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1、卫生部规划教材第五版卫生部规划教材第五版第一章第一章 总论总论第二章第二章 糖和苷糖和苷第三章第三章 苯丙素类苯丙素类第四章第四章 醌类化合物醌类化合物第五章第五章 黄酮类化合物黄酮类化合物第六章第六章 萜类和挥发油萜类和挥发油第七章第七章 三萜及其苷类三萜及其苷类第八章第八章 甾体及其苷类甾体及其苷类第九章第九章 生物碱生物碱 第一章第一章 一、概述一、概述三、提取分离的方法三、提取分离的方法四、结构研究方法四、结构研究方法二、生物合成二、生物合成第一章第一章 总论总论天然药物化学是药物化学的一个分支学科。它主天然药物化学是药物化学的一个分支学科。它主要用现代科学理论和技术方法研究天然化学物
2、资;具要用现代科学理论和技术方法研究天然化学物资;具体内容包括主要类型的天然化学成分的体内容包括主要类型的天然化学成分的结构类型结构类型、提提取分离方法取分离方法、结构测定等结构测定等。天然药物来源天然药物来源:植物(为主)、动物、矿物天然植物(为主)、动物、矿物天然药物中的活性成分是其药效的物资基础。药物中的活性成分是其药效的物资基础。例如:例如:一、概一、概 述述 一、概一、概 述述 一、概一、概 述述 由于现代科学技术进步,特别是将波谱解析方法(NMR、MS、IR、UV)用于推导化合物的结构,甚至用X X晶体衍射来确定化合物结构的发展,以及分离手段的进步,天然药化的发展速度大为加快,发现
3、的新化合物数目大为增加,微量成分、水溶性成分的分离、提纯;稳定性差的活性物资的分离等也不再是难题了。天然药物化学本身也已不再是原先的分离提取、结构鉴定,而是逐步发展成生测指导下的分离提取、结构鉴定,及半合成修饰和全合成紧密结合的一门学科。一、概一、概 述述 一、概述一、概述三、提取分离的方法三、提取分离的方法四、结构研究方法四、结构研究方法二、生物合成二、生物合成第一章第一章 总论总论 1)提取前文献查阅综述和药材生药鉴定2)提取方法粉碎成粗粉有机溶剂法和水提法水蒸气蒸馏法升华法3)分离纯化法根据物质溶解度的不同进行分离a.温度不同,溶解度不同b.改变溶液的极性去杂c.酸碱法d.沉淀法三、提取
4、分离的方法三、提取分离的方法 根据物质分配比不同极性分离a.液-液萃取法b.反流分布法c.液滴逆流层析法d.高速逆流层析法e.GC法f.LC法:LC分配层析载体主要有-硅胶,硅藻土,纤维素等;有正反相之分;压力有低、中、高之分;载量有分析、制备之分。三、提取分离的方法三、提取分离的方法 根据物质吸附性不同极性分离a.极性吸附剂(如SiO2,Al2O3.)极性强,吸附力大非极性吸附剂(如活性炭 对非极性化合物的吸附力强(洗脱时洗脱力随洗脱剂的极性降低而增大)。b.化合物的极性大小依化合物的官能团的极性大小 而定;溶剂的极性大小可按其介电常数()大小排列(极性渐大 ):己烷 苯 无水乙醚 CHCl
5、3 AcOEt 乙醇 甲醇 水 1.88 2.29 4.47 5.20 6.11 26.0 31.2 81.0三、提取分离的方三、提取分离的方法法 c.氢键力吸附聚酰胺吸附层析-洗脱剂的洗脱力由小到大为:水 甲醇 丙酮 NaOH液 甲酰胺 尿素水液根据物质分子的大小进行分离如葡萄糖凝胶(Sephadex G and LH-20.)过泸法等根据物质解离程度不同的分离法离子交换法:强酸:-SO3H强碱:-N+(CH3)3Cl-弱酸:-CO2H弱碱:-NH2(NH,N)三、提取分离的方法三、提取分离的方法 一、概述一、概述三、提取分离的方法三、提取分离的方法四、结构研究方法四、结构研究方法二、生物合
