糖和苷優(yōu)秀公開課課件

第三章

天然產(chǎn)物化學(xué)

糖苷本章基本內(nèi)容一、概述二、結(jié)構(gòu)類型三、糖苷分類四、糖苷的性質(zhì)五、糖苷的提取分離六、糖苷的結(jié)構(gòu)鑒定一、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。Carbohydratesaresynthesizedingreenplantsbyphotosynthesis:糖類的生物學(xué)功能(1)提供能量。植物的淀粉和動(dòng)物的糖原都是能量的儲(chǔ)存形式。(2)物質(zhì)代謝的碳骨架，為蛋白質(zhì)、核酸、脂類的合成提供碳骨架。(3)細(xì)胞的骨架。纖維素、半纖維素、木質(zhì)素是植物細(xì)胞壁的主要成分。(4)細(xì)胞間識(shí)別和生物分子間的識(shí)別。一些細(xì)胞的細(xì)胞膜表面含有糖分子或寡糖鏈，構(gòu)成細(xì)胞的天線，參與細(xì)胞通信。2009年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)萬卡特拉曼-萊馬克里斯南、托馬斯-施泰茨和阿達(dá)-尤納斯3人因“核糖體的結(jié)構(gòu)和功能”的研究而獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)?；瘜W(xué)結(jié)構(gòu)：多羥基醛(酮)或者經(jīng)過簡(jiǎn)單水解可形成多羥基醛（酮）的化合物。

分類：根據(jù)其分子水解反應(yīng)的情況，可以分為單糖、低聚糖和多糖。一、概述D-glucoseD-fructoseD-riboseD-arabinoseD-mannoseD-galactose葡萄糖aldohexose果糖ketohexose

核糖aldopentose阿拉伯糖甘露糖半乳糖一、概述單糖二、結(jié)構(gòu)類型㈠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：二、結(jié)構(gòu)類型

單糖在水溶液中形成半縮醛環(huán)狀結(jié)構(gòu)，即成呋喃糖和吡喃糖。具有六元環(huán)結(jié)構(gòu)的糖——吡喃糖（pyranose）具有五元環(huán)結(jié)構(gòu)的糖——呋喃糖（furanose）糖處游離狀態(tài)時(shí)用Fischer式表示苷化后成環(huán)用Haworth式表示開鏈單糖的D、L構(gòu)型：將單糖Fischer投影式中距羰基最遠(yuǎn)的手性碳的構(gòu)型定為整個(gè)糖分子的絕對(duì)構(gòu)型。羥基向右的為D型，向左的為L(zhǎng)型。二、結(jié)構(gòu)類型甘油醛二、結(jié)構(gòu)類型e.g.開鏈單糖的D、L構(gòu)型Fischer二、結(jié)構(gòu)類型

Fischer式中最后第二個(gè)碳原子上-OH向右的為D型，向左的為L(zhǎng)型。Haworth式中C5向上為D型，向下為L(zhǎng)型。二、結(jié)構(gòu)類型cistrans椅式構(gòu)象二、結(jié)構(gòu)類型（三）Fischer與Haworth的轉(zhuǎn)換及其相對(duì)構(gòu)型二、結(jié)構(gòu)類型Fischer式：（C1與C5的相對(duì)構(gòu)型）C1-OH與原C5（六碳糖）或C4（五碳糖）-OH，順式為α，反式為β。Haworth式：C1-OH與C5（或C4）上取代基之間的關(guān)系：同側(cè)為β，異側(cè)為α。2．氨基糖是指單糖的伯或仲醇基置換成氨基的糖類。三、糖苷分類3．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(gè)或二個(gè)羥基為氫原子代替的糖。三、糖苷分類5．糖醛酸單糖分子中伯醇基氧化成羧基的化合物。三、糖苷分類1．按苷原子不同分類⑴氧苷:醇苷、酚苷、氰苷、酯苷和靛苷

