糖和苷類化合物

1、 本章基本內(nèi)容 一、概述 二、單糖的立體化學 三、糖和苷的分類 四、糖和苷的物理性質(zhì) 五、糖的化學性質(zhì) 六、苷鍵的裂解 七、糖的提取分離 八、糖的鑒定和糖鏈結構的測定 1一、概述糖類又稱碳水化合物（carbohydrates），是植物光合作用的初生產(chǎn)物，是一類豐富的天然產(chǎn)物，如：蔗糖、糧食(淀粉)、棉布的棉纖維等。糖類、核酸、蛋白質(zhì)、脂質(zhì) 生命活動所必需的四大類化合物。 2化學結構：多羥基醛或多羥基酮的衍生物及其聚合物。3 單糖：不能再被水解成為更小分子的糖，是糖的基本組成單元。 如；葡萄糖等 低聚糖：水解后生成 2-9 個單糖分子的糖。 如：蔗糖（D-葡萄糖-D-果糖） 麥芽糖（葡萄糖14葡

2、萄糖） 多糖：水解后能生成多個單分子的，稱為多糖。 如：淀粉、纖維素等根據(jù)其分子水解反應的情況，可以分為單糖、低聚糖和多糖。4二、單糖的立體化學 （一）糖的表示式 單糖是多羥基醛或酮。從三碳糖至八碳糖天然界都有存在。以Fischer式表示如下： 5 單糖在水溶液中形成半縮醛環(huán)狀結構，即成呋喃糖和吡喃糖。具有六元環(huán)結構的糖吡喃糖（pyranose）具有五元環(huán)結構的糖呋喃糖（furanose） 鏈狀結構-Fischer式 環(huán)狀結構-Haworth式 6D型和L型 判斷依據(jù)：離羰基最遠的手性碳原子上-OH的取向。（二）單糖的絕對構型-OH向右的為D型， 向左的為L型。7（三）Fischer與Hawo

3、rth的轉(zhuǎn)換及其相對構型8Haworth式：C1-OH與C5（或C4）上取代基之間的關系：同側(cè)為，異側(cè)為。 C5向上為D型，向下為L型。 第一課件網(wǎng)（ ）9（四）環(huán)的構象 10三、糖和苷的分類 （一）單糖類1常見單糖 112氨基糖 是指單糖的醇羥基置換成氨基的糖類。 123糖醇 單糖的醛或酮基還原成羥基后所得的多元醇。4去氧糖 單糖分子的一個或二個羥基被氫原子代替的糖。135糖醛酸單糖分子中伯醇基氧化成羧基的化合物。 14（二） 低聚糖類按照含有單糖的個數(shù)分；按照是否具有還原性分；蕓香糖(rutinose) 龍膽二糖(gentiobiose) 環(huán)糊精6-8個葡萄糖15 按照在生物體內(nèi)的功能分(

4、支持組織和養(yǎng)料貯存）； （三）多糖類 按照單糖的組成分（均多糖和雜多糖）； 按照多糖的來源分： 植物多糖（纖維素、淀粉、粘液質(zhì)、果聚糖、樹膠） 動物多糖（肝素、透明質(zhì)酸、硫酸軟骨素、甲殼素）16香菇多糖注射液免疫調(diào)節(jié)劑，用于惡性腫瘤輔助治療。黃芪多糖注射液 提高人體白細胞誘生干擾素的功能。 產(chǎn) 品 開 發(fā)17（二）低聚糖類按照含有單糖的個數(shù)分；按照是否具有還原性分； 按照在生物體內(nèi)的功能分(支持組織和養(yǎng)料貯存）； （三）多糖類 按照單糖的組成分（均多糖和雜多糖）；18 糖或糖的衍生物與另一非糖物質(zhì)（苷元或配基）通過糖的端基碳原子連結而成的一類化合物。糖 苷元 苷（四）苷類化合物19苷的分類：

5、1按苷原子不同分類 氧苷 如：紅景天苷 20按苷鍵氧的來源不同氧苷又可分為：醇苷：是通過醇羥基與糖端基羥基脫水而成的苷，如紅景天苷。酚苷：是通過酚羥基而成的苷，如天麻苷。酯苷：苷元以-COOH和糖的端基碳相連接的是酯苷，如山慈菇苷A。氰苷：是指一類-羥腈的苷，如野櫻苷。 21氮苷：如腺苷 。 巴豆苷22硫苷：如蘿卜苷。碳苷：如牡荊素。 蘆薈苷233按端基碳構型分 苷；苷。4按連接單糖個數(shù)分 1個糖單糖苷； 2個糖雙糖苷 3個糖叁糖苷 2按苷元不同分類如：黃酮苷、蒽醌、香豆素、強心苷、皂苷等第一課件網(wǎng)（ ）245按糖鏈個數(shù)分 1個位置成苷單糖鏈 2個位置成苷雙糖鏈6按生物體內(nèi)存在分 原生苷在植物

