天然產(chǎn)物化學(xué)糖與苷類

關(guān)于天然產(chǎn)物化學(xué)糖與苷類

糖又稱作碳水化合物，是自然界存在的一類重要的天然產(chǎn)物，是生命活動(dòng)所必需的一類物質(zhì)，和核酸、蛋白質(zhì)、脂質(zhì)一起稱為生命活動(dòng)所必需的四大類化合物。按照其聚合程度可分為單糖、低聚糖（寡糖）和多糖等。苷類又稱配糖體，是由糖或糖的衍生物等與另一非糖物質(zhì)通過其端基碳原子聯(lián)接而成的化合物。

第2頁,共82頁，2024年2月25日，星期天糖和苷類的生理活性是多種多樣的，糖是植物光合作用的初生產(chǎn)物，通過它進(jìn)而合成了植物中的絕大部分成分。所以糖類除了作為植物的貯藏養(yǎng)料和骨架之外，還是其它有機(jī)物質(zhì)的前體。一些具有營養(yǎng)、強(qiáng)壯作用的藥物，如山藥、何首烏、大棗等均含有大量糖類。第3頁,共82頁，2024年2月25日，星期天苷類種類繁多，結(jié)構(gòu)不一，其生理活性也多種多樣，在心血管系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)、消化系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)以及抗菌消炎，增強(qiáng)機(jī)體免疫功能、抗腫瘤等方面都具有不同的活性，苷類已成為當(dāng)今研究天然藥物中不可忽視的一類成分。許多常見的中藥例如人參、甘草、柴胡、黃芪、黃芩、桔梗、芍藥等都含有苷類。

第4頁,共82頁，2024年2月25日，星期天第一節(jié)結(jié)構(gòu)類型第5頁,共82頁，2024年2月25日，星期天單糖的立體結(jié)構(gòu)

單糖是多羥基醛或酮，是組成糖及其衍生物的基本單位。單糖的結(jié)構(gòu)可用Fisher和Haworth投影式表示。2-酮羰基第6頁,共82頁，2024年2月25日，星期天第7頁,共82頁，2024年2月25日，星期天一、單糖的絕對構(gòu)型

習(xí)慣上把單糖Fisher投影式中距羰基最遠(yuǎn)的那個(gè)不對稱碳原子的構(gòu)型定為整個(gè)糖分子的絕對構(gòu)型。其羥基向右的為D型，向左的為L-型。第8頁,共82頁，2024年2月25日，星期天

在Haworth式中也是看那個(gè)不對稱碳原子上的取代基，向上為Ｄ型，向下為Ｌ型。D-葡萄糖L-鼠李糖第9頁,共82頁，2024年2月25日，星期天二、單糖的端基差向異構(gòu)體

單糖成環(huán)后新形成的一個(gè)不對稱碳原子稱為端基碳，生成的一對差向異構(gòu)體有、二種構(gòu)型。

Fisher投影式：C1-OH與原C5(六碳糖)或C4(五碳糖)-OH，同側(cè)的為

，異側(cè)的為。

Haworth投影式：C1-OH與原C5(六碳糖)或C4(五碳糖)-取代基，異側(cè)的為

，同側(cè)的為。第10頁,共82頁，2024年2月25日，星期天第11頁,共82頁，2024年2月25日，星期天異側(cè)同側(cè)第12頁,共82頁，2024年2月25日，星期天三、單糖的氧環(huán)

自然界的糖都以六元或五元氧環(huán)的形式存在。五元氧環(huán)的稱為呋喃糖，六元氧環(huán)的稱為吡喃糖。第13頁,共82頁，2024年2月25日，星期天四、單糖的構(gòu)象

Haworth式更接近糖結(jié)構(gòu)的真實(shí)情況，但仍是一種簡化的表示方法。呋喃環(huán)：基本為一平面（如：信封式），無明顯的結(jié)構(gòu)變化。吡喃環(huán)：以椅式構(gòu)象為優(yōu)勢構(gòu)象，C1或1C。

