天然药物化学-糖和苷课件

Chapter-2

糖和苷

SaccharidesandGlycosides

OrganicChemistry天然药物化学_糖和苷第二章糖和苷第一节单糖的立体化学第二节糖和苷的分类第三节糖的化学性质第四节苷键的裂解第五节糖的核磁共振性质第六节糖链的结构测定第七节糖及苷的提取分离天然药物化学_糖和苷概述█糖类：又称碳水化合物(carbohydrates)，是植物光合作用的初级产物.█苷类(glycosides):亦称苷或配糖体，是由糖或糖的衍生物与另一非糖物质(苷元或配基)通过糖的半缩醛或半缩酮羟基与苷元脱水形成的一类化合物.天然药物化学_糖和苷什么是糖：多羟基醛或酮.Fischer式表示如下：EmilFischer(UniversityofBerlin)1891年提出投影式.□D、L绝对构型1.单糖的立体化学天然药物化学_糖和苷·水溶液中---半缩醛环状结构天然药物化学_糖和苷端基的相对构型：α,β

构型天然药物化学_糖和苷·Haworth投影式：1926年提出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)WalterNormanHaworth

BirminghamUniversityTheNobelPrizeinChemistry1937"forhisinvestigationsoncarbohydratesandvitaminC"天然药物化学_糖和苷也可表示为平面结构：天然药物化学_糖和苷D-glucose的端基异构：端基的相对构型：α,β

构型天然药物化学_糖和苷Haworth投影式中D/L构型、端基α/β构型的判断天然药物化学_糖和苷Haworth投影式中D/L构型、端基α/β构型的判断(羰基与最远不对称碳成环)天然药物化学_糖和苷六碳呋糖：无法判断D/L(羰基不是与最远不对称碳成环)天然药物化学_糖和苷酮糖中的D/L构型、端基α/β构型：天然药物化学_糖和苷█Fischer式与Haworth式相互转化

最远端不对称C旋转120度，然后与C-1环化.天然药物化学_糖和苷█差向异构---只有一个手性C构型不同阿洛糖阿卓糖葡萄糖甘露糖艾杜糖半乳糖塔罗糖天然药物化学_糖和苷█变旋现象天然药物化学_糖和苷█单糖的构象环的翻转4C1

1C4优势构象天然药物化学_糖和苷船式椅式半椅式歪斜式呋喃糖(furanose)：信封式扭曲式吡喃糖(pyranose)天然药物化学_糖和苷第二节糖和苷的分类糖的分类糖的分类糖的分类单糖类Monosaccharides五碳、六碳糖居多低聚糖类Oligosaccharides2－9个单糖结合而成多聚糖类Polysacchrides10个以上单糖连接而成天然药物化学_糖和苷2.1.单糖(monosaccharides)五碳醛糖L-arabinose天然药物化学_糖和苷常见五碳醛糖天然药物化学_糖和苷六碳醛糖D-glucose天然药物化学_糖和苷六碳醛糖天然药物化学_糖和苷六碳酮糖D－fructose天然药物化学_糖和苷甲基五碳醛糖L-rhamnose天然药物化学_糖和苷甲基五碳醛糖：天然药物化学_糖和苷支碳链糖D－apiose天然药物化学_糖和苷氨基糖：单糖上的一个或几个醇羟基被氨基置换后形成的糖。去氧糖：单糖上的一个或几个醇羟基被氢原子取代后形成的糖。天然药物化学_糖和苷糖醛酸：单糖分子中的伯醇基氧化成羧基D－glucuronicacid天然药物化学_糖和苷糖醇：单糖的醛或酮基还原成羟基所得。环醇：环状的多羟基化合物。天然药物化学_糖和苷2.2.低聚糖(寡糖oligosaccharides)由2～9个单糖通过苷键结合而成.低聚糖类二糖三糖四糖还原糖非还原糖天然药物化学_糖和苷麦芽糖乳糖纤维二糖蔗糖□命名方法：以末端糖为母体，其他的为糖基，并标明糖与糖的连接位置、糖的成环形式以及苷键的构型等。天然药物化学_糖和苷2.3.多聚糖有10个以上单糖通过苷键连接而成的糖类.