三、糖苷分類紅景天苷抗衰老，清除自由基，防輻射三、糖苷分類⑵氮苷：如腺苷。⑶硫苷：如蘿卜苷。⑷碳苷：如牡荊素。

腺苷蘿卜苷牡荊素三、糖苷分類4．按端基碳構(gòu)型分α苷，多為L(zhǎng)型；β苷，多為D型。

5．按連接單糖個(gè)數(shù)分1個(gè)糖——單糖苷2個(gè)糖——雙糖苷3個(gè)糖——叁糖苷三、糖苷分類6．按糖鏈個(gè)數(shù)分1個(gè)位置成苷——單糖鏈2個(gè)位置成苷——雙糖鏈7．按生物體內(nèi)存在分原級(jí)苷——在植物體內(nèi)原存在的苷；次級(jí)苷——原級(jí)苷水解掉一個(gè)糖或結(jié)構(gòu)發(fā)生改變。由于苷的結(jié)構(gòu)是由糖、苷元及苷鍵(包括苷原子）三部分組成。因此苷類的理化性質(zhì)也是由這三部分引起。其中苷元部分有不同的結(jié)構(gòu)類型，從而使不同類型的苷表現(xiàn)其特有的性質(zhì)（個(gè)性）而糖部分和苷鍵部分則使苷類具有某些相似的性質(zhì)（共性）四、糖苷的性質(zhì)

四、糖苷的性質(zhì)一般形態(tài)和味覺

多數(shù)為固體（糖基少的可為晶體，糖基多的可呈無定型粉末），有吸濕性。

一般形態(tài)多數(shù)為無色（有些因苷元影響而呈色，如黃酮苷、花色苷、蒽醌苷等呈一定顏色）

一般無味，個(gè)別有苦(人參皂苷)和甜(甜菊苷)四、糖苷的性質(zhì)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。單糖極性>雙糖極性（與羥基和碳的比例有關(guān)，按-OH/C的分擔(dān)情況而定）苷——親水性（與連接糖的數(shù)目、位置有關(guān)）苷元——親脂性旋光性及其在構(gòu)型測(cè)定中的應(yīng)用具有多個(gè)不對(duì)稱碳原子——用于苷鍵構(gòu)型的測(cè)定（即α、β苷鍵）。多數(shù)苷類呈左旋。利用旋光性

→測(cè)定苷鍵構(gòu)型Klyne法（克分子旋光差法）：將苷和苷元的分子旋光差與組成該苷的糖的一對(duì)甲苷的分子旋光度進(jìn)行比較，數(shù)值上相接近的一個(gè)便是與之有相同苷鍵構(gòu)型的一個(gè)。四、糖苷的性質(zhì)

五、苷的化學(xué)反應(yīng)-顯色反應(yīng)Molish反應(yīng)----糠醛形成反應(yīng)（顯色反應(yīng)）五、苷的化學(xué)反應(yīng)---糠醛形成反應(yīng)Molish反應(yīng)：

樣品+濃H2SO4+α-萘酚→棕色環(huán)則證明樣品中有游離的或者結(jié)合的糖存在。Molish反應(yīng)又稱為酚醛縮合反應(yīng)五、苷的化學(xué)反應(yīng)---氧化反應(yīng)氧化反應(yīng)弱氧化劑

Tollen’s試劑：硝酸銀的氨溶液Fehling’s試劑：以酒石酸作為絡(luò)合劑的堿性氫氧化銅溶液五、苷的化學(xué)反應(yīng)---氧化反應(yīng)醛糖的氧化（還原糖）五、苷的化學(xué)反應(yīng)---氧化反應(yīng)α-羥基酮五、糖的化學(xué)反應(yīng)---硼酸絡(luò)合反應(yīng)硼酸絡(luò)合反應(yīng)糖的鄰二-OH可與許多試劑生成絡(luò)合物，借生成絡(luò)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(gòu)型推定。重要的如：硼酸絡(luò)合物、鉬酸絡(luò)合物、銅氨離子絡(luò)合物等。糖+硼酸→絡(luò)合物（酸性增加、可離子化）五、糖的化學(xué)反應(yīng)---硼酸絡(luò)合反應(yīng)硼酸絡(luò)合反應(yīng)的應(yīng)用：①絡(luò)合后，中性可變?yōu)樗嵝?，因此可進(jìn)行酸堿中和滴定；②可進(jìn)行離子交換法分離；③可進(jìn)行電泳鑒定；④在混有硼砂緩沖液的硅膠薄層上層析。六、苷鍵的裂解研究苷類的化學(xué)結(jié)構(gòu)，必須了解苷元結(jié)構(gòu)、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。

