙酰解法可以开裂部分苷键而保存另一部分苷键，从而在水解产物中得到乙酰化的低聚糖，由此经TLC、GC分析获得糖种类及其连接方式的部分信息。

3,20-dicetyl-marsdekoigenin+1,4-diacetylcymarose+1’,2’’,4’’triacetylpachybiose可见pachybiose的苷键得以保留影响乙酰解反应难易的因素

苷键邻位有OH可被乙酰化时，酰化难度加大；苷键邻位有环氧基时，酰化速度变慢；糖间连接位置不同，酰化速度不同。如β-葡萄糖间，1→6（易）>>1→4>1→3>1→2（难）三、碱催化水解和β消除反应苷键为缩醛型醚键，理当对碱稳定，但若苷元中成苷羟基的β位有负电性取代基时，苷键便具有一定的酯的性质，能被碱催化水解。如：碱催化水解可用以此类特殊苷的苷键构型确定，因为C2-OH与C1-苷键反式时较顺式易水解，且反式水解产物为1，6-糖酐，而顺式为正常的糖。所谓的β-消除反应是苷键的β-位有吸电子基团时，α-位氢活化，在碱液中与苷键起消除反应而开裂称之，常用于多糖的结构研究。四、酶催化水解酶是活性高，专属性强的生物催化剂，其割裂苷键的条件比较温和，苷元不发生结构变化，且又能获得有关苷键构型情况转化糖酶(invertase)→解β-果糖苷键；麦芽糖酶(maltase)→解α-葡萄糖苷键苦杏仁酶(emulsin)→解β