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.·按功能分a.水不溶的，直糖链型，主要形成动植物的支持组织：纤维素，甲壳素b.溶于热水形成胶体溶液，多支链型，动植物的贮存养料：淀粉，肝糖元·按组成分

a.由一种单糖组成---均多糖(homosaccharide)

b.由二种以上单糖组成---杂多糖(heterosaccharide)·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.天然药物化学_糖和苷

由直链糖淀粉(20%)和支链胶淀粉(80%)组成·淀粉(Starch)直链部分重复单位：麦芽糖支链部分：每10个麦芽糖重复单位有一个[(1→6)-α-]支链天然药物化学_糖和苷·糖原(Glycogan)动物的储存能量，结构与支链淀粉类似，只是每5个左右麦芽糖单位就有一个支链.聚合度更大.·纤维素(Cellulose)植物细胞壁，聚合度3000-5000，分子结构直线状天然药物化学_糖和苷·甲壳素(Chitin)N-乙酰葡萄糖胺1β→4反向链接·肝素(Heparin)

硫酸酯化抗凝血作用,治疗血栓.·其它多糖

粘液质、卡拉胶、硫酸软骨素、透明质酸等.天然药物化学_糖和苷·定义：配糖体，是糖或糖的衍生物与另一非糖物质(苷元aglycone)通过糖的半缩醛或半缩酮羟基与苷元脱水形成的一类化合物.·命名：以-in或–oside作后缀.2.4.苷类(Glycoside)

抗疲劳抗衰老提高脑力体力机能

高山红景天(Rhoaiolasacha)天然药物化学_糖和苷

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.█苷类化合物的分类：天然药物化学_糖和苷醇苷酚苷氰苷酯苷药效：抗菌杀虫垂盆草Sedumsarmentosum

2.4.1.氧苷天然药物化学_糖和苷2.4.2.硫苷：糖端基OH与苷元巯基缩合而成.2.4.3.氮苷：生物化学中的重要物质.天然药物化学_糖和苷2.4.4.碳苷：糖端基碳与碳原子相链接.

苷元多为酚类.

▪碳苷类溶解度小，难溶于水.野葛

Pueraria

lobata

(Willd)

Ohwi

天然药物化学_糖和苷第三节

糖和苷的理化性质█苷类物理性质形：一般是无定形粉末，糖类一般是结晶.味：一般无味，也有很苦或很甜的.例：甜菊苷(stevioside)，比蔗糖甜300倍，用作糖尿病患者的甜味剂.溶解度：随糖的增加，亲水性增大.(碳苷不易溶解)旋光性：有旋光.甜叶菊SteviarebanianumBertoni天然药物化学_糖和苷█糖类化学性质1>氧化反应：过碘酸氧化：通过环状过度态，氧化顺邻二羟基.(PbAc4可氧化反式二醇)天然药物化学_糖和苷机理：应用：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.天然药物化学_糖和苷2>糠醛的形成反应单糖在浓酸作用下，脱水，生成具有呋喃环结构的化合物.多糖先水解成单糖，然后再脱水生成相同的产物.糖醛酸先脱羧，再形成糠醛.天然药物化学_糖和苷应用：检测糖类原理：糖在浓酸的作用下发生糠醛反应，所生成的糠醛衍生物和许多芳胺、酚类可缩合生成有色物质。试剂：有机酸:(三氯乙酸、草酸等)或无机酸（硫酸、磷酸等）酚或胺类：含有活泼亚甲基并有共轭未饱和系统的化合物，如：苯酚，萘酚，苯胺。▪Molish反应：浓硫酸和

