天然药物化学-第三章 天然药物化学

第三章糖和苷类概述

糖又称作碳水化合物(carbohydrates)，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(glycoside)，是由糖或糖的衍生物等与另一非糖物质（苷元或配基）通过糖的半缩醛（酮）羟基脱水缩合而成的化合物。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,是其它有机物质的前体。一些具有营养、强壮作用的药物，如山药、何首乌、大枣等均含有大量糖类。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。

第一节单糖的立体化学结构类型单糖（monosaccharide）:是多羟基醛或多羟基酮类化合物，也是组成糖类及其衍生物的基本结构单元。表示单糖结构式的方法有三种，即Fischer投影式、Haworth投影式和构象式。单糖结构的表示方法：成环状结构后，多了一个手性碳------端基碳吡喃环开链123456Fischer式Haworth式D-glc绝对构型（D/L型）

：习惯上将单糖Fischer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；而Haworth式中则看那个不对称碳原子上的取代基，向上的为D型，向下的为L型。

离端基碳最远的碳原子的构型D／L型

绝对构型：Fischer式：Haworth式：

C5-R

或C4-R向上为D型，向下为L型。（甲基五碳、六碳吡喃糖和五碳呋喃糖）

C4-R向下为D型，向上为L型。（五碳吡喃糖）D-木糖D-葡萄糖

端基碳(anomericcarbon)的相对构型α／β型

差向异构体：Fischer式：新形成的-OH与距羰基最远的手性碳原子上的-OH同侧为α，异侧为β。吡喃环OHOOHOHH

αHaworth式：C1-OH与C5(或C4)上取代基之间的关系：同侧为β，异侧为α（甲基五碳、六碳吡喃糖或五碳呋喃糖）

Haworth式：五碳吡喃糖C1-OH与C4-OH同侧为α，异侧为ββ-

D-木糖

吡喃糖(pyranose，六元环)／呋喃糖(furanose，五元环)，吡喃糖的优势构象－－椅式。单糖的构象：Angyal用总自由能来分析构象式的稳定性，比较二种构象式的总自由能差值，能量低的是优势构象。如：葡萄糖的二种构象式的比较：

绝大多数单糖的优势构象是C1式第二节、糖和苷的分类(一)、单糖:

已发现200多种,3C~8C,多以结合态存在.可分为以下几类:1、五碳醛碳(aldopentoses)

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：2、六碳醛糖(aldohexose)

常见的有D-葡萄糖(D-glucose)，D-甘露糖(D-mannose)，D-阿洛糖(D-allose)，D-半乳糖(D-galactose)等。其中以D-葡萄糖最为常见。3、六碳酮糖(ketohexose,hexulose)

如D-果糖(D-fructose)，L-山梨糖(L-sorbose)等。下图为α-D-果糖的结构：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。5、支碳链糖糖链中含有支链，如D-芹糖(D-apiose)和D-金缕梅糖(D-hamamelose,结构如下)D-金缕梅糖L-鼠李糖6、氨基糖(aminosugar)

单糖的一个或几个醇羟基置换成氨基。如庆大霉素的结构：7、去氧糖(deoxysugars)

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，并有一些特殊的性质。L-黄花夹竹桃糖D-洋地黄毒糖8、糖醛酸(uronicacid)

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(glucuronicacid)和半乳糖醛酸(galactocuronicacid)。D-葡萄糖醛酸D-半乳糖醛酸9.糖醇：单糖中的羰基被还原成羟基的化合物，是自然界中分布很广的一类成分。D-山梨醇10.环醇：环状的多羟基化合物，属于单糖衍生物。具有很大的水溶性。例如：肌醇。(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的聚糖称低聚糖。根据单糖的个数：

二糖：蔗糖三糖：棉子糖四糖：水苏糖五糖：毛蕊糖 有无游离的醛或酮基：还原糖：槐糖、樱草糖等（半缩醛羟基）非还原糖：蔗糖，大多数的三、四、五糖等单糖都具有还原性

化学命名：把除末端糖之外的叫糖基，并标明连接位置和苷键构型。D-葡萄糖1α2β-D-果糖樱草糖蔗糖D-木糖1β6-D-葡萄糖芸香糖L-鼠李糖1α6β-D-葡萄糖

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。(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。

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：

1.按功能分动植物的支持组织：水不溶性，直糖链型。如纤维素，甲壳素动植物的贮存养料：溶于热水形成胶体溶液，多支链型，如淀粉，肝糖元2.按组成分

由一种单糖组成－－均多糖。如葡聚糖，果聚糖等

由二种以上单糖组成－－杂多糖。如葡萄甘露聚糖。

3.按来源分植物多糖：淀粉、纤维素、果聚糖、半纤维素、树胶、粘液质等。动物多糖：糖原、甲壳素、肝素、硫酸软骨素、透明质酸等

苷元(配基)：非糖的物质，常见的有黄酮，蒽醌，

苷类苷键：将二者连接起来的化学键，可通过

O,N,S等原子或直接通过C-C键相连。糖(或其衍生物，如氨基糖，糖醛酸等)苷键原子苷元苷键端基碳原子（四）、苷类(glycoside)(又称配糖体)苷类：糖或糖的衍生物端基碳原子上的羟基与非糖物质脱水缩合形成的一类化合物。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。