6、體內(nèi)原存在的苷； 次生苷原生苷水解掉一個或一個以上單糖所形成的苷。25 苦杏仁苷 野櫻苷（原生苷） （次生苷）261.性狀 苷均為固體。含糖基少者為結晶型固體，含糖基多者為無定型粉末。 味覺: 單糖低聚糖甜味; 多糖無甜味 （隨著糖的聚合度增高，則甜味降低） 苷類苦、甜等（甜菊苷） 2. 旋光性 苷多為左旋，水解后混合物是右旋的，存在著變旋現(xiàn)象。四、糖和苷的物理性質(zhì) 273. 溶解性 糖小分子極性大，水溶性好 聚合度增高 水溶性下降。 多糖難溶于冷水，或溶于熱水成膠體溶液。 糖親水性； 苷元親脂性 苷 取決于糖與苷元的相對比例28（三）旋光性 多數(shù)苷類呈左旋。 具有多個不對稱碳原子用于苷鍵構型

7、的測定（即、苷鍵）。 利用旋光性 測定苷鍵構型Klyne法： 將苷和苷元的分子旋光差與組成該苷的糖的一對甲苷的分子旋光度進行比較，數(shù)值上相接近的一個便是與之有相同苷鍵的一個。 29五、糖的化學性質(zhì)（一）氧化反應 單糖的分子有醛（酮）、伯醇、仲醇和鄰二醇等結構，氧化條件不同其產(chǎn)物也不同。如： 30以過碘酸反應為例來了解糖的氧化反應過碘酸反應主要作用于： 鄰二醇、-氨基醇、-羥基醛（酮）、鄰二酮和某些活性次甲基等結構。 第一課件網(wǎng)（ ）31鄰二醇：32-羥基酮：-氨基醇：鄰二酮：33用途： 推測糖中鄰二-OH多少； （試劑與反應物基本是1:1）； 同一分子式的糖，推測是吡喃糖還是呋喃糖； 34 推

8、測1,3連接還是1,4連接。（糖與糖連接的位置）35（二）糠醛形成反應（Molish反應） 36Molish反應： 樣品 + 濃H2SO4 + -萘酚 紫色環(huán)多糖、低聚糖、單糖、苷類Molish反應= ？ 37（三）羥基反應糖的-OH反應醚化、酯化和縮醛（酮）化。反應活性： 最高的半縮醛羥基（C1-OH） 其次是伯醇基（C6-OH） 仲醇次之。（伯醇因其處于末端的空間，對反應有利，因此活性高于仲醇。） 381縮酮和縮醛化反應 酮或醛在脫水劑如礦酸、無水ZnCl2、無水CuSO4等存在下可與多元醇的二個有適當空間位置的羥基易形成環(huán)狀縮酮（ketal）和縮醛（acetal）。 酮類易與順鄰-OH生

9、成 五元環(huán)狀物 醛類易與1,3-二OH生成 六元環(huán)狀物 39 糖 + 丙酮 五元環(huán)縮酮 (異丙叉衍生物) 40 當糖結構中無順鄰-OH時，則易轉(zhuǎn)變?yōu)檫秽墙Y構，再生成五元環(huán)狀物（異丙叉衍生物） 。 41糖 + 苯甲醛 六元環(huán)狀縮醛 （苯甲叉衍生物）例如：葡萄糖甲苷 + 苯甲醛 (具1,3-OH結構)以上方法主要目的是保護-OH。422 . 硼酸絡合反應 糖的鄰二-OH可與許多試劑生成絡合物，借生成絡合物的某些物理常數(shù)的改變，可以有助于糖的分離、鑒定和構型推定。 糖 + 硼酸 絡合物 第一課件網(wǎng)（ ）43硼酸絡合反應的應用：絡合后，中性可變?yōu)樗嵝?，因此可進行酸堿中和滴定；可進行離子交換法分離；可

