天然藥物化學(xué)糖及苷類

1、第二章 糖和苷衛(wèi)生部規(guī)劃教材衛(wèi)生部規(guī)劃教材天然藥物化學(xué)（第五版）天然藥物化學(xué)（第五版）第一節(jié) 單糖的立體化學(xué) 一、概 述 單糖是多羥基醛或多羥基酮類化合物，也是組成糖類及其衍生物的基本結(jié)構(gòu)單元。表示單糖結(jié)構(gòu)式的方法有三種，即Fischer投影式、Haworth投影式和優(yōu)勢(shì)構(gòu)象式。基本概念： 絕對(duì)構(gòu)型（絕對(duì)構(gòu)型（D/LD/L型）型） ：習(xí)慣上將單糖Fischer 投影式中距羰基最遠(yuǎn)的那個(gè)不對(duì)稱碳原子的構(gòu)型定為整個(gè)糖分子的絕對(duì)構(gòu)型。其羥基向右的為D型，向左的為L(zhǎng)型；而Haworth式中則看那個(gè)不對(duì)稱碳原子上的取代基，向上的為D型，向下的為L(zhǎng)型。 相對(duì)構(gòu)型相對(duì)構(gòu)型( (/ /): ): 單糖成環(huán)后新

2、形成的一個(gè)不對(duì)稱碳原子稱為端基碳 (anomeric carbon) ，生成一對(duì)差向異構(gòu)體有/兩種構(gòu)型。從Fischer式看，C1-OH與原C5(六碳糖)或C4(五碳糖)-OH,順式的為，反式的為。因此， /是C1與C5的相對(duì)構(gòu)型。而在Haworth式中，C6或C5在同側(cè)的為型，異側(cè)的為型。 自然界中的單糖，從三碳糖到八碳糖都存在，但以五碳（戊）糖和六碳（己）糖最為常見(jiàn)和重要，而單糖的衍生物以糖醇和糖醛酸較為常見(jiàn)。 l第二節(jié) 糖和苷的分類一、 單糖二、低聚糖類 二糖：蔗糖 三糖：棉子糖根據(jù)單糖的個(gè)數(shù) 四糖：水蘇糖 五糖：毛蕊糖 還原糖：槐糖、櫻草糖等根據(jù)有無(wú)游離的醛或酮基 非還原糖：蔗糖，大多

3、 數(shù)的三、四、五糖等三、 多聚糖類多聚糖，又稱多糖，是由1010個(gè)以上單糖基通過(guò)苷鍵連接而成。（1 1）均多糖（homosaccharidehomosaccharide）: :由一種單糖組成的多糖稱為均多糖。如葡聚糖。（2 2）雜多糖(heterosaccharide): (heterosaccharide): 由二種以上單糖組成的多糖稱為雜多糖。如葡萄甘露聚糖(glucomannan)(glucomannan)。四、 苷類 苷，又稱配糖體，是糖或糖的衍生物（如氨基糖、糖醛酸等）與另一非糖物質(zhì)（稱為苷元或配基，aglycone or genin）通過(guò)糖的端基碳原子連接而成的化合物。第三節(jié) 糖的

4、化學(xué)性質(zhì) 一、 氧化反應(yīng)： 單糖分子中有醛（酮）基、伯醇基、仲醇基和鄰二醇基結(jié)構(gòu)單元。一般來(lái)說(shuō)，醛（酮）基最易被氧化，伯醇次之。在控制反應(yīng)條件的情況下，不同的氧化劑可選擇性的氧化某些特定基團(tuán)。如Ag、Cu和溴水可將醛基氧化成羧基，硝酸可使醛糖氧化成糖二酸，過(guò)碘酸和四醋酸鉛可氧化鄰二羥基。過(guò)碘酸氧化反應(yīng)特特 點(diǎn)點(diǎn)l作用緩和、選擇性高：作用于鄰二醇、- -氨基醇、- -羥基醛( (酮) )、鄰二酮和某些活性次甲基等結(jié)構(gòu)上。l反應(yīng)可以定量進(jìn)行：氧化產(chǎn)物HIO3可以滴定，而且可以得到穩(wěn)定的最終降解產(chǎn)物，如甲醛、甲酸等。二、 糠醛形成反應(yīng) 單糖在濃酸（4-10N）加熱作用下，失去三分子水，生成具有呋喃環(huán)

