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1、第二章 糖和苷第一节 单糖的立体结构 单糖(monosaccharides)是多羟基醛或酮，是组成糖及其衍生物的基本单位。单糖的结构可用Fisher和Haworth投影式表示。2-酮羰基一、单糖的绝对构型一、单糖的绝对构型 习惯上把单糖Fisher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。在Haworth式中看那个不对称碳原子上的取代基，向上为型，向下为型。D-葡萄糖L-鼠李糖二、单糖的端基差向异构体 单糖成环后新形成的一个不对称碳原单糖成环后新形成的一个不对称碳原子称为端基碳子称为端基碳(anomeric carbon)，生成的生
2、成的一对差向异构体有一对差向异构体有、二种构型。二种构型。Fisher投投影影式式：C1-OH与与原原C5(六六碳碳糖糖)或或C4(五五碳糖碳糖)-OH，顺式的为顺式的为，反式的为，反式的为。Haworth投投影影式式：C1-OH与与原原C5(六六碳碳糖糖)或或C4(五碳糖五碳糖)-取代基取代基，异侧的为异侧的为，同侧的为，同侧的为。三、单糖的氧环 自然界的糖都以六元或五元氧环的形式 存 在。五 元 氧 环 的 称 为 呋 喃 糖（furanose)，六元氧环的称为吡喃糖（pyranose).四、单糖的构象Haworth式更接近糖结构的真实情况，但仍是一种简化的表示方法。呋喃环：基本为一平面（
3、如：信封式），无明显的结构变化。吡喃环：以椅式构象为优势构象，C1或1C。第二节、糖和苷的分类单糖 monosaccharides低聚糖 oligosaccharides:由29个单糖基通过苷键键合而成的直糖链或支糖链的聚糖。多聚糖 polysaccharides：由十个以上的单糖基通过苷键键合而成的聚糖。一、单糖 monosaccharides1.五碳醛糖aldopentoses2.甲基五碳糖3.六碳醛糖aldohexoses4.六碳酮糖ketohexose,hexulose5.分支链的单糖单糖的一个或几个醇羟基换成氨基。天然存在的氨基糖多为2-氨基-2-去氧醛糖。6.氨基糖(amino s
4、ugar):7.去氧糖(deoxysugars)单糖分子的一个或两个羟基为氢原子代替的糖。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。8.糖醇 单糖的醛或酮还原成羟基后所得的多元醇。9.糖醛酸10.环醇类二、低聚糖 oligosaccharides 二糖：蔗糖据单糖的个数 三糖：棉子糖 四糖：水苏糖 五糖：毛蕊糖 还原糖：樱草糖据有无游离的醛或酮基 非还原糖：蔗糖，大 多数的三、四、五糖等三、多聚糖 polysaccharides据在生物体内的功能分为：形成动植物的支持组织：如植物中的纤维素、甲壳类动物的甲壳素；分子呈直链型，不溶于水；为动植物储存养料：如淀粉、肝糖元等
5、；分子多为支链型分子，可溶于热水成胶体溶液，可经酶催化水解释放单糖以供应能量。均多糖（homosaccharide):由一种单糖组成。如：由葡聚糖为glucan。杂多糖（heterosaccharide):如：葡萄甘露聚糖glucomannan。据单糖的种类分为：植物多糖动物多糖据来源分为：四、苷类(glycosides)（配糖体）糖或糖的衍生物 非糖物质（氨基糖，糖醛酸等）（黄酮，萜类等）苷(glycosides)糖的端基碳原子苷键、据苷键原子的不同：据苷键原子的不同：氧苷(醇苷、酚苷、氰苷、酯苷、吲哚苷)硫苷：端基-OH与苷元上的巯基而成的苷。氮苷：端基碳与苷元上的氮原子相连的苷。碳苷：糖
6、基直接连在苷元碳原子的苷类。1.氧苷2.硫苷3.氮苷4.碳苷：由苷元的酚羟基所活化的邻或对位的氢与糖的端基羟基脱水缩合而成。糖多接在间二或间三酚羟基环上。碳苷的苷元多为黄酮类、蒽醌类化合物，黄酮碳苷糖多接在6-或8-位上。第三节、糖的化学性质与糖的分离和结构鉴定密切相关的反应：氧化反应糠醛的形成反应羟基反应羰基反应硼酸络合反应一、氧化反应过碘酸反应适用范围：邻二醇，-氨基醇，-羟基醛（酮），邻二酮和某些活泼次甲基等结构。特点：定量，一个邻二醇，消耗一分子过碘酸；水溶液或亲水有机溶剂中进行；邻二醇顺式反应比反式快。反应机理：反应机理：酸性或中性介质酸性或中性介质五元环状酯中间体五元环状酯中间体