6、成二、生物合成第一章第一章 总论总论 从天然物中分离到化合物单体后,需进行结构鉴定,方法有波谱法,化学法,文献调研等。1)纯化和干燥化合物的样品2)通过文献调研,理化常数和化学定性分析等初步判断结构类型3)由波谱法等确定分子式,分子量,不饱和度;进一步推出结构官能团推出结构片断或骨架推出平面结构确定其构型,构象。四、结构研究方法四、结构研究方法第二章第二章糖和苷糖和苷carbohydratescarbohydrates一、概述一、概述二、单糖的立体化学二、单糖的立体化学三、糖和苷的分类三、糖和苷的分类四、苷类化合物的理化性质四、苷类化合物的理化性质五、苷键的裂解五、苷键的裂解六、糖的核磁共振性
7、质六、糖的核磁共振性质七、糖链的结构测定七、糖链的结构测定八、糖和苷的提取分离八、糖和苷的提取分离第二章第二章 糖和苷糖和苷一、一、概述概述 糖又称作糖又称作碳水化合物碳水化合物(carbohydrates)(carbohydrates),是自,是自然界存在的一类重要的天然产物,是生命活动所然界存在的一类重要的天然产物,是生命活动所必需的一类物质,和核酸、蛋白质、脂质一起称必需的一类物质,和核酸、蛋白质、脂质一起称为生命活动所必需的四大类化合物。按照其聚合为生命活动所必需的四大类化合物。按照其聚合程度可分为单糖、低聚糖(寡糖)和多糖等。程度可分为单糖、低聚糖(寡糖)和多糖等。苷类又称配糖体苷类
8、又称配糖体(glycoside)(glycoside),是由糖或糖,是由糖或糖的衍生物等与另一非糖物质通过其端基碳原子的衍生物等与另一非糖物质通过其端基碳原子联接而成的化合物。联接而成的化合物。糖和苷糖和苷类的的生理活性是多种多生理活性是多种多样的,糖是植物光合的,糖是植物光合作用的初生作用的初生产物,通物,通过它它进而合成了植物中的而合成了植物中的绝大部分大部分成分。所以糖成分。所以糖类除了作除了作为植物的植物的贮藏养料和骨架之外,藏养料和骨架之外,还是其它有机物是其它有机物质的前体。一些具有的前体。一些具有营养、养、强壮作用的壮作用的药物,如物,如山山药、何首、何首乌、大、大枣等均含有大量
9、糖等均含有大量糖类。苷。苷类种种类繁多,繁多,结构不一,其生理活性也多种多构不一,其生理活性也多种多样,在心血,在心血管系管系统、呼吸系、呼吸系统、消化系、消化系统、神、神经系系统以及抗菌消炎,以及抗菌消炎,增增强机体免疫功能、抗机体免疫功能、抗肿瘤等方面都具有不同的活性,瘤等方面都具有不同的活性,苷苷类已成已成为当今研究天然当今研究天然药物中不可忽物中不可忽视的一的一类成分。成分。许多常多常见的中的中药例如人参、甘草、柴胡、黄芪、黄芩、例如人参、甘草、柴胡、黄芪、黄芩、桔梗、芍桔梗、芍药等都含有苷等都含有苷类。一、一、概述概述一、概述一、概述二、单糖的立体化学二、单糖的立体化学三、糖和苷的分
10、类三、糖和苷的分类四、苷类化合物的理化性质四、苷类化合物的理化性质五、苷键的裂解五、苷键的裂解六、糖的核磁共振性质六、糖的核磁共振性质七、糖链的结构测定七、糖链的结构测定八、糖和苷的提取分离八、糖和苷的提取分离第二章第二章 糖和苷糖和苷单糖糖结构的表示方法:构的表示方法:二、单糖的立体化学二、单糖的立体化学Fisher式式 Haworth式式成环状结构后,多了一个手性碳成环状结构后,多了一个手性碳-端基碳端基碳 离端基碳最离端基碳最远的碳原子的构型的碳原子的构型 D型型 L型型(Haworth式限于式限于羰基碳与基碳与该原子成原子成环的)的)二、单糖的立体化学二、单糖的立体化学绝绝 对对 构构
11、 型:型:端基碳(anomeric carbon)的相对构型 型型(Haworth式限于羰基碳与 该原子成环的)是C1相对于C5的构型,因此-D-糖和-L-糖的端基碳原子的构型是一样的。差向异构体:差向异构体:二、单糖的立体化学二、单糖的立体化学 吡喃糖吡喃糖(pyranose,六,六员环)呋喃喃糖糖(furanose,五,五员环),吡喃糖的,吡喃糖的优势构象构象椅式。椅式。单糖的构象:单糖的构象:二、单糖的立体化学二、单糖的立体化学一、概述一、概述二、单糖的立体化学二、单糖的立体化学三、糖和苷的分类三、糖和苷的分类四、苷类化合物的理化性质四、苷类化合物的理化性质五、苷键的裂解五、苷键的裂解六