5、結(jié)構(gòu)的化合物。多糖在礦酸存在下先水解成單糖，再行脫水生成相同的產(chǎn)物。五碳糖生成糠醛，甲基五碳糖生成5-甲基糠醛，六碳糖生成的是5-羥甲糠醛?？啡┘捌溲苌锟膳c許多芳胺、酚類縮合成有色物質(zhì)。三、 羥基反應(yīng) 糖的羥基反應(yīng)包括醚化、酯化和縮醛（酮）化?；钚宰罡叩氖前肟s醛羥基，其次是伯醇基，再次之是C2-OH。這是因?yàn)榘肟s醛羥基和伯醇羥基處于末端，在空間上較為有利； C2-OH則受羰基誘導(dǎo)效應(yīng)的影響，酸性有所增強(qiáng)。主要有：酸水解、酶解、堿水解、乙酰解、 氧化開(kāi)裂法等。一、酸催化水解：反應(yīng)機(jī)理（以葡萄糖為例） 第四節(jié) 苷鍵的裂解OOHOHOHOHORHOOHOHOHOHHOROOHOHOHOHHOOHO

6、HOHOHOHHOOHOHOHOHH2+2+H+-ROHOH-HH,OH苷鍵原子質(zhì)子化 苷鍵斷裂 陽(yáng)碳離子溶劑化 脫去氫離子 酸水解難易的關(guān)鍵影響苷鍵原子質(zhì)子化的因素 苷鍵原子周圍的電子云密度 （ 電子云密度大，易于接受質(zhì)子，水解容易） 空間環(huán)境（有利于接受質(zhì)子，水解就容易） 酸水解的規(guī)律 1與苷鍵原子有關(guān) : N苷 O苷 S苷 C苷(易于接受質(zhì)子) （無(wú)孤對(duì)電子）2 呋喃糖苷（酮糖） 吡喃糖苷（醛糖）（分子平面性，張力大）3 五碳糖苷 甲基五碳糖苷 六碳糖苷 七碳糖苷 糖醛酸苷（空間位阻?。?（大）4 2氨基糖苷 2羥基糖苷 2去氧糖苷 脂肪族苷（苷元供電性）難水解的碳苷 苷元結(jié)構(gòu)不太穩(wěn)定的

7、氧苷（皂苷）氧化開(kāi)裂法 Smith Smith降解法; ;兩相酸水解法（樣品+ +酸水+ +苯/ /氯仿）獲得真正苷元 OOHOHOHOHOROOHOHCCH2OHOOHIO4-OROHCORCH2OHBH4-H+CH2OHCHOHCH2OH+CHOCH2OHROH-D-葡萄糖苷 過(guò)碘酸 二元醛 四氫硼鈉 二元醇 稀酸室溫 苷元（O-苷） （氧化鄰二醇） （還原） （穩(wěn)定性差） （溫和）OOHOHOHOHRIO4IO4-BH4-H+123CH2OHCHOHCH2OHCHOHCH2OHR-R-CHOHCOOH-D-葡萄糖苷（C-苷） 帶醛基的苷元 二、乙酰解反應(yīng)多糖苷 醋酐+酸（濃硫酸、高氯酸、