7、甲基-D-甘露糖 甲基-D-半乳糖 甲基-D-葡萄糖在弱酸性或中性介质中，顺式在弱酸性或中性介质中，顺式1,2-二元醇比二元醇比反式的反应快的多。反式的反应快的多。应用：应用：常常用用于于糖糖类类和和多多元元醇醇结结构构研研究究。从从过过碘碘酸酸的的消消耗耗量量到到甲甲醛醛或或甲甲酸酸等等的的生生成成量量测测定定，对糖的结构推测等都有很大的作用。对糖的结构推测等都有很大的作用。游游离离的的单单糖糖按按Fisher式式，成成苷苷的的糖糖按按Haworth 式式估估算算消消耗耗的的过过碘碘酸酸的的克克分分子子数数。二、糠醛的形成反应 单糖在浓酸作用下，脱水，生成具有呋喃环结构的化合物。多糖先水解成
8、单糖，然后再脱水生成相同的产物。糖醛酸先脱羧，再形成糠醛。应用：检测糖类应用：检测糖类 原原理理：糖在浓酸的作用下发生糠醛反应，所生成的糠醛衍生物和许多芳胺、酚类可缩合生成有色物质。试剂试剂：有机酸:（三氯乙酸、草酸等）或无机酸（硫酸、磷酸等）酚或胺类：含有活泼亚甲基并有共轭未饱和系统的 化合物，如：苯酚，萘酚，苯胺。Molish反应：浓硫酸和-萘酚糠醛与糠醛与-萘酚萘酚缩合物缩合物 紫色紫色常用的层析显色剂：邻苯二甲酸和苯胺三、羟基反应糖的羟基反应包括：醚化反应、酰化反应和缩酮（醛）反应。羟基的活泼性：半缩醛羟基(C1-OH）伯醇基(C6-OH)C2-OH其它仲醇基e-OH a-OH (一一
9、)醚化（甲基化）反应醚化（甲基化）反应常采用的有常采用的有:甲醚化、三甲硅醚化和三苯甲醚化、三甲硅醚化和三苯甲醚化反应。甲醚化反应。甲基化常用的方法：甲基化常用的方法：Kuhn改改良良法法：在在二二甲甲基基甲甲酰酰胺胺（DMF）溶溶液液中中用用CH3I和和Ag2O,或或(CH3)2SO4和和BaO/Ba(OH)2进进行反应。行反应。箱箱 守守 法法（Hakomori)：在在 二二 甲甲 基基 亚亚 砜砜（DMSO）中用中用NaH和和CH3I进行反应。进行反应。（二）酰化反应二）酰化反应包括：乙酰化和对甲苯磺酰化。反应条件：在醋酐加醋酸钠，或醋酐中加氯化锌或在醋酐加吡啶溶液中反应，得到全乙酰化的
10、糖。将糖作成缩醛（酮）可进行部分乙酰化。用途：NMR测定，鉴别羟基数目；GC-MS连用，决定多糖连接点。3.缩酮和缩醛反应 酮或醛在脱水剂存在下和多元醇的两个有适当空间位置的羟基易形成环状缩酮或缩醛。缩酮反应：一般酮类易与顺邻羟基形成五元环状物；缩醛反应：醛类易与1,3-双羟基生成六元环状物。糖与丙酮生成的五元环缩酮称为异丙叉衍生物，又称丙酮加成物。-D-半乳糖半乳糖 1,2;3,4-二二-O-异丙叉异丙叉-D-半乳吡喃糖半乳吡喃糖应用应用:保护游离糖的一对或两对羟基。保护游离糖的一对或两对羟基。四、羰基反应还还原原糖糖和和一一分分子子苯苯肼肼缩缩合合生生成成糖糖苯苯腙腙，多多数数糖糖苯苯腙腙
11、是是水水溶溶性性的的，选选择择适适当当的的肼肼可可以以制制得得糖糖腙腙以以鉴别糖类，也可用于分离和纯化糖。鉴别糖类，也可用于分离和纯化糖。糖糖和和过过量量的的苯苯肼肼作作用用，在在C1和和C2导导入入两两分分子子苯苯肼肼，生成糖脎。多难溶于水，有好晶型。生成糖脎。多难溶于水，有好晶型。2-去氧糖不成脎。去氧糖不成脎。五、硼酸络合反应 糖的邻二羟基与许多试剂可生成络合物，可用于糖的分离、鉴定和构型推定。第四节、苷键的裂解（糖链的降解）酸催化水解反应(醇解)乙酰解反应碱催化水解和-消除反应酶催化水解过碘酸裂解反应1.酸催化水解反应水解难易规律:苷原子的电子云密度 和空间环境苷原子不同:N-苷 O-
12、苷 S-苷 C-苷呋喃糖 吡喃糖 (50-100倍)酮糖醛糖吡喃糖苷中C5位的取代基越大越难水解,即:五碳糖甲基五碳糖六碳糖七碳糖-COOH取代去氧糖羟基糖氨基糖醇苷 a-易质子化，苷元为大基团：a-e-（稳定性）氮原子位于酰胺或嘧啶位置时,N-苷难于用矿酸水解.（p79）酸水解方法酸水 510%HCl/H2SO4 两相水解法：对酸不稳定苷元用酸水/有机溶剂（后加）TLC斑点水解2.碱催化水解 苷元为酸、酚、有羰基共轭的烯醇类等，苷键具有酯的性质，遇碱能水解。3.酶催化水解酶促反应具有专属性高，条件温和的特点。麦芽糖酶（maltase）专使-葡萄糖苷键水解。杏仁苷酶（emulsin）是一种-葡