㈠酸催化水解反應(yīng)㈡乙酰解反應(yīng)㈢堿催化水解㈣酶催化水解反應(yīng)㈤氧化開裂法（Smith降解法）六、苷鍵的裂解㈠酸催化水解反應(yīng)㈠酸催化水解反應(yīng)苷鍵屬于縮醛結(jié)構(gòu)，易為稀酸催化水解。水解反應(yīng)是苷原子先質(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。六、苷鍵的裂解㈠酸催化水解反應(yīng)酸水解的規(guī)律：⑴苷原子不同，酸水解難易順序：N>O>S>C（C-苷最難水解，從堿度比較也是上述順序）⑵呋喃糖苷較吡喃糖苷易水解。因五元呋喃環(huán)各取代基處在重疊位置，張力大，形成水解中間體可使張力減小，故有利于水解。⑶酮糖較醛糖易水解酮糖多為呋喃結(jié)構(gòu)，而且酮糖端基碳原子上有-CH2OH大基團(tuán)取代，水解反應(yīng)可使張力減小。六、苷鍵的裂解㈠酸催化水解反應(yīng)⑷吡喃糖苷中：

①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②C5上有-COOH取代時(shí)，最難水解（因誘導(dǎo)使苷原子電子密度降低）⑸氨基取代的糖較-OH糖難水解，-OH糖又較去氧糖難水解。

2,3-二去氧糖>2-去氧糖>3-去氧糖>羥基糖>2-氨基糖

六、苷鍵的裂解㈡乙酰解反應(yīng)㈡乙酰解反應(yīng)1．常用試劑：醋酐+酸所用酸如：H2SO4、HClO4、CF3COOH或Lewis酸（ZnCl2、BF3）等。2．反應(yīng)條件：一般是在室溫放置數(shù)天。3．反應(yīng)機(jī)理：與酸催化水解相似，以CH3CO+(乙?；?，Ac）為進(jìn)攻基團(tuán)。六、苷鍵的裂解㈡乙酰解反應(yīng)五甲基葡萄糖

五甲基葡萄糖是由葡萄糖用硫酸二甲酯甲基化形成

五個(gè)甲氧基中，4個(gè)為醇羥基形成-醚1個(gè)是苷羥基形成-縮醛。六、苷鍵的裂解㈡乙酰解反應(yīng)※乙酰解反應(yīng)易發(fā)生糖的端基異構(gòu)化。4．反應(yīng)速率：苷鍵鄰位有電負(fù)性強(qiáng)的基團(tuán)可使反應(yīng)變慢。

ROAc六、苷鍵的裂解㈡乙酰解反應(yīng)5．用途⑴所得產(chǎn)物為單糖、低聚糖及苷元的?；?，增加了反應(yīng)產(chǎn)物的脂溶性，有利于提取、精制和鑒定。⑵乙酰解法可以水解一部分苷鍵而保留另一部分苷鍵。六、苷鍵的裂解（三）酶催化水解反應(yīng)（三）酶催化水解反應(yīng)用酶水解苷鍵可以獲知苷鍵的構(gòu)型，可保持苷元結(jié)構(gòu)不變的真正苷元。

酶專屬性高，選擇性地催化水解某一構(gòu)型的苷。如：

苦杏仁酶（emulsin）——水解——β-葡萄糖苷鍵

纖維素酶（cellulase）——水解——β-葡萄糖苷鍵

麥芽糖酶（maltase）——水解——α-葡萄糖苷鍵六、苷鍵的裂解（四）堿催化水解(四)堿催化水解一般苷鍵對(duì)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β-吸電子基取代的苷六、苷鍵的裂解（四）堿催化水解C1-OH與C2-OH：反式易水解，其產(chǎn)物為1,6-葡萄糖酐；順式產(chǎn)物為正常的糖。利用水解產(chǎn)物可判斷苷鍵構(gòu)型