8、氯化鋅） 乙?；瘑翁恰⒁阴；途厶?選擇性水解 1,6-苷鍵 1,4-苷鍵和1,3-苷鍵 1,2-苷鍵 依鑒定結(jié)果 + 裂解規(guī)律 推斷多糖苷中糖與糖之間的連接位置 鑒定 薄層色譜氣相色譜 三、堿催化水解： 苷鍵的縮醛結(jié)構(gòu)（苷鍵原子的負(fù)電性）對(duì)稀堿（OH-）穩(wěn)定, 故苷很少用堿水解，而酯苷、酚苷、烯醇苷、吸電子基團(tuán)的苷類（苷鍵原子的正電性）易為堿水解。 四、酶催化水解： 條件溫和 高度專屬性：（水、3040） 苷酶 苷 （麥芽糖酶 水解 -葡萄糖苷鍵） 苷酶 苷 （苦杏仁酶 水解 -葡萄糖苷鍵 和其他六碳糖的苷鍵） 獲得真正苷元 苷鍵構(gòu)型（、）的判斷酶水解的特點(diǎn)及意義一、 糖的1H-NMR性質(zhì)

9、一般在氫譜中，糖端基質(zhì)子信號(hào)在4.3-5.5，其余部位的質(zhì)子信號(hào)均在3.2-4.2左右。糖的端基質(zhì)子信號(hào)與其它信號(hào)相隔較遠(yuǎn)，易于辨認(rèn)。根據(jù)糖上端基質(zhì)子信號(hào)的個(gè)數(shù)和化學(xué)位移值可推測(cè)糖的個(gè)數(shù)、糖的種類及糖與糖、糖與苷元的連接位置。l第五節(jié) 糖的核磁共振特別提示：（1）甘露糖（ C2羥基在環(huán)的面上）和鼠李糖（優(yōu)勢(shì)構(gòu)象為1C式）難以用J區(qū)分端基碳的構(gòu)型。（2）呋喃型糖：無(wú)論其端基質(zhì)子和C2位質(zhì)子是處于反式地位還是順式地位，其偶合常數(shù)變化均不大（05Hz），無(wú)法用端基質(zhì)子的偶合常數(shù)來(lái)判斷它們的苷鍵構(gòu)型。（一） 化學(xué)位移及偶合常數(shù)二、糖的13C-NMR性質(zhì)（二） 苷化位移 苷化位移：糖與苷元成苷后，苷元的

10、-C、-C和糖的端基碳的化學(xué)位移值均發(fā)生了改變， 這種改變稱為苷化位移(glycosidation shift，GS)，苷化位移值與苷元的結(jié)構(gòu)有關(guān)，與糖的種類關(guān)系不大。用途：苷化位移在推測(cè)糖與苷元、糖與糖的連接位置、某些苷元被苷化碳的絕對(duì)構(gòu)型和碳?xì)湫盘?hào)歸屬上具有重要的作用。此外，糖與糖通過(guò)苷鍵相連雖然并不稱為苷，但苷化位移規(guī)律對(duì)其同樣適用。苷化位移規(guī)律：苷化位移規(guī)律：（表 2 23 3）第六節(jié) 糖鏈的結(jié)構(gòu)測(cè)定 多糖是生物大分子化合物，像蛋白質(zhì)一樣也具有一、二、三、四級(jí)結(jié)構(gòu)。糖和苷的共性是糖鏈，在含有低聚糖的苷中，糖鏈的測(cè)定占主要地位，苷元的組成種類繁多，本節(jié)將重點(diǎn)介紹糖鏈的測(cè)定方法。主要涉及三

11、個(gè)問(wèn)題：?jiǎn)翁墙M成；糖的連接順序和位置；苷鍵構(gòu)型。（一）、 純度測(cè)定 多糖屬于高分子化合物，其純度不能用小分子化合物的標(biāo)準(zhǔn)判斷，即使是一種多糖純品，其微觀也并不均一。通常所說(shuō)的多糖純品實(shí)質(zhì)上是一定分子量范圍的均一組分。其純度只代表相似鏈長(zhǎng)的平均分布。一、糖鏈的結(jié)構(gòu)測(cè)定目前多糖純度常用的測(cè)定方法超離心法高壓電泳法凝膠柱色譜法旋光測(cè)定法其它方法：如HPLC、示差折射法等。通常要確定一種多糖的均一性，至少要有兩種以上的方法才能確定。（二）、 分子量的測(cè)定 單糖、低聚糖及其苷的分子量測(cè)定目前大多用質(zhì)譜法。如電噴霧質(zhì)譜（electrospray ionization, ESIMS）及近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的基質(zhì)輔