-萘酚糠醛与

-萘酚缩合物紫色天然药物化学_糖和苷纸层析检验糖天然药物化学_糖和苷

醚化

3>羟基反应：醚化、酯化、缩醛(酮)化甲基苷：天然药物化学_糖和苷机理：天然药物化学_糖和苷

乙酰化（acetylation）天然药物化学_糖和苷

选择性去酰基：

去酰基：天然药物化学_糖和苷苯甲酰化(Benzoylation)控制条件，部分酰化；产物更易结晶，以便x-ray单晶衍生分析.天然药物化学_糖和苷

缩醛和缩酮化

酮或醛在脱水剂存在下和多元醇中的两个OH缩合成环状缩酮(ketal)或缩醛(acetal).异丙叉衍生物用途：保护羟基.天然药物化学_糖和苷苯甲叉衍生物天然药物化学_糖和苷

羰基反应

▪糖苯腙：glycoside+苯肼

▪糖月杀：glycoside+过量苯肼，100◦C5>硼酸络合物可用于中和滴定、离子交换、电泳天然药物化学_糖和苷4.苷键的裂解天然药物化学_糖和苷▉

常用的方法有酸水解、碱水解、酶水解、氧化开裂等.a.酸催化水解：

▪原理：苷键具有缩醛结构，易为稀酸催化水解.

▪试剂：盐酸、硫酸、乙酸、甲酸等.▪机理：苷原子先质子化，然后断键生成阳碳离子或半椅型中间体，在水中溶剂化而成糖.天然药物化学_糖和苷▪水解规律：苷键水解的难易与苷键原子的’电子云密度’及其’空间环境’有密切的关系，只要有利于苷键原子的质子化就有利于水解.

按苷键原子不同:酸水解的难易顺序为：

N-苷>O-苷>S-苷>C-苷（碱性强，易质子化）.

按糖的不同:①呋喃糖苷>吡喃糖苷(呋喃环是平面，张力大)；②酮糖>醛糖易水解(酮糖多为呋喃环)；③吡喃糖苷中吡喃环的C-5上取代基越大越难水解，因此五碳糖最易水解，其顺序为：五碳糖>六碳糖>七碳糖，如果接有-COOH,则最难水解(位阻)；④氨基糖>羟基糖难水解;羟基糖>去氧糖难水解，尤其是C-2上取代氨基的糖更难。天然药物化学_糖和苷按苷元不同酚苷水解比脂肪属苷(如萜苷、甾苷)容易得多。某些酚苷(如蒽醌苷、香豆素苷)不用酸，只加热也可能水解成苷元。苷元为小基团者.苷键横键的比苷键竖键的易于水解.(位阻)二相水解法---用于苷元酸不稳定.在酸水解反应液中加入与水不相混容的有机溶剂，使苷元生成后立即溶于水不相混溶的有机溶剂中，以避免苷元与酸长时间接触而脱水生成次生苷元.天然药物化学_糖和苷b.酸催化甲醇解在酸的甲醇溶液中进行甲醇解，多糖或苷可生成一对保持环形的甲基糖苷的异构体。应用：①甲基糖苷在呋喃糖环和吡喃糖环的区别判断；②糖链中单糖之间的连接位置确定；③苷键构型的判定。？天然药物化学_糖和苷c.碱催化水解一般的苷键对稀碱是稳定的，不易被碱催化水解，故苷类多数是用稀酸水解的，很少用碱水解，仅酯苷、酚苷、稀醇苷和β-吸电子基取代的苷等才易为碱所水解.藏红花Crocussativus

L功效：活血去瘀、调经、主治血滞闭经、痛经、产后腹痛、跌打损伤等症，并有兴奋子宫作用。天然药物化学_糖和苷碱水解机理天然药物化学_糖和苷CH3CO+AcO-d.乙酰解反应乙酰解所用的试剂是醋酐和酸，常用的酸有H2SO4、HClO4、CF3COOH和ZnCl2、BF3（lewis酸）等。