10、進行電泳鑒定；在混有硼砂緩沖液的硅膠薄層上層析。 44六、苷鍵的裂解 研究苷類的化學結構，必須了解苷元結構、糖的組成、糖和糖的連接方式，以及苷元和糖的連接方式等。 為此必先使用某種方法使苷鍵切斷。 1. 酸催化水解反應 2.堿催化水解 3.酶催化水解 4.乙酰解反應 5.氧化開裂法（Smith降解法） 45(一）酸催化水解 苷鍵屬于縮醛結構，易為稀酸催化水解。水解反應是苷鍵原子先質(zhì)子化，然后斷鍵生成陽碳離子中間體，在水中溶劑化而成糖。 反應關鍵是苷鍵原子的質(zhì)子化，苷鍵原子上電子云密度越高者，空間位阻越小者，反應越容易。46（一）酸催化水解反應 苷鍵屬于縮醛結構，易為稀酸催化水解。水解反應是苷鍵

11、原子先質(zhì)子化，然后斷鍵生成陽碳離子或半椅型的中間體，在水中溶劑化而成糖。 47酸水解的規(guī)律：苷原子不同，酸水解難易順序：N O S C； 呋喃糖苷較吡喃糖苷易水解；因五元呋喃環(huán)的平面結構使各取代基處在重疊位置，形成水解中間體可使張力減小，故有利于水解。酮糖較醛糖易水解；因酮糖多為呋喃結構，而且酮糖端基碳原子上有-CH2OH大基團取代，水解反應可使張力減小。48吡喃糖苷中： 吡喃環(huán)C5上取代基越大越難水解，水解速度為：五碳糖 甲基五碳糖 六碳糖 七碳糖 C5上有-COOH取代時，最難水解； （因誘導使苷原子電子密度降低）氨基取代的糖較-OH糖難水解，-OH糖又較去氧糖難水解。 2-去氧糖 2-羥

12、基糖 2-氨基糖 芳香屬苷較脂肪屬苷易水解。 如：酚苷 醇苷（因苷元部分有供電結構，在苷鍵原子質(zhì)子化時芳環(huán)或雙鍵對苷鍵原子有一定的供電作用，而脂肪屬苷元無此結構）49特點：無選擇性，所有的苷均水解；一些難水解的苷，有時要在較為劇烈的條件下進行水解，常常使苷元發(fā)生脫水而生成脫水苷元。50（二）乙酰解反應1常用試劑：醋酐 + 酸 所用酸如：H2SO4、HClO4、CF3COOH或Lewis酸（ZnCl2、BF3）等。2反應條件：一般是在室溫放置數(shù)天。3反應機理： 與酸催化水解相似，以CH3CO+(乙?；珹c）為進攻基團。 514反應速率： 苷鍵鄰位有電負性強的基團（如環(huán)氧基）可使反應變慢。 -苷

13、鍵的葡萄糖雙糖的反應速率： （乙酰解易難程度） （16）（14）（13）（12） 525用途?；梢员Ｗo苷元上的-OH，使苷元增加親脂性，可用于提純和鑒定。乙酰解法可以開襲一部分苷鍵而保留另一部分苷鍵。 53（三）堿催化水解和消除反應 一般苷鍵對稀堿是穩(wěn)定的，但某些特殊的苷易為堿水解，如： 酯苷 酚苷 烯醇苷 -吸電子基取代的苷54（四）酶催化水解反應 用酶水解苷鍵可以獲知苷鍵的構型，可保持苷元結構不變的真正苷元。 酶專屬性高，選擇性地催化水解某一構型的苷。如：苦杏仁酶（emulsin）水解-六碳醛糖苷鍵纖維素酶（cellulase）水解-葡萄糖苷鍵麥芽糖酶（maltase）水解-葡萄糖苷鍵5

14、5（五）氧化開裂法（Smith降解法） 可得到原苷元（除酶解外，其它方法可能得到的是次級苷元）試劑：過碘酸(HIO4)、四氫硼鈉(NaBH4)、稀酸反應過程： 56-D-葡萄糖苷（C-苷） 帶醛基的苷元 57意義：難水解的C-苷，以及酸水解時結構易改變者，用smith降解可得到原型苷元。根據(jù)降解的產(chǎn)物，推斷糖的種類。第一課件網(wǎng)（ ）58（一）提取 主要為溶劑法： 糖類的提取可根據(jù)它們對乙醇和水的溶解度不同，而采用冷熱水、冷熱稀醇等條件。 單糖、一些小分子的低聚糖水、稀醇； 多糖、分子量較大的低聚糖水； 苷類分子的極性隨著糖基的增多而增大。可根據(jù)其極性大小，來選擇相適應的溶劑。七、糖及苷的提取分