第14頁,共82頁，2024年2月25日，星期天單糖的構(gòu)象第15頁,共82頁，2024年2月25日，星期天C1構(gòu)象式：以葡萄糖為例，在其優(yōu)勢構(gòu)象中，若C1在C2、C3、C5和O組成的平面下方，記作4C1，簡寫為C1。1C構(gòu)象式：若C1在C2、C3、C5和O組成的平面上方，記作1C4，簡寫為1C。絕大多數(shù)單糖的優(yōu)勢構(gòu)象是C1式，只有極少數(shù)如L-鼠李糖等的優(yōu)勢構(gòu)象是1C式。第16頁,共82頁，2024年2月25日，星期天糖的分類單糖：已發(fā)現(xiàn)200多種，多以結(jié)合態(tài)存在。低聚糖：由2～9個(gè)單糖基通過苷鍵鍵合而成的直糖鏈或支糖鏈的聚糖。多聚糖：由十個(gè)以上的單糖基通過苷鍵鍵合而成的聚糖。第17頁,共82頁，2024年2月25日，星期天一、單糖:

1、五碳醛糖有L-阿拉伯糖(L-arabinose)，D-木糖(D-xylose)，D-來蘇糖(D-lyxose)，D-核糖(D-ribose)等。L-阿拉伯糖的結(jié)構(gòu)如下：第18頁,共82頁，2024年2月25日，星期天2、六碳醛糖常見的有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-葡萄糖最為常見。第19頁,共82頁，2024年2月25日，星期天3、六碳酮糖如D-果糖(D-fructose)，L-山梨糖(L-sorbose)等。下圖為α-D-果糖的結(jié)構(gòu)：第20頁,共82頁，2024年2月25日，星期天4、甲基五碳糖常見的有L-鼠李糖(L-rhamnose)，L-夫糖(L-fucose)和D-雞納糖(D-quinovose)。如L-鼠李糖的結(jié)構(gòu)。第21頁,共82頁，2024年2月25日，星期天5、支碳鏈糖糖鏈中含有支鏈，如D-芹糖(D-apiose)和D-金縷梅糖(D-hamamelose,結(jié)構(gòu)如下)第22頁,共82頁，2024年2月25日，星期天6、氨基糖單糖的一個(gè)或幾個(gè)醇羥基置換成氨基。如慶大霉素的結(jié)構(gòu)：第23頁,共82頁，2024年2月25日，星期天7、去氧糖糖分子的一個(gè)或二個(gè)羥基被氫原子取代的糖，常見的有6-去氧糖、甲基五碳糖、2,6-二去氧糖及其3-O-甲醚等。該類糖在強(qiáng)心苷和微生物代謝產(chǎn)物中多見，并有一些特殊的性質(zhì)。如L-黃花夾竹桃糖(L-thevetose)是2,6-二去氧糖的3-O-甲醚。第24頁,共82頁，2024年2月25日，星期天8、糖醛酸單糖分子中的伯醇基氧化成羧基，常結(jié)合成苷類或多糖存在，常見的如葡萄糖醛酸和半乳糖醛酸。糖醛酸易環(huán)合成內(nèi)酯，在水溶液中呈平衡狀態(tài)。第25頁,共82頁，2024年2月25日，星期天9、糖醇

單糖的醛或酮還原成羥基后所得的多元醇。第26頁,共82頁，2024年2月25日，星期天10、環(huán)醇類

環(huán)狀的多羥基化合物。從生源上看屬于單糖衍生物。第27頁,共82頁，2024年2月25日，星期天二、低聚糖(寡糖)：由2～9個(gè)單糖通過苷鍵鍵合而成的直鏈或支鏈的聚糖稱低聚糖。1、按單糖個(gè)數(shù)分為

單糖、二糖、三糖等；2、按有無游離的醛基或酮基分為還原糖和非還原糖，若兩個(gè)糖均以端基脫水縮合形成的聚糖就沒有還原性。植物中的三糖大多是以蔗糖為基本結(jié)構(gòu)再接上其它單糖而成的非還原性糖，四糖和五糖是三糖結(jié)構(gòu)再延長，也是非還原性糖。第28頁,共82頁，2024年2月25日，星期天

三、多聚糖(多糖)