－苷键葡萄糖双糖乙酰解的难易程度是：（1－2）>（1－3）>（1－4）>（1－6）天然药物化学_糖和苷天然药物化学_糖和苷苷键的裂解－酶催化水解酶催化反应具有专属性高，条件温和的特点。常用的酶有：①转化酶（水解β-果糖苷键）。②麦芽糖酶（水解α-葡萄糖苷键）。③杏仁酶（水解β-葡萄糖苷和有关六碳醛糖苷），专属性较低；纤维素酶（水解β-葡萄糖苷）。应用：①可以获知苷键的构型；②可以保持苷元结构不变；③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天然药物化学_糖和苷苷键的裂解－过碘酸裂解（Smith降解）是过碘酸氧化反应经改进，用于割裂具有1，2-二元醇糖苷键的温和反应，（该方法又称SMITH裂解法）。这种方法对苷元结构容易改变的苷以及C-甙的水解特别适宜。而不适宜苷元上也具有1，2-二元醇结构的苷类；该反应在水解产物中得不到完整的糖分子。天然药物化学_糖和苷苷键的裂解－过碘酸裂解步骤：第一步在水或稀醇溶液中，用NaIO4在室温条件下将糖氧化裂解为二元醛；第二步将二元醛用NaBH4还原为醇，以防醛与醛进一步缩合而使水解困难，第三步调节pH2左右，室温放置让其水解。天然药物化学_糖和苷苷键的裂解－糖醛酸苷的选择性水解特殊的苷键裂解方法：光解法四醋酸铅分解法醋酐－吡啶分解法微生物培养法等。天然药物化学_糖和苷第五节糖的核磁共振性质█糖的1HNMR性质：糖的端基质子信号在4.3~6.0甲基五碳糖的甲基信号在1.0左右其余信号在3.2~4.2左右根据化学位移和偶合常数判断苷键构型。J＝6－8HzJ＝2－4Hz天然药物化学_糖和苷天然药物化学_糖和苷糖的核磁共振性质▓C2质子处于横键上，无法根据偶合常数（0-5Hz）确定苷键构型天然药物化学_糖和苷█糖的13CNMR性质化学位移：-CH3

18;-CH2OH

62;-CHOH

68~85端基碳C1:

95～105（b－D和a－L型苷键大于100，a－D和b－L型苷键小于100）根据

95～105区域碳信号的个数和化学位移值来推测低聚糖、苷中所含糖的个数和苷键构型。根据1JC1-H1值区别苷键构型。糖的核磁共振性质天然药物化学_糖和苷糖的13CNMR性质▓苷化位移（glycosylationshift,GS）糖与苷元成苷后，苷元的α－C、β－C和糖的端基碳的化学位移值均发生了改变，称为苷化位移。与苷元结构有关，与糖的种类关系不大。推测糖与苷元、糖与糖连接位置糖的核磁共振性质天然药物化学_糖和苷苷化位移一般规律：苷元α-C向低场位移，β–C向高场位移，端基碳向低场位移。糖的核磁共振性质天然药物化学_糖和苷伯醇苷糖的核磁共振性质天然药物化学_糖和苷环醇苷两个b－C均为仲碳糖的核磁共振性质天然药物化学_糖和苷环醇苷一个b－C为仲碳，另一个为叔碳或季碳糖的核磁共振性质天然药物化学_糖和苷叔醇苷糖的核磁共振性质天然药物化学_糖和苷酚苷和酯苷a－C通常向高场位移糖的核磁共振性质天然药物化学_糖和苷天然药物化学_糖和苷天然药物化学_糖和苷天然药物化学_糖和苷天然药物化学_糖和苷第六节糖链的结构测定□糖苷类化合物的结构：▪苷元结构▪糖的种类▪苷元与糖的链接位置▪糖与糖的链接位置，链接方式天然药物化学_糖和苷纯度测定超离心法高压电泳法：硼酸络合后电泳凝胶柱色谱法旋光度测定法其他方法：官能团摩尔比恒定法、示差折