15、離59 系統(tǒng)溶劑法 60 欲提取藥材中的原生苷，應破壞或抑制酶的活性，避免與酸堿試劑的接觸。破壞或抑制植物體內(nèi)酶的方法： 采集新鮮材料，迅速加熱干燥或冷凍保存等； 用沸水或甲醇、乙醇提??； 先在藥材原料中拌入一定量的無機鹽如碳酸鈣后再提取。61（二）分離1活性炭柱色譜2纖維素色譜3離子交換柱色譜4凝膠柱色譜5季銨氫氧化物沉淀法6分級沉淀或分級溶解法7蛋白質(zhì)除去法621活性炭柱色譜概述用途分離水溶性物質(zhì)較好 如：氨基酸、糖類及某些苷類。特點：（對于活性炭柱色譜） 上樣量大，分離效果較好，適合大量制備； 來源容易，價格廉； 缺點：無測定其吸附力級別的理想方法。 63分類： 粉末狀活性炭顆粒細，總表

16、面積大，吸附力及吸附量大。 顆粒狀活性炭顆粒較上者大，吸附力及吸附量也較上者次之。 綿綸-活性炭以錦綸為粘合劑，將粉末狀活性炭制成顆粒，吸附力最弱。 64活性炭對物質(zhì)的吸附規(guī)律 對分子量大的化合物吸附力大于分子量小的化合物，即：多糖 單糖 活性炭在水溶液中的吸附力最強，在有機溶劑中吸附力較弱。洗脫順序： H2O、10%、20%、30%、50%、70%乙醇液 無機鹽 二糖 三糖 多糖 單糖等 652纖維素色譜 原理與PC相同，屬分配層析。 溶劑系統(tǒng)：水、丙酮、水飽和的正丁醇等。 用水溶性的溶劑如HAc：H2O進行展開時，其原理屬吸附層析。 663離子交換柱色譜除水提液中的酸、堿性成分和無機離子；

17、制成硼酸絡合物強堿性陰離子交換樹脂（不同濃度硼酸鹽液洗脫） 674凝膠柱色譜常用商品名稱及型號：葡聚糖凝膠（商品名：Sephadex G） G-10、G-15、G-200等10表示吸水量乘以10，即1.0ml/g的吸水量瓊脂糖凝膠（Sepharose，Bio-Gel A）聚丙烯酰胺凝膠（Bio-Gel P）羥丙?；宦?lián)葡聚糖凝膠（Sephadex LH-20）（親脂性，可在有機溶劑中進行分離的分子篩） 68操作過程： 除LH-20外，均在H2O中進行。將凝膠在適當?shù)娜芤褐薪荩ǘ酁橄疵搫?；待充分膨脹后裝入層析柱；用洗脫液洗脫；收集、回收溶液，干燥。 69洗脫溶劑的選擇：分離中性物質(zhì)水及電解質(zhì)

18、溶液 （酸、堿、鹽溶液及緩沖液）阻滯較大的組分水+有機溶液 （水-甲醇、水-乙醇、水-丙酮等）LH-20可用有機溶液進行溶脹（如：CHCl3、丁醇、二氧六環(huán)等）(適用：有機物質(zhì)的分離，如：脂類、固醇類等) 705季銨氫氧化物沉淀法季銨氫氧化物是一類乳化劑。 716分級沉淀或分級溶解法 在糖的水溶液中，逐步加入乙醇，即逐漸增大EtOH濃度，可得到各部分的沉淀物。 為使多糖穩(wěn)定，多糖通常在pH=7時進行 酸性多糖在pH=24時進行 處理酸性多糖時，為防酸水解苷鍵，操作宜迅速。第一課件網(wǎng)（ ）727蛋白質(zhì)除去法 用分級沉淀法得到的多糖，常夾雜有較多的蛋白質(zhì)，為除之，通常選擇能使蛋白質(zhì)沉淀而使多糖不沉