（一）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醇苷、酚苷、氰苷、酯苷、吲哚苷。（1）醇苷：是通过苷元上的醇羟基与糖或糖的衍生物的半缩醛（酮）羟基脱去一分子水而成的苷。比较常见。皂苷，强心苷均属此类。红景天苷（2）酚苷：苷元的酚羟基与糖或糖的衍生物的半缩醛（酮）羟基脱去一分子水而成的苷。如黄酮苷、蒽醌苷多属此类。丹皮苷天麻苷（3）氰苷：α-羟氰的苷。易水解，生成的α-羟氰苷元很不稳定，很快分解成醛或酮和氢氰酸。

苦杏仁苷（4）酯苷：苷元的羧基与糖或糖的衍生物的半缩醛（酮）羟基脱去一分子水而成的苷。酯苷的特点：苷键既有缩醛的性质，又有酯的性质，易为稀酸和稀碱水解。

甜菊苷山慈菇苷A(5)吲哚苷：

指吲哚醇和糖形成的苷，在豆科和蓼科中有分布，苷元无色，但易氧化是暗蓝色的靛蓝，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。靛苷（二）硫苷：是苷元上巯基与糖或糖的衍生物的半缩醛（酮）羟基缩合而成的苷。如萝卜苷。

芥子苷是存在于十字花科植物中的一类硫苷，其通式如下，几乎都是以钾盐的形式存在。具有止痛和消炎作用。（三）氮苷：

苷元上的氨基与糖或糖的衍生物的半缩醛（酮）羟基缩合而成的苷。是生物化学领域中的重要物质，如核苷类化合物。腺苷巴豆苷（四）碳苷：通过苷元碳上的氢与糖或糖的衍生物的半缩醛（酮）羟基脱水缩合而成的。组成碳苷的苷元多为酚性化合物，如黄酮、查耳酮、蒽醌和没食子酸等。尤其以黄酮碳苷最为常见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。碳苷类化合物具有溶解度小、难以水解的特点。芦荟苷

如豆科植物葛和野葛的根中含有的葛根素(puerarin)对心血管系统有较强的活性，有明显的扩张冠状动脉，增加冠脉流量，降低血压的作用。该化合物即为异黄酮的碳苷，8位直接与葡萄糖相结合。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，如甜菊苷为四环二萜的多糖苷，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：苷类化合物的颜色由苷元的性质决定的。糖部分没有颜色。第三节理化性质一、物理性质２．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。碳苷在水中及其他溶剂中溶解度一般都较小。３．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。１．氧化反应：

单糖分子中有醛(酮)、醇羟基和邻二醇等结构，可与氧化剂发生氧化反应，氧化条件不同其产物也不同。例如：二、化学性质邻羟基：过碘酸反应作用缓和，选择性高，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。

-羟基酮：

-氨基醇：邻二酮：

-羟基酸：反应特点：反应定量进行（试剂与反应物基本是1:1）；反应速度：顺式>反式（因顺式易形成环式中间体）；消耗过碘酸１ｍｍｏｌ／Ｌ２ｍｍｏｌ／Ｌ０ｍｍｏｌ／Ｌ１ｍｍｏｌ／Ｌ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；具有邻三羟基有甲酸产生无甲酸产生③推测1,3连接还是1,4连接（糖与糖连接的位置）单糖开链中的自由羰基可以还原Cu2+

为Cu+，后者可形成砖红色的氧化亚铜沉淀。Fehling反应由硫酸铜与酒石酸钾钠的碱溶液等体积混合而成的蓝色溶液。托伦(Tollen)试剂硝酸银的氨溶液。

反应称为银镜反应。托伦试剂可氧化脂肪醛，芳香醛，但不可氧化酮。2.糠醛形成反应：

单糖的浓酸(4~10N)作用下，失三分子水，生成具有呋喃环结构的糠醛类化合物。多糖则在矿酸存在下先水解成单糖，再脱水生成同样的产物。

Ｒ＝Ｈ糠醛Ｒ＝ＣＨ３５－甲基糠醛Ｒ＝ＣＨ２ＯＨ５－羟甲基糠醛Ｒ＝ＣＯＯＨ５－羧基糠醛糠醛衍生物和许多芳胺、酚类可缩合成有色物质，可用于糖的显色和检出。如Molish试剂是浓硫酸和α-萘酚。糠醛及衍生物与α－萘酚缩合物（紫色）Molish反应３．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。）４．

羰基反应还原糖+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——不同的糖形成糖脎的晶型不同，可用于糖的鉴定还可用于分离和纯化。糖糖腙糖脎1．化学鉴定（1）Molisch反应