13、萄糖苷水解酶。用酶水解苷键可以获知苷键的构型，可以保持苷元结构不变，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。4.过碘酸裂解反应(Smith裂解法）苷元结构容易改变的苷以及C-苷的水解研究特别适宜。但不适于苷元上也有1，2-二元醇结构的苷类。C-苷的水解：比原苷元多一个醛。5、糖醛酸苷的选择性水解反应糖醛酸的苷键是很难用稀酸水解的，需要采用一些特殊的选择性水解反应，如紫外光照射法、四醋酸铅分解法、醋酐-吡啶法等。第五节、糖的核磁共振性质 一般1H-NMR谱中，糖端基质子信号在4.3-5.5，其余部分在3.2-4.2左右，因此可以从端基质子数了解糖的种类和个数
14、。C1-H和C2-H的偶合常数，决定端基碳的构型。-D-葡萄糖-D-葡萄糖六碳吡喃糖苷，当是葡萄糖或半乳糖，-构型其J1，2为8Hz左右，而-构型双面角近60，J1，2为4Hz左右。-D-甘露糖-D-甘露糖而甘露糖和鼠李糖难于区分端基碳的构型。JC，H也可对六碳吡喃糖苷的竖键（即-型）和横键（-型）的鉴定有很大帮助，前者为160-165Hz，后者为170-175Hz。13C-NMR：anomeric 碳：98-110，型在低场C2 C4碳：70-85C5、C6碳：60-65CH3（甲基五碳糖）：18苷化位移（glycosidation shift）糖的端基羟基成苷后，端基碳（C1）和苷元的-C
15、的化学位移均向低场移动，而相邻的碳（-C）稍向高场移动，偶尔也有稍向低场移动的，这种苷化前后的化学变化，称做。苷化位移规律：一、醇苷：端基及-C向低场1、苷元为链状，苷化位移随伯、仲、叔递减。2、苷元为环醇，若-C有烷基取代，苷化位移与苷元位及糖的端基手性有关。苷元位及糖的端基手性相同，与-C无取代相似。苷元位及糖的端基手性不同，苷化位移比-C无取代大。二、酚苷：与醇苷相反，-C向高场，-C向低场。三、酯苷：与醇苷相反，-C向高场，-C向低场。第六节、糖链结构的测定三个问题：单糖组成；糖的连接顺序和位置；苷键构型。（一）纯度鉴定 常用的纯度鉴定法有：官能团分析；比旋度；毛细管气相层析；HPLC
16、等。电泳是常用的鉴定纯度方法。多糖的分子量只是一种统计平均值。（二）分子量的测定 单糖、低聚糖及其苷的分子量测定目前大多用质谱法。在不同型号的Sephadex或Sepharose柱层析上测定多糖分子量是用量小、操作简便的方法。工作中需要一系列结构相似的已知分子量得多糖作比标准曲线。（三）单糖的鉴定1、糖的种类 一般是将苷键全水解，水解产物鉴定。色谱法：PC；TLC；GC（衍生物）；HPLCNMR：化学位移；J值化学法：如Molish反应2、糖的数目的确定主要根据NMR：碳谱 90110；氢谱 46 2D-NMR；MS等。（四）单糖之间连接位置的决定 将糖链全甲基化，然后水解苷键，鉴定所获得的甲
17、基化单糖，其中游离-OH的部位就是连结位置。目前常使用 13C-NMR 方法，主要是通过归属各碳信号，以确定产生苷化位移的碳。（五）糖链连接顺序的决定早期是缓和水解法。将糖链水解成较小的片断（各种低聚糖）再分析。质谱分析也以用于低聚糖的结构研究。自旋晶格弛豫时间T1是结构研究中常用的另外一个参数。一般说外侧糖比内侧糖的T1 值大。观察两糖之间质子的远程偶合确定。（六）苷键构型的确定核磁共振技术酶催化水解分子旋光差（Klyne法）Klyne将苷和苷元的分子旋光差与组成该苷元的糖的一对甲苷的分子旋光度进行比较，数值上相接近的一个便是与之有相同苷键的一个（参见94）。第七节、糖和苷的提取分离 为防止苷在提取中发生水解，可用乙醇或沸水作为溶剂进行提取。通常是将生药的乙醇或甲醇提取物顺次以石油醚脱脂，以乙醚或氯仿抽出苷元，以乙酸乙酯抽出单糖苷或少糖苷，在以丁醇提取多糖苷。一、离子交换层析 二、凝胶滤过法 三、季铵氢氧化物沉淀法 四、分级沉淀或分级溶解法 五、蛋白质除去法反应机理：反应机理：若吡喃糖无顺邻羟基，易转化成呋喃型。D-葡萄糖葡萄糖 1,2;5,6-二二-O-异丙叉异丙叉-D-葡萄呋喃糖葡萄呋喃糖2.乙酰解反应2.碱催化水解和-消除反应