12、、糖的核磁共振性质六、糖的核磁共振性质七、糖链的结构测定七、糖链的结构测定八、糖和苷的提取分离八、糖和苷的提取分离第二章第二章 糖和苷糖和苷三、糖和苷的分类三、糖和苷的分类一、一、单糖单糖:已发现已发现200多种多种,3C8C,多以结合态存在多以结合态存在.可分为以下几类可分为以下几类:1、五碳醛碳、五碳醛碳(aldopentoses)有有L-阿拉伯糖阿拉伯糖(L-arabinose),D-木糖木糖(D-xylose),D-来来苏糖苏糖(D-lyxose),D-核糖核糖(D-ribose)等。等。L-阿拉伯糖的结构如下:阿拉伯糖的结构如下:三、糖和苷的分类三、糖和苷的分类2、六碳醛糖、六碳醛糖
13、(aldohexose)常见的有常见的有D-葡萄糖葡萄糖(D-glucose),D-甘露糖甘露糖(D-mannose),D-阿洛糖阿洛糖(D-allose),D-半乳糖半乳糖(D-galactose)等。其中以等。其中以D-葡萄糖最为常见。葡萄糖最为常见。三、糖和苷的分类三、糖和苷的分类3、六碳酮糖、六碳酮糖(ketohexose,hexulose)如如D-果糖果糖(D-fructose),L-山梨糖山梨糖(L-sorbose)等。下图为等。下图为-D-果糖的结构:果糖的结构:返回返回4、甲基五碳糖、甲基五碳糖 常见的有常见的有L-鼠李糖鼠李糖(L-rhamnose),L-夫糖夫糖(L-fuc
14、ose)和和D-鸡纳糖鸡纳糖(D-quinovose)。如。如L-鼠李糖的结构。鼠李糖的结构。5、支碳、支碳链糖糖 糖糖链中含有支中含有支链,如,如D-芹糖芹糖(D-apiose)和和D-金金缕梅糖梅糖(D-hamamelose,结构如下构如下)三、糖和苷的分类三、糖和苷的分类6、氨基糖氨基糖(amino sugar)单糖的一个或几个醇羟基单糖的一个或几个醇羟基置换成氨基。如庆大霉素的结构:置换成氨基。如庆大霉素的结构:7、去氧糖、去氧糖(deoxysugars)单糖分子的一个或二个羟单糖分子的一个或二个羟基被氢原子取代的糖,常见的有基被氢原子取代的糖,常见的有6-去氧糖、甲基五去氧糖、甲基五
15、碳糖、碳糖、2,6-二去氧糖及其二去氧糖及其3-O-甲醚等。该类糖在强心甲醚等。该类糖在强心苷和微生物代谢产物中多见,并有一些特殊的性质。苷和微生物代谢产物中多见,并有一些特殊的性质。如如L-黄花夹竹桃糖黄花夹竹桃糖(L-thevetose)是是2,6-二去氧糖的二去氧糖的3-O-甲醚。甲醚。三、糖和苷的分类三、糖和苷的分类8、糖醛酸糖醛酸(uronic acid)单糖分子中的伯醇基氧化成单糖分子中的伯醇基氧化成羧基,常结合成苷类或多糖存在,常见的如葡萄糖醛羧基,常结合成苷类或多糖存在,常见的如葡萄糖醛酸酸(glucuronic acid)和半乳糖醛酸和半乳糖醛酸(galactocuronic
16、 acid)。三、糖和苷的分类三、糖和苷的分类糖糖醛酸易酸易环合成内合成内酯,在水溶液中呈平衡状,在水溶液中呈平衡状态。三、糖和苷的分类三、糖和苷的分类二、低聚糖二、低聚糖(oligosaccharides,寡糖,寡糖):由由29个单糖通个单糖通 过苷键键合而成的直链或支链的聚糖称低聚糖。过苷键键合而成的直链或支链的聚糖称低聚糖。分类:分类:按单糖个数分为按单糖个数分为 单糖、二糖、三糖单糖、二糖、三糖等;等;按有无游离的醛基或酮基分为按有无游离的醛基或酮基分为还原糖和非还原还原糖和非还原 糖,若两个糖均以端基脱水缩合形成的聚糖糖,若两个糖均以端基脱水缩合形成的聚糖 就没有还原性。就没有还原性