19、淀的試劑來處理，如：酚、三氯乙酸、鞣酸等。注意：處理時間要短，溫度要低。 （避免多糖降解）三氟三氯乙烷法和Sevag法（用氯仿：戊醇或丁醇4：1混合）在避免降解上有較好效果。73（三）糖的提取分離實例地黃根中單糖和低聚糖的分離取鮮根熱EtOH、H2O提陰陽離子交換樹脂（除酸堿成分）得中性成分 活性炭柱（15%HOAc處理） 以H2O、稀EtOH（5、10、15、 25% 順次洗脫）,經(jīng)PC檢定，合并D-葡萄糖 D-半乳糖 D-果糖 蔗糖 棉子糖 甘露三糖 水蘇糖(四糖) 毛蕊糖(五糖) 74八、糖的鑒定和糖鏈的結構測定（一）糖的鑒定1紙層析展開系統(tǒng)：常用水飽和的有機溶劑展開。 如：正丁醇：醋酸

20、：水（4：1：5上層）BAW 水飽和苯酚等溶劑系統(tǒng)。顯色劑：苯胺-鄰苯二甲酸試劑、硝酸銀試劑(使還原糖顯棕黑色)、三苯四氮唑鹽試劑（單糖和還原性低聚糖呈紅色）、3,5-二羥基甲苯鹽酸試劑（酮糖呈紅色） 等。752薄層層析可用（硼酸液 + 無機鹽）+ 硅膠 制板吸附劑：硅膠 （用0.03M硼酸液或無機鹽的水液代水制板）常用的無機鹽：0.3M磷酸氫二鈉或磷酸二氫鈉 0.02M乙酸鈉 0.02M硼酸鹽緩沖液 0.1M亞硫酸氫鈉/H2O762薄層層析可用茴香醛-硫酸等作為顯色劑。77 硼酸與無機鹽制板的特點： 增加糖在固定相中的溶解度，使硅膠薄層吸附能力下降，利于斑點集中，又可增加樣品的承載量。顯色劑

21、：除紙層析應用的以外，還用如： H2SO4/H2O或乙醇液 茴香醛-硫酸試劑 苯胺-二苯胺磷酸試劑 等 783氣相層析 將糖制備成三甲基硅醚（增加其揮發(fā)性） 將醛糖用NaBH4還原成多元醇（避免形成端基異構體）制成乙?；锘蛉阴；铩?液相色譜 填充材料化學修飾的硅膠 優(yōu)：不必制備成衍生物。 適合分析對熱不穩(wěn)定、不揮發(fā)的低聚糖和多糖。 分析單糖和低聚糖，其靈敏度不及氣相層析。 795離子交換層析 糖的硼酸絡合物可進行離子交換層析優(yōu)：不必制成衍生物，而直接用水溶液進行分離（與氣相比較）糖自動分析儀： 顯 色：3,5-二羥基甲苯-濃硫酸 波 長：425nm 上樣量：每種組成不超過1mg 洗脫劑

22、：四硼酸鉀的緩沖溶液 80（二）糖鏈的結構測定 主要解決的問題單糖的組成、糖之間的連接位置和順序、苷鍵構型1單糖的組成 2單糖之間連接位置的決定3糖鏈連接順序的決定4苷鍵構型及氧環(huán)的確定 811單糖的組成 低聚糖、多糖的結構分析，首先要了解由哪些單糖所組成，各種單糖之間的比例如何。 一般是將苷鍵全水解，用PC檢出單糖的種類，經(jīng)顯色后用薄層掃描儀求得各種糖的分子比。822單糖之間連接位置的決定將糖鏈全甲基化水解甲基化單糖的定性和定量（氣相層析）（甲基化單糖中游離-OH的部位就是連接位置）13C-NMR測定：主要歸屬各碳信號，以確定產(chǎn)生苷化位移的碳。 833糖鏈連接順序的決定部分水解法：將糖鏈水解成較小的片段，然后分析這些低聚糖的連接順序。質(zhì)譜分析。4苷鍵構型及氧環(huán)的確定 分子旋光差（klyne法） 酶解法 1H-NMR判斷糖苷鍵的相對構型 其它 841H-NMR判斷糖苷鍵的相對構型 在糖的1H-NMR中： 端基質(zhì)子4.36.0 ppm左右 其它質(zhì)子3.24.2 ppm 可通過C1-H與C2-H的偶合常數(shù)，來判斷苷鍵的構型（、）85例如： D-葡萄糖86 用1H-NMR可判斷一些糖的相對構型，但還有一些糖由于其結構上的原因，而無法利用1H-NMR來判斷相對構型。如： 87再如：其它IR葡萄糖苷在770、780 cm-1有強吸收峰；MS葡萄糖苷乙?；?31碎片峰強度：