六、苷鍵的裂解㈤氧化開裂法㈤氧化開裂法（Smith降解法）針對(duì)C-苷難水解的問題,采用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(jí)苷元）試劑：過碘酸(HIO4)、四氫硼鈉(NaBH4)、稀酸反應(yīng)過程：六、苷鍵的裂解㈤氧化開裂法

氧化反應(yīng)

單糖分子中的鄰羥基容易被過碘酸氧化六、苷鍵的裂解㈤氧化開裂法采用Smith降解Ｃ-苷時(shí)哪些糖構(gòu)成的苷降解產(chǎn)物是丙三醇

Ａ、葡萄糖Ｂ、甘露糖Ｃ、半乳糖Ｄ、鼠李糖六、苷鍵的裂解㈤氧化開裂法葡萄糖果糖核糖阿拉伯糖甘露糖半乳糖七、糖的提取分離㈠提?、逄崛≈饕獮槿軇┓ā⑾〈迹▎翁?、低聚糖、多糖）糖類的提取可根據(jù)它們對(duì)乙醇和水的溶解度不同，而采用冷熱水、冷熱稀醇等條件。苷類分子的極性隨著糖基的增多而增大?？筛鶕?jù)其極性大小，來選擇相適應(yīng)的溶劑。七、糖的提取分離㈡分離㈡分離 1．活性炭柱色譜 2．離子交換柱色譜 3．季銨氫氧化物沉淀法 4．分級(jí)沉淀或分級(jí)溶解法七、糖的提取分離㈡分離1．活性炭柱色譜⑴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(diǎn)：（對(duì)于活性炭柱色譜）①上樣量大，分離效果較好，適合大量制備；②來源容易，價(jià)格低廉；七、糖的提取分離㈡分離分類：①粉末狀活性炭——顆粒細(xì)，總表面積大，吸附力及吸附量大。②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。③錦綸-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。七、糖的提取分離㈡分離⑵活性炭對(duì)物質(zhì)的吸附規(guī)律對(duì)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(qiáng)，在有機(jī)溶劑中吸附力較弱。洗脫順序：

H2O、10%、20%、30%、50%、70%乙醇液

無機(jī)鹽→二糖→三糖→多糖

單糖等

七、糖的提取分離㈡分離2．離子交換柱色譜①除水提液中的酸、堿性成分和無機(jī)離子；②制成硼酸絡(luò)合物——強(qiáng)堿性陰離子交換樹脂（不同濃度硼酸鹽液洗脫）糖+硼酸→絡(luò)合物（酸性增加、可離子化）七、糖的提取分離㈡分離3．季銨氫氧化物沉淀法季銨氫氧化物是一類乳化劑。七、糖的提取分離㈡分離4．分級(jí)沉淀或分級(jí)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。八、糖的鑒定和糖鏈結(jié)構(gòu)的測(cè)定㈠糖的鑒定1．紙層析展開系統(tǒng)：常用水飽和的有機(jī)溶劑展開。如：正丁醇：醋酸：水（4：1：5上層）水飽和苯酚等溶劑系統(tǒng)。顯色劑：鄰苯二甲酸苯胺、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）八、糖的鑒定和糖鏈結(jié)構(gòu)的測(cè)定2．薄層層析可用（硼酸液/無機(jī)鹽）+硅膠→制板吸附劑：硅膠

（用0.03M硼酸液或無機(jī)鹽的水液代水制板以提高點(diǎn)樣量）常用的無機(jī)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/H2O八、糖的鑒定和糖鏈結(jié)構(gòu)的測(cè)定硼酸與無機(jī)鹽制板的特點(diǎn)：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(diǎn)集中，又可增加樣品的承載量。顯色劑：除紙層析應(yīng)用的以外，還用如：

H2SO4乙醇液茴香醛-硫酸試劑苯胺-二苯胺磷酸試劑等八、糖的鑒定和糖鏈結(jié)構(gòu)的測(cè)定3．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(gòu)體）制成乙?；锘蛉阴；?。4．液相色譜填充材料——化學(xué)修飾的硅膠優(yōu)：不必制備成衍生物。適合分析對(duì)熱不穩(wěn)定、不揮發(fā)的低聚糖和多糖。八、糖的鑒定和糖鏈結(jié)構(gòu)的測(cè)定4．離子交換層析糖的硼酸絡(luò)合物——可進(jìn)行離子交換層析優(yōu)：不必制成衍生物，而直接用水溶液進(jìn)行分離（與氣相比較）八、糖的鑒定和糖鏈結(jié)構(gòu)的測(cè)定㈡糖鏈結(jié)構(gòu)的測(cè)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(gòu)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(gòu)型的決定 5．13C-NMR在糖鏈結(jié)構(gòu)測(cè)定中的應(yīng)用