α-萘酚-浓硫酸：紫红色环（2）Fehling反应

Cu(OH)2/-OH:砖红色沉淀Cu2O↓（3）Tollen反应

银镜反应三、糖的检识2．色谱鉴定（1）纸色谱

糖类极性大适合用纸色谱鉴定。

展开剂：正丁醇：乙酸：水（4:1:5）BAW（上层）（2）薄层色谱

固定相：硅胶

展开剂：正丁醇：乙酸：水（4:5:1）(上层）；

三氯甲烷：甲醇：水（65:35:10）*可以用0.03M硼酸aq调制薄层板第三节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。

因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和β消除反应酶催化水解反应氧化开裂法（Smith降解法）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。机理：

阳碳离子半椅式质子化脱苷元溶剂化脱质子

由上述机理可以看出，影响水解难易程度的关键因素在于苷键原子的质子化是否容易进行，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)苷原子的空间环境酸催化水解规律：按苷键原子的不同，酸水解难易程度为：

N-苷>O-苷>S-苷>C-苷

原因：N最易接受质子，而C上无未共享电子对，不能质子化。(2)

N-苷易接受质子，但当N处于酰胺或嘧啶位置时，N-苷难于水解。原因：吸电子共轭效应，减小了N上的电子云密度。(3)芳香属苷（如酚苷）因苷元部分有供电子结构，水解比脂肪属苷（如萜苷、甾苷等）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。原因：苷元的供电子效应使苷原子的电子云密度增大。(4)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>2-去氧糖>6-去氧糖>2-羟基糖>2-氨基糖原因：2-羟基对苷原子的吸电子效应及2-氨基对质子的竞争性吸引(5)呋喃糖苷较吡喃糖苷易水解。水解速率大50~

100倍。

原因：呋喃环平面性，各键重叠，张力大。水解中间体使拥挤状态有所改善，减小环张力。(6)酮糖较醛糖易水解。

原因：酮糖多呋喃环结构，且端基上接大基团-CH2OH。水解反应可使张力减小。(7)

吡喃糖苷中，吡喃环C5上的取代基越大越难水解故有：五碳糖>甲基五碳糖>六碳糖>七碳糖>糖醛酸原因：吡喃环C5上的取代基对质子进攻有立体阻碍。

(8)苷元为小基团者，苷键横键的比苷键竖键的易于水解，因为横键上原子易于质子化；苷元为大基团者，苷键竖键的比苷键横键的易于水解，这是由于苷的不稳定性促使水解。><酸水解试剂反应温度反应时间加压特点及应用缓和酸水解0.1～0.5％HCl、H2SO4；1～5％

HAc等。低温或室温短时间不加压可得到次生苷

获知糖连接顺序的信息强烈酸水解1～10％HCl、H2SO4等。直火或沸水浴长时间可加压得到单糖及苷元（对酸不稳定的苷元可破坏结构）

了解糖的种类、数量等信息酸水解条件比较注意：对酸不稳定的苷元，为了防止水解引起苷元结构的改变，可用两相水解反应。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

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β-吸电子基取代的苷易为碱所水解。

三、酶催化水解酶水解的优点:

专属性高,条件温和.用酶水解苷键可以获知苷键的构型，可以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。

转化糖酶--------水解β-果糖苷键麦芽糖酶--------水解α-葡萄糖苷键杏仁苷酶--------水解β-葡萄糖苷键,专属性较低纤维素酶--------水解β-葡萄糖苷键

目前使用的多为未提纯的混合酶。苦杏仁苷的酶催化水解四、过碘酸裂解反应

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.试剂：过碘酸(HIO4)、四氢硼钠(NaBH4)、稀酸反应过程：

人参皂苷（gensenosides）smithHOAcHCl第四节苷的提取与分离一、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。

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——冷冻保存等二、分离

1．季铵盐沉淀法

2．分级沉淀或分级溶解法

3．离子交换色谱

4．纤维素柱色谱

5．凝胶柱色谱流程图练习题一、指出化合物的结构类型（按苷键原子对苷类化合物分类）二、选择题

1.能用碱催化水解的苷是（）A.醇苷B.碳苷C.酚苷D.氮苷2.酸催化水解时，最易断裂的苷键是（）A.6-去氧糖B.2，6-二去氧糖C.五碳醛糖D.六碳醛糖3.糖在水溶液中以（）形式存在。A.呋喃型和吡喃性B.α和β型

C.开链式D.几种形式均有4、下列对吡喃糖苷最容易被酸水解的是()A.七碳糖苷

B.五碳糖苷

C.六碳糖苷D.甲基五碳糖苷5、用0.02—0.05mol/L盐酸水解时,下列苷中最易水解的是()A、2—去氧糖苷

B、6—去氧糖苷C、葡萄糖苷

D、葡萄糖醛酸苷6、该结构属于（）A、α-L-五碳醛糖B、β-D-六碳醛糖C、α-D-六碳醛糖D、β-L-五碳醛糖7