是由10個(gè)以上的單糖基通過苷鍵連接而成。性質(zhì)：與單糖和寡糖不同，無甜味，非還原性。

第29頁,共82頁，2024年2月25日，星期天1、按在生物體內(nèi)的功能分為：形成動(dòng)植物的支持組織：如植物中的纖維素、甲殼類動(dòng)物的甲殼素；分子呈直鏈型，不溶于水；為動(dòng)植物儲存養(yǎng)料：如淀粉、肝糖元等；分子多為支鏈型分子，可溶于熱水成膠體溶液，可經(jīng)酶催化水解釋放單糖以供應(yīng)能量。分類第30頁,共82頁，2024年2月25日，星期天2、按組成分由一種單糖組成－－均多糖由二種以上單糖組成－－雜多糖

3、按來源分植物多糖與動(dòng)物多糖第31頁,共82頁，2024年2月25日，星期天常見植物多糖1、淀粉：葡聚均多糖通常由直鏈的糖淀粉和支鏈的膠淀粉組成。糖淀粉聚合度低，為水溶性；膠淀粉不溶于冷水，溶于熱水成粘膠狀。遇碘變色。第32頁,共82頁，2024年2月25日，星期天2、纖維素：葡聚均多糖，聚合度3000~5000?？尚纬奢^多氫鍵，使其具有一定的強(qiáng)度和剛性，不易溶于稀酸或稀堿。人類體內(nèi)沒有可以水解纖維素的酶。第33頁,共82頁，2024年2月25日，星期天3、菊淀粉：果聚糖4、半纖維素（雜多糖）：是不溶于水而能被稀堿溶出的酸性多糖的總稱。5、樹膠：如阿拉伯膠是一種有分支的雜多糖。6、粘液質(zhì)：雜多糖7、粘膠質(zhì)：溶于熱水，冷后呈凍狀，如果膠。第34頁,共82頁，2024年2月25日，星期天常見動(dòng)物多糖肝糖元：聚合度小于淀粉，遇碘呈紅褐色。甲殼素：與纖維素類似。肝素：高度硫酸酯化的右旋多糖。硫酸軟骨素透明質(zhì)酸第35頁,共82頁，2024年2月25日，星期天苷類（又稱配糖體）

糖或糖的衍生物非糖物質(zhì)（氨基糖，糖醛酸等）（黃酮，萜類等）

苷(glycosides)糖的端基碳原子苷鍵α、β第36頁,共82頁，2024年2月25日，星期天苷類化合物的分類：根據(jù)生物體內(nèi)的存在形式：分為原生苷、次級苷。根據(jù)連接單糖基的個(gè)數(shù)：單糖苷、二糖苷、三糖苷……。根據(jù)苷元連接糖基的位置數(shù)：單糖鏈苷、二糖鏈苷……。根據(jù)苷鍵原子的不同：氧苷、硫苷、氮苷、碳苷。

第37頁,共82頁，2024年2月25日，星期天1、氧苷：

苷元與糖基通過氧原子相連，根據(jù)苷元與糖縮合的基團(tuán)的性質(zhì)不同，分為以下幾類：醇苷：是通過醇羥基與糖端基脫水而成的苷。比較常見，如本書所講皂苷，強(qiáng)心苷均屬此類。酚苷：苷元的酚羥基與糖端基脫水而成的苷。較常見，如黃酮苷、蒽醌苷多屬此類。第38頁,共82頁，2024年2月25日，星期天

氰苷：主要是指α-羥基腈的苷。該類化合物多為水溶性，不易結(jié)晶，在酸和酶催化時(shí)易于水解。生成的苷元α-羥基腈很不穩(wěn)定，立即分解為醛(酮)和氫氰酸。而在堿性條件下苷元易發(fā)生異構(gòu)化。該類化合物中的芳香族氰苷，分解后生成苯甲醛（有典型的苦杏仁味）和氫氰酸，因而可以用于鎮(zhèn)咳。如苦杏仁可用于鎮(zhèn)咳，正是由于其中的苦杏仁苷分解后可釋放少量HCN的結(jié)果。第39頁,共82頁，2024年2月25日，星期天

（4）酯苷：苷元的羥基與糖端基脫水而成的苷。苷鍵既有縮醛的性質(zhì)，又有酯的性質(zhì)，易為稀酸和稀堿水解。（5）吲哚苷：指吲哚醇和糖形成的苷，在豆科和蓼科中有分布，苷元無色，但易氧化是暗藍(lán)色的靛藍(lán)，具有反式結(jié)構(gòu)，中藥青黛就是粗制靛藍(lán)，民間用以外涂治療腮腺炎，有抗病毒作用。第40頁,共82頁，2024年2月25日，星期天紅景天苷天麻苷垂盆草苷山慈姑苷第41頁,共82頁，2024年2月25日，星期天菘苔苷第42頁,共82頁，2024年2月25日，星期天2、硫苷：是糖的端基OH與苷元上巰基縮合而成的苷。如蘿卜中的蘿卜苷。