八、糖的鑒定和糖鏈結(jié)構(gòu)的測(cè)定1．單糖的組成低聚糖、多糖的結(jié)構(gòu)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。也可用GLC或HPLC對(duì)單糖定性定量。

八、糖的鑒定和糖鏈結(jié)構(gòu)的測(cè)定2．單糖之間連接位置的決定①將糖鏈全甲基化→水解→甲基化單糖p50（甲基化單糖中游離-OH的部位就是連接位置）②13C-NMR測(cè)定：主要?dú)w屬各碳信號(hào).確定了糖的種類后，將苷的碳譜數(shù)據(jù)與相應(yīng)單糖的碳譜數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，根據(jù)苷化位移規(guī)律確定單糖的連接位置

八、糖的鑒定和糖鏈結(jié)構(gòu)的測(cè)定3．糖鏈連接順序的決定①緩和水解法：將糖鏈水解成單糖或者低聚糖，然后分析這些低聚糖的連接順序。②質(zhì)譜分析：碎片離子峰。八、糖的鑒定和糖鏈結(jié)構(gòu)的測(cè)定4．苷鍵構(gòu)型的決定⑴分子旋光差（klyne法）⑵酶催化水解方法⑶1H-NMR判斷糖苷鍵的相對(duì)構(gòu)型八、糖的鑒定和糖鏈結(jié)構(gòu)的測(cè)定⑶1H-NMR判斷糖苷鍵的相對(duì)構(gòu)型在糖的1H-NMR中：端基質(zhì)子——δ5.0ppm左右其它質(zhì)子——δ3.5~4.5ppm可通過C1-H與C2-H的偶合常數(shù)，來判斷苷鍵的構(gòu)型（α、β）例如：D-葡萄糖八、糖的鑒定和糖鏈結(jié)構(gòu)的測(cè)定D-葡萄糖八、糖的鑒定和糖鏈結(jié)構(gòu)的測(cè)定用1H-NMR可判斷一些糖的相對(duì)構(gòu)型，但還有一些糖由于其結(jié)構(gòu)上的原因，而無法利用1H-NMR來判斷相對(duì)構(gòu)型。如：八、糖的鑒定和糖鏈結(jié)構(gòu)的測(cè)定再如：八、糖的鑒定和糖鏈結(jié)構(gòu)的測(cè)定5．13C-NMR在糖鏈結(jié)構(gòu)測(cè)定中的應(yīng)用端基碳——δ97~106ppm一般在13C-NMR譜中：如：D-葡萄糖

八、糖的鑒定和糖鏈結(jié)構(gòu)的測(cè)定D-葡萄糖苷C1——α型97~101ppmβ型103~106ppm

CH-OH(C2、C3、C4、C5)70~85ppmCH2-OH(C6)62左右CH3<20ppm用門控去偶技術(shù)，可判斷呋喃糖的端基碳與端基質(zhì)子的偶合常數(shù)。α苷鍵JC-H≈170Hzβ苷鍵JC-H≈160Hz八、糖的鑒定和糖鏈結(jié)構(gòu)的測(cè)定苷化位移（glycosidationshift）糖苷化后，端基碳和苷元α-C化學(xué)位移值均向低場(chǎng)移動(dòng)，而鄰碳一般稍向高場(chǎng)移動(dòng)，對(duì)其余碳的影響不大，這種苷化前后的化學(xué)變化，稱苷化位移。八、糖的鑒定和糖鏈結(jié)構(gòu)的測(cè)定酯苷、酚苷的苷化位移：當(dāng)糖與苷元-OH形成酯苷鍵或酚苷鍵時(shí)，其苷化位移值較特殊，端基碳和苷元α-