12、助激光電離質(zhì)譜或基質(zhì)輔助激光解析電離飛行時(shí)間質(zhì)譜（MALDIMS或MALDI-TOF-MS）可測(cè)定多糖、蛋白質(zhì)等高分子化合物的分子量。（三）、 單糖的鑒定 紙色譜（PC）：分配原理，BAW系統(tǒng)，與對(duì)照品共色譜鑒定 薄層色譜（TLC）：硅膠（硼酸溶液或無(wú)機(jī)鹽溶液制 - 增加上樣量） 氣相色譜（GLC）：水解、制備TMS衍生物（具揮發(fā)性），用對(duì)照品tR鑒定 超導(dǎo)FT-NMR光譜: 苷中各糖的不同質(zhì)子的、J 與標(biāo)準(zhǔn)糖數(shù)據(jù)進(jìn)行比較鑒定 苷中各糖的不同碳原子的 與標(biāo)準(zhǔn)糖數(shù)據(jù)進(jìn)行比較鑒定（四）、 糖連接位置的測(cè)定 將糖鏈全甲基化，然后水解苷鍵，用GC鑒定所獲得的甲基化單糖，其中游離-OH的部位就是連結(jié)位置

13、,全甲基化的單糖即為末端糖。 目前常使用 13C-NMR 方法，主要是通過(guò)歸屬各碳信號(hào)，以確定產(chǎn)生苷化位移的碳。（五）、 糖鏈連接順序的確定OOAcOOHOOOAcHOOAcHHAcOAcOAcOAcOOAcHAcOH3.893.66通過(guò)1H-NMR譜，觀察兩糖之間質(zhì)子的遠(yuǎn)程偶合而確定其連接順序。（六）、苷鍵構(gòu)型的確定 1313C-NMRC-NMR譜(1)(1)利用端基碳原子的化學(xué)位移判斷苷鍵構(gòu)型：除D-D-甘露糖、L-L-鼠李糖外，絕大多數(shù)單糖甲苷，其- -型與-型的化學(xué)位移相差4ppm.4ppm.(2)(2)利用端基碳原子與端基質(zhì)子的偶合 常數(shù)判斷苷鍵構(gòu)型：- -甲苷 JC1-H1170H

14、zJC1-H1170Hz-甲苷J(rèn)C1-H1160Hz 10ppmJC1-H1160Hz 10ppm1 1H-NMRH-NMR譜：利用端基質(zhì)子偶合常數(shù)的大小判斷苷鍵構(gòu)型依據(jù)相鄰碳原子上質(zhì)子偶合常數(shù)的大小與二者之間的立體夾角有關(guān) H-2為鍵的糖（葡萄糖、木糖、半乳糖） H-2為e鍵的糖 （鼠李糖、甘露糖） -苷鍵 -苷鍵 -苷鍵 -苷鍵J12 = 23.5Hz J12= 69Hz J12= 2 Hz J122 Hz(Jae、60O) （Jaa、180） （Jee、60） （Jae、60O） J12不相等 J12相等 意義 可以用于構(gòu)型的判斷 不能用于構(gòu)型的判斷 OHHHHHOHOHOHORCH2OH21OHHHHOROHOHOHHCH2OH1221OHHCH3OHHOHOHHHOR21OHHCH3OHHOHOHHORH-D-葡萄糖苷 -L-鼠李糖苷 J12 = Jae = 23 Hz J12 = Jae = 2 Hz -D-葡萄糖苷 -L-鼠李糖苷 J12 = Jaa = 69 Hz J12 = Jae = 2 Hz 第七節(jié) 糖及苷的提取分離 一、提取 （一）糖類的提取 （二）苷類的提取 苷的存在狀態(tài) ：原生苷、次生苷、苷元。 苷與酶共存 提取目的：原生苷提取原生苷 提取次生苷、苷元 設(shè)法抑制酶的活