第43頁,共82頁，2024年2月25日，星期天3、氮苷：

糖的端基碳與苷元上氮原子相連的苷稱氮苷，是生物化學(xué)領(lǐng)域中的重要物質(zhì)。如核苷類化合物。腺苷第44頁,共82頁，2024年2月25日，星期天4、碳苷：

是一類糖基和苷元直接相連的苷。組成碳苷的苷元多為酚性化合物，如黃酮、查耳酮、色酮、蒽醌和沒食子酸等。尤其以黃酮碳苷最為常見。碳苷常與氧苷共存，它的形成是由苷元酚羥基所活化的鄰對位的氫與糖的端基羥基脫水縮合而成。因此，在碳苷分子中，糖總是連在有間二酚或間苯三酚結(jié)構(gòu)的環(huán)上。黃酮碳苷的糖基均在A環(huán)的6位或8位。碳苷類化合物具有溶解度小、難以水解的特點(diǎn)。第45頁,共82頁，2024年2月25日，星期天1468第46頁,共82頁，2024年2月25日，星期天一、性狀：

形：苷類化合物多數(shù)是固體，其中糖基少的可以成結(jié)晶，糖基多的如皂苷，則多呈具有吸濕性的無定無形粉末。味：苷類一般是無味的，但也有很苦的和有甜味的，如甜菊苷，是從甜葉菊的葉子中提取得到的，屬于貝殼杉烷型四環(huán)二萜的多糖苷，比蔗糖甜300倍，臨床上用于糖尿病患者作甜味劑用，無不良反應(yīng)。色：苷類化合物的顏色是由苷元的性質(zhì)決定的。糖部分沒有顏色。

第二節(jié)理化性質(zhì)第47頁,共82頁，2024年2月25日，星期天二、溶解性：

化合物糖苷化以后，由于糖的引入，結(jié)構(gòu)中增加了親水性的羥基，因而親水性增強(qiáng)。苷類的親水性與糖基的數(shù)目有密切的關(guān)系，往往隨著糖基的增多而增大，大分子苷元（如甾醇等）的單糖苷常可溶解于低極性的有機(jī)溶劑，如果糖基增多，則苷元占的比例相應(yīng)變小，親水性增加，在水中的溶解度也就增加。因此，用不同極性的溶劑順次提取藥材時(shí)，在各提取部分都有發(fā)現(xiàn)苷類化合物的可能。碳苷與氧苷不同，無論在水中還是在其他溶劑中溶解度一般都較小。第48頁,共82頁，2024年2月25日，星期天三、旋光性：

多數(shù)苷類化合物呈左旋，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，比較水解前后旋光性的變化，也可以用以檢識苷類化合物的存在。但必須注意，有些低聚糖或多糖的分子也都有類似的性質(zhì)，因此一定要在水解產(chǎn)物中肯定苷元的有無，才能判斷苷類的存在。第49頁,共82頁，2024年2月25日，星期天四、糖的檢識化學(xué)鑒定：Molish反應(yīng)：糖或苷類遇濃硫酸/α-萘酚試劑呈紫色或棕色環(huán)。Feiling反應(yīng)：還原糖遇硫酸酮和堿性酒石酸鉀鈉產(chǎn)生磚紅色的氧化亞銅沉淀。Tollen反應(yīng)：還原性糖遇硝酸銀的氨水溶液析出銀。第50頁,共82頁，2024年2月25日，星期天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）BAW

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）等。色譜鑒定：第51頁,共82頁，2024年2月25日，星期天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）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第52頁,共82頁，2024年2月25日，星期天

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/H2O或乙醇液

茴香醛-硫酸試劑苯胺-二苯胺磷酸試劑等第53頁,共82頁，2024年2月25日，星期天第三節(jié)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。