17、。化学命名:化学命名:把除末端糖之外的叫糖基,并把除末端糖之外的叫糖基,并标明明连接位置接位置和苷和苷键构型。构型。三、糖和苷的分类三、糖和苷的分类D-葡萄糖葡萄糖 1 2-D-果糖果糖樱草糖樱草糖(primverose,还原糖还原糖)蔗糖蔗糖(sucrose,非还原糖非还原糖)6-O-D-xylopyranosyl-D-glucopyranose也可命名也可命名 D-木糖木糖 1 6-D-葡萄糖葡萄糖2-D-果糖果糖2-O-D-glucopyranosylD-fructofuranose 植物中的三糖大多是以蔗糖植物中的三糖大多是以蔗糖为基本基本结构再构再接上其它接上其它单糖而成的非糖而成的
18、非还原性糖,四糖和五糖原性糖,四糖和五糖是三糖是三糖结构再延构再延长,也是非,也是非还原性糖。原性糖。三、糖和苷的分类三、糖和苷的分类 三三、多聚糖、多聚糖(polysaccharides,多糖多糖)是由是由10个以上的个以上的单糖基通糖基通过苷苷键连接而成。接而成。聚合度:聚合度:100以上至几千以上至几千 性性质:与与单糖和寡糖不同,无甜味,非糖和寡糖不同,无甜味,非还原性原性 分分类:1.按按功能功能分分 水不溶的水不溶的,直糖直糖链型,主要形成型,主要形成动植物的支持植物的支持组织。ex.纤维素,甲壳素素,甲壳素 溶于溶于热水水形成胶体溶液,多支形成胶体溶液,多支链型,型,动植物的植物
19、的贮存养存养料。料。ex.淀粉,肝糖元淀粉,肝糖元三、糖和苷的分类三、糖和苷的分类三、糖和苷的分类三、糖和苷的分类 2.按按组成组成分分 由一种单糖组成由一种单糖组成均多糖均多糖(homosaccharide)由二种以上单糖组成由二种以上单糖组成杂多糖杂多糖 (heterosaccharide)系统命名:系统命名:均多糖:均多糖:在糖名后加字尾在糖名后加字尾-an,如葡聚糖为如葡聚糖为glucan。杂多糖:杂多糖:几种糖名按字母顺序排列后,再加字尾几种糖名按字母顺序排列后,再加字尾-an,如葡萄甘露聚糖为如葡萄甘露聚糖为glucomannan.四四、苷、苷类(glycoside)(又称配糖体又
20、称配糖体)苷苷类化合物的化合物的组成:成:苷元苷元(配基配基):非糖的物:非糖的物质,常,常见的有黄的有黄酮,蒽,蒽醌,三三萜等。等。苷苷类 苷苷键:将二者:将二者连接起来的化学接起来的化学键,可通,可通过 O,N,S等原子或直接通等原子或直接通过N-N键相相连。糖糖(或其衍生物,如氨基糖,糖或其衍生物,如氨基糖,糖醛酸等酸等)苷苷类化合物的命名:化合物的命名:以以-in 或或 oside 作后作后缀。三、糖和苷的分类三、糖和苷的分类苷类化合物的苷类化合物的分类:分类:根据生物体内的存在形式:分为原生苷、次根据生物体内的存在形式:分为原生苷、次 级苷。级苷。根据连接单糖基的个数:单糖苷、二糖苷
21、、根据连接单糖基的个数:单糖苷、二糖苷、三糖苷三糖苷。根据苷元连接糖基的位置数:单糖链苷、二根据苷元连接糖基的位置数:单糖链苷、二 糖链苷糖链苷。根据苷键原子的不同:氧苷、硫苷、氮苷、根据苷键原子的不同:氧苷、硫苷、氮苷、碳苷。碳苷。三、糖和苷的分类三、糖和苷的分类一一 氧苷:氧苷:苷元与糖基通苷元与糖基通过氧原子相氧原子相连,根据苷元与,根据苷元与糖糖缩合的基合的基团的性的性质不同,分不同,分为以下几以下几类:(1)醇苷:醇苷:是通是通过醇醇羟基与糖端基脱水而成的苷。基与糖端基脱水而成的苷。比比较常常见,如本,如本书所所讲皂苷,皂苷,强心苷均属此心苷均属此类。(2)酚苷:酚苷:苷元的酚苷元的