第54頁,共82頁，2024年2月25日，星期天一、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。第55頁,共82頁，2024年2月25日，星期天酸水解的規(guī)律：（1）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）（2）呋喃糖苷較吡喃糖苷易水解。因五元呋喃環(huán)的頰性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。第56頁,共82頁，2024年2月25日，星期天（3）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。（4）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）第57頁,共82頁，2024年2月25日，星期天（5）氨基取代的糖較-OH糖難水解，-OH糖又較去氧糖難水解。

2,6-二去氧糖苷>2-去氧糖苷>6-去氧糖苷>2-羥基糖苷>2-氨基糖苷（6）芳香屬苷較脂肪屬苷易水解。如：酚苷

>萜苷、甾苷（因苷元部分有供電結(jié)構(gòu)，而脂肪屬苷元無供電結(jié)構(gòu)）第58頁,共82頁，2024年2月25日，星期天酸水解方法5~10%HCl/H2SO4/甲醇TLC斑點(diǎn)檢查第59頁,共82頁，2024年2月25日，星期天二、堿催化水解一般的苷對堿是穩(wěn)定的，不易被堿催化水解，故多數(shù)苷是采用稀酸水解。但是，酯苷、酚苷、氰苷、烯醇苷和β-吸電子基取代的苷,苷元為酸、酚、有羰基共軛的烯醇類等，苷鍵具有酯的性質(zhì)，遇堿能水解。第60頁,共82頁，2024年2月25日，星期天三、酶催化水解酶促反應(yīng)具有專屬性高，條件溫和的特點(diǎn)。麥芽糖酶專使α-葡萄糖苷鍵水解杏仁苷酶是一種β-葡萄糖苷水解酶用酶水解苷鍵可以獲知苷鍵的構(gòu)型，可以保持苷元結(jié)構(gòu)不變，還可以保留部分苷鍵得到次級苷或低聚糖，以便獲知苷元和糖、糖和糖之間的連接方式。第61頁,共82頁，2024年2月25日，星期天四、過碘酸裂解反應(yīng)(Smith裂解法）

用過碘酸氧化1,2-二元醇的反應(yīng)可以用于苷鍵的水解，稱為Smith裂解，是一種溫和的水解方法。適用的情況：苷元結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定,C-苷不適用的情況：苷元上也有1，2-二元醇第62頁,共82頁，2024年2月25日，星期天第63頁,共82頁，2024年2月25日，星期天C-苷的水解：比原苷元多一個(gè)醛。第64頁,共82頁，2024年2月25日，星期天該反應(yīng)的應(yīng)用:

苷元不穩(wěn)定的苷，以及碳苷用此法進(jìn)行水，可得到完整的苷元，這對苷元的研究具有重要的意義。此外，從降解得到的多元醇，還可確定苷中糖的類型。第65頁,共82頁，2024年2月25日，星期天第四節(jié)苷的提取分離第66頁,共82頁，2024年2月25日，星期天一、提取主要為溶劑法——水、稀醇（單糖、低聚糖、多糖）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。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。

第67頁,共82頁，2024年2月25日，星期天

由于植物體內(nèi)有水解酶共存，為了獲得原生苷，必須采用適當(dāng)?shù)姆椒缑富蛞种泼傅幕钚浴Ｆ茐幕蛞种浦参矬w內(nèi)酶的方法：采集新鮮材料、迅速加熱干燥、冷凍保存、用沸水或醇提取、先用碳酸鈣拌和后再用沸水提取等。第68頁,共82頁，2024年2月25日，星期天流程圖第69頁,共82頁，2024年2月25日，星期天二、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)除去法第70頁,共82頁，2024年2月25日，星期天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)格廉；③缺點(diǎn)：無測定其吸附力級別的理想方法。

第71頁,共82頁，2024年2月25日，星期天分類：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綿綸-活性炭——以綿綸為粘合劑，將粉末狀活性炭制成顆粒，吸附力最弱。第72頁,共82頁，2024年2月25日，星期天⑵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(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→多糖單糖等第73頁,共82頁，2024年2月25日，星期天2．纖維素色譜纖維素柱色譜對多糖的分離既有吸附色譜的性質(zhì)，又具有分配色譜的性質(zhì)。所用的洗脫劑是水和不同濃度乙醇的水溶液。流出柱的先后順序通常是水溶性大的先出柱，水溶性差的最后出柱。第74頁,共82頁，2024年2月25日，星期天3．離子交