22、酚羟基与糖端基脱水而成的苷。基与糖端基脱水而成的苷。较常常见,如黄,如黄酮苷、蒽苷、蒽醌苷多属此苷多属此类。三、糖和苷的分类三、糖和苷的分类(3)氰苷:氰苷:主要是指主要是指-羟基腈的苷。羟基腈的苷。该类化合物多为水溶性,不易结晶,在酸和酶该类化合物多为水溶性,不易结晶,在酸和酶催化时易于水解。生成的苷元催化时易于水解。生成的苷元-羟基腈很不稳定,立羟基腈很不稳定,立即分解为醛即分解为醛(酮酮)和氢氰酸。而在碱性条件下苷元易发和氢氰酸。而在碱性条件下苷元易发生异构化。生异构化。该类化合物中的芳香族氰苷,分解后生成苯甲该类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)和氢氰酸,因而可
23、以用于镇醛(有典型的苦杏仁味)和氢氰酸,因而可以用于镇咳。如苦杏仁可用于镇咳,正是由于其中的苦杏仁苷咳。如苦杏仁可用于镇咳,正是由于其中的苦杏仁苷(amygdalin)分解后可释放少量分解后可释放少量HCN的结果。的结果。三、糖和苷的分类三、糖和苷的分类三、糖和苷的分类三、糖和苷的分类(4)酯苷:苷:苷元的苷元的羟基与糖端基脱水而成的苷。基与糖端基脱水而成的苷。酯苷的特点:苷苷的特点:苷键既有既有缩醛的性的性质,又有又有酯的性的性质,易,易为稀酸和稀碱水解。稀酸和稀碱水解。例如,存在于所有百合科植物,特例如,存在于所有百合科植物,特别是郁金香属植物如是郁金香属植物如杂种郁金香种郁金香(Tuli
24、pa hybrida)中的化合物山慈菇苷中的化合物山慈菇苷A(tuliposide A),有抗真菌活性。但,有抗真菌活性。但该化化合物不合物不稳定,放置日久易起定,放置日久易起酰基基酰基重排反基重排反应,苷元由,苷元由C1OH转至至C6OH上,同上,同时失失去抗真菌活性。山慈茹苷水解后立即去抗真菌活性。山慈茹苷水解后立即环合生合生成山慈茹内成山慈茹内酯A(tulipalin A)。三、糖和苷的分类三、糖和苷的分类 某些二某些二萜和三和三萜醇苷常有双糖醇苷常有双糖链,其中一个糖,其中一个糖链有接在有接在羧基上成基上成酯苷苷结构,尤其在三构,尤其在三萜皂苷中多皂苷中多见。如中。如中药地地榆的根和根
25、茎能凉血止血,除了含有的根和根茎能凉血止血,除了含有鞣鞣质外,外,还含有含有乌苏酸的苷,如地酸的苷,如地榆皂苷皂苷E是一个是一个双糖双糖链的苷,其中一个的苷,其中一个为酯苷。苷。三、糖和苷的分类三、糖和苷的分类(5)吲哚苷:吲哚苷:指吲哚醇和糖形成的苷,在豆科和蓼科中指吲哚醇和糖形成的苷,在豆科和蓼科中有分布,苷元无色,但易氧化是暗蓝色的靛蓝,有分布,苷元无色,但易氧化是暗蓝色的靛蓝,具有反式结构,中药青黛就是粗制靛蓝,民间具有反式结构,中药青黛就是粗制靛蓝,民间用以外涂治疗腮腺炎,有抗病毒作用。用以外涂治疗腮腺炎,有抗病毒作用。(p69结结构)构)三、糖和苷的分类三、糖和苷的分类二二 硫苷:
26、硫苷:是糖的端基是糖的端基OH与苷元上与苷元上巯基基缩合而成合而成的苷。的苷。如如萝卜中的卜中的萝卜苷。卜苷。芥子苷是存在于十字花科植物中的一芥子苷是存在于十字花科植物中的一类硫苷,其通式如下,几乎都是以硫苷,其通式如下,几乎都是以钾盐的形式存的形式存在。在。经其伴存的芥子其伴存的芥子酶水解,生成的芥子油含水解,生成的芥子油含有异硫有异硫氰酸酸酯类、葡萄糖和硫酸、葡萄糖和硫酸盐,具有止痛,具有止痛和消炎作用。和消炎作用。三、糖和苷的分类三、糖和苷的分类三三 氮苷:氮苷:糖的端基碳与苷元上氮原子相糖的端基碳与苷元上氮原子相连的苷称氮苷,的苷称氮苷,是生物化学是生物化学领域中的重要物域中的重要物质
27、。如核苷。如核苷类化合物。化合物。四四 碳苷:碳苷:是一是一类糖基和苷元直接相糖基和苷元直接相连的苷。的苷。组成碳苷成碳苷的苷元多的苷元多为酚性化合物,如黄酚性化合物,如黄酮、查耳耳酮、色、色酮、蒽蒽醌和没食子酸等。尤其以黄和没食子酸等。尤其以黄酮碳苷最碳苷最为常常见。碳苷常与氧苷共存,它的形成是由碳苷常与氧苷共存,它的形成是由 苷元酚苷元酚羟基所基所活化的活化的邻对位的位的氢与糖的端基与糖的端基羟基脱水基脱水缩合而成。合而成。因此,在因此,在 碳苷分子中,糖碳苷分子中,糖总是是连在有在有间二酚或二酚或间苯三酚苯三酚结构的构的环上。黄上。黄酮碳苷的糖基均在碳苷的糖基均在A环的的6位或位或8位。
28、碳苷位。碳苷类化合物具有溶解度小、化合物具有溶解度小、难以水解以水解的特点。的特点。三、糖和苷的分类三、糖和苷的分类 如豆科植物葛和野葛的根如豆科植物葛和野葛的根中含有的葛根素中含有的葛根素(puerarin)对心血管系统有较强的活性,对心血管系统有较强的活性,有明显的扩张冠状动脉,增有明显的扩张冠状动脉,增加冠脉流量,降低血压的作加冠脉流量,降低血压的作用。该化合物即为异黄酮的用。该化合物即为异黄酮的碳苷,碳苷,8位直接与葡萄糖相结位直接与葡萄糖相结合。合。三、糖和苷的分类三、糖和苷的分类三、糖和苷的分类三、糖和苷的分类一、概述一、概述二、单糖的立体化学二、单糖的立体化学三、糖和苷的分类三、
29、糖和苷的分类四、苷类化合物的理化性质四、苷类化合物的理化性质五、苷键的裂解五、苷键的裂解六、糖的核磁共振性质六、糖的核磁共振性质七、糖链的结构测定七、糖链的结构测定八、糖和苷的提取分离八、糖和苷的提取分离第二章第二章 糖和苷糖和苷一一 性状:性状:形:形:苷苷类化合物多数是固体,其中糖基少化合物多数是固体,其中糖基少的可以成的可以成结晶,糖基多的如皂苷,晶,糖基多的如皂苷,则多呈具有多呈具有吸湿性的无定无形粉末。吸湿性的无定无形粉末。味:味:苷苷类一般是无味的,但也有很苦的和一般是无味的,但也有很苦的和有甜味的,如甜菊苷有甜味的,如甜菊苷(stevioside),是从甜叶是从甜叶菊的叶子中提取
30、得到的,菊的叶子中提取得到的,属于属于贝壳杉壳杉烷型四型四环二二萜的多糖苷,比蔗糖甜的多糖苷,比蔗糖甜300倍,倍,临床上用于床上用于糖尿病患者作甜味糖尿病患者作甜味剂用,无不良反用,无不良反应。色:色:苷苷类化合物的化合物的颜色色 是由苷元的性是由苷元的性质决决 定的。糖部分没有定的。糖部分没有 颜色色。四、糖和苷的理化性质四、糖和苷的理化性质(一一)物理性质物理性质二二 溶解性:溶解性:化合物糖苷化以后,由于糖的引入,结构中增加化合物糖苷化以后,由于糖的引入,结构中增加了亲水性的羟基,因而亲水性增强。了亲水性的羟基,因而亲水性增强。苷类的亲水性与糖基的数目有密切的关系,往往苷类的亲水性与糖
31、基的数目有密切的关系,往往随着糖基的增多而增大,大分子苷元的苷元(如甾醇随着糖基的增多而增大,大分子苷元的苷元(如甾醇等)的单糖苷常可溶解于低极性的有机溶剂,如果糖等)的单糖苷常可溶解于低极性的有机溶剂,如果糖基增多,则苷元占的比例相应变小,亲水性增加,在基增多,则苷元占的比例相应变小,亲水性增加,在水中的溶解度也就增加。水中的溶解度也就增加。因此,用不同极性的溶剂顺次提取药材时,在各因此,用不同极性的溶剂顺次提取药材时,在各提取部分都有发现苷类化合物的可能。提取部分都有发现苷类化合物的可能。碳苷与氧苷不同,无论在水中还是在其他溶剂中碳苷与氧苷不同,无论在水中还是在其他溶剂中溶解度一般都较小。
32、溶解度一般都较小。四、糖和苷的理化性质四、糖和苷的理化性质 (一一)物理性质物理性质三三 旋光性:旋光性:多数苷多数苷类化合物呈左旋,但水解后,由于生化合物呈左旋,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,成的糖常是右旋的,因而使混合物呈右旋。因此,比比较水解前后旋光性的水解前后旋光性的变化,也可以用以化,也可以用以检识苷苷 类化合物的存在。但必化合物的存在。但必须注意,有些低聚糖或多注意,有些低聚糖或多糖的分子也都有糖的分子也都有类似的性似的性质,因此一定要在水解,因此一定要在水解产物中肯定苷元的有无,才能判断苷物中肯定苷元的有无,才能判断苷类的存在。的存在。四、糖和苷的理
33、化性质四、糖和苷的理化性质(一一)物理性质物理性质一一、氧化反、氧化反应:单糖分子中有糖分子中有醛(酮)、醇、醇羟基和基和邻二醇等二醇等结构,构,均可以与一定的氧化均可以与一定的氧化剂发生氧化反生氧化反应,一般都无,一般都无选择性。但性。但过碘酸和四醋酸碘酸和四醋酸铅的的选择性性较高,一般只作用高,一般只作用于于邻二二羟基上。以基上。以过碘酸氧化反碘酸氧化反应为例:例:(1)过碘酸反碘酸反应的的基本方式:基本方式:作用作用缓和,和,选择性高,限于同性高,限于同邻二醇、二醇、-氨基醇、氨基醇、-羟基基醛(酮)、邻二二酮和某些活性次甲基上和某些活性次甲基上,基本,基本反反应如下:如下:四、糖和苷的
34、理化性质四、糖和苷的理化性质(二二)化学性质化学性质四、糖和苷的理化性质四、糖和苷的理化性质(二二)化学性质化学性质(2)糖的裂解糖的裂解四、糖和苷的理化性质四、糖和苷的理化性质(二二)化学性质化学性质(3)作用机理:作用机理:先生成先生成五元五元环状状酯的中的中间体体。在酸。在酸性或碱性介性或碱性介质中,中,过碘酸以一价的碘酸以一价的H2IO5(水合(水合离子)作用。离子)作用。结构式构式见书P73。上述机理可以解上述机理可以解释在弱酸或中性介在弱酸或中性介质中,中,顺式式1,2-二元醇比反式的反二元醇比反式的反应快得多,因快得多,因为顺式式结构有构有利于五元利于五元环中中间体的形成。体的形
35、成。在在连续有三个有三个邻羟基的化合物中,如有一基的化合物中,如有一对顺式的式的邻羟基的,就比三上互基的,就比三上互为反式的容易氧化得多,反式的容易氧化得多,故故对同同样的六碳吡喃糖苷,半乳糖和甘露糖苷的氧的六碳吡喃糖苷,半乳糖和甘露糖苷的氧化速率比葡萄糖苷高。如化速率比葡萄糖苷高。如书中中P73 结构构A,B,C所所示。示。四、糖和苷的理化性质四、糖和苷的理化性质(二二)化学性质化学性质 另外,有些结构刚性较强,使得反式邻二醇固定另外,有些结构刚性较强,使得反式邻二醇固定在环的两侧而无扭转的可能,此时虽有邻二醇也不能在环的两侧而无扭转的可能,此时虽有邻二醇也不能发生过碘酸反应。因此,对阴性结
36、果的判断应慎重。发生过碘酸反应。因此,对阴性结果的判断应慎重。(4)应用:应用:对糖的结构的推测,如糖和苷中氧环的形式,对糖的结构的推测,如糖和苷中氧环的形式,碳原子的构型,多糖中糖的连接位置,和聚合度的决碳原子的构型,多糖中糖的连接位置,和聚合度的决定,都有很大的用处。定,都有很大的用处。四、糖和苷的理化性质四、糖和苷的理化性质(二二)化学性质化学性质二、糠二、糠醛形成反形成反应:单糖的糖的浓酸酸(410N)作用下,失三分子水,作用下,失三分子水,生成具有生成具有呋喃喃环结构的糠构的糠醛类化合物。多糖化合物。多糖则在在矿酸存在下先水解成酸存在下先水解成单糖,再脱水生成同糖,再脱水生成同样的的
37、产物。物。由五碳糖生成的是糠由五碳糖生成的是糠醛(R=H),甲基五碳糖生成),甲基五碳糖生成的是的是5-甲糠甲糠醛(R=Me),六碳糖生成的是,六碳糖生成的是5-羟甲甲糠糠醛(R=CH2OH)。糠糠醛衍生物和衍生物和许多多芳胺、酚芳胺、酚类可可缩合成有色合成有色物物质,可用于糖的,可用于糖的显色和色和检出出。如。如Molish试剂是是浓硫酸和硫酸和-萘酚。酚。四、糖和苷的理化性质四、糖和苷的理化性质(二二)化学性质化学性质一、概述一、概述二、单糖的立体化学二、单糖的立体化学三、糖和苷的分类三、糖和苷的分类四、苷类化合物的理化性质四、苷类化合物的理化性质五、苷键的裂解五、苷键的裂解六、糖的核磁共
38、振性质六、糖的核磁共振性质七、糖链的结构测定七、糖链的结构测定八、糖和苷的提取分离八、糖和苷的提取分离第二章第二章 糖和苷糖和苷 苷苷键的裂解反的裂解反应是一是一类研究多糖和苷研究多糖和苷类化合物化合物的重要反的重要反应。通。通过该反反应,可以使苷,可以使苷键切断,从而更切断,从而更方便地了解苷元的方便地了解苷元的结构、所构、所连糖的种糖的种类和和组成、苷元成、苷元与糖的与糖的连接方式、糖与糖的接方式、糖与糖的连接方式。接方式。常用的方法有酸水解、碱水解、常用的方法有酸水解、碱水解、酶水解、氧化水解、氧化开裂等。开裂等。一一、酸催化水解:、酸催化水解:苷苷键属于属于缩醛结构,易构,易为稀酸催化
39、水解稀酸催化水解。反反应一般在一般在水或稀醇溶液水或稀醇溶液中中进行。行。常用的常用的酸有酸有HCl,H2SO4,乙酸和甲酸乙酸和甲酸等。等。反反应的的机理机理是:苷原子先是:苷原子先质子化,然后断裂生成子化,然后断裂生成苷元和阳碳离子或半椅式的中苷元和阳碳离子或半椅式的中间体,在水中溶体,在水中溶剂化而化而成糖。以氧苷成糖。以氧苷为例,其机理例,其机理为:五、苷键的裂解五、苷键的裂解机理机理质子化子化 脱苷元脱苷元 互互变 溶溶剂化化 脱脱质子子 由上述机理可以看出,影响水解由上述机理可以看出,影响水解难易程度的关易程度的关键因素在于因素在于苷苷键原子的原子的质子化是否容易子化是否容易进行行
40、,有利,有利于苷原子于苷原子质子化的因素,就可使水解容易子化的因素,就可使水解容易进行。主行。主要包括两个方面的因素:要包括两个方面的因素:(1)苷原子上的苷原子上的电子云密度子云密度 (2)苷原子的苷原子的空空间环境境五、苷键的裂解五、苷键的裂解具体到化合物的具体到化合物的结构,构,则有以下有以下规律:律:(1)按按苷苷键原子原子的不同,酸水解的不同,酸水解难易程度易程度为:N-苷苷 O-苷苷S-苷苷C-苷苷 原因:原因:N最易接受最易接受质子子,而,而C上无未共享上无未共享电子子对,不能不能质子化。子化。(2)呋喃糖苷喃糖苷较吡喃糖苷易水解吡喃糖苷易水解,水解速率大,水解速率大50 100
41、倍。倍。原因:原因:呋喃喃环平面性,各平面性,各键重叠,重叠,张力大力大。图(3)酮糖糖较醛糖易水解糖易水解。原因:原因:酮糖多糖多呋喃喃环结构,且端基上接大基构,且端基上接大基团-CH2OH 。图五、苷键的裂解五、苷键的裂解五、苷键的裂解五、苷键的裂解(4)吡喃糖苷中,吡喃糖苷中,吡喃环吡喃环C5上的取代基越大越难水解上的取代基越大越难水解,故有:五碳糖故有:五碳糖甲基五碳糖甲基五碳糖六碳糖六碳糖七碳糖七碳糖5 位接位接-COOH的糖的糖 原因:吡喃环原因:吡喃环C5上的取代基对质子进攻有上的取代基对质子进攻有立体阻立体阻 碍碍。图图(5)2-去氧糖去氧糖2-羟基糖羟基糖2-氨基糖氨基糖 原
42、因:原因:2位羟基对苷原子的位羟基对苷原子的吸电子效应吸电子效应及及2位氨基位氨基 对质子的竞争性吸引对质子的竞争性吸引(6)芳香属苷(如酚苷)芳香属苷(如酚苷)因苷元部分有供因苷元部分有供电子子结构,构,水解比脂肪属苷水解比脂肪属苷(如(如萜苷、甾苷等)苷、甾苷等)容容易易得多。某些酚苷,如蒽得多。某些酚苷,如蒽醌苷、香豆素苷不用苷、香豆素苷不用酸,只加酸,只加热也可能水解。即芳香苷也可能水解。即芳香苷脂肪苷脂肪苷 原因:原因:苷元的供苷元的供电子效子效应使苷原子的使苷原子的电子子云密度增大。云密度增大。五、苷键的裂解五、苷键的裂解(7)苷元为小基团者苷元为小基团者,苷键,苷键横键的比苷键竖
43、键的易于水解横键的比苷键竖键的易于水解,因,因 为横键上原子易于质子化;苷元为大基团者,苷键竖键的为横键上原子易于质子化;苷元为大基团者,苷键竖键的 比比 苷键横键的易于水解,这是由于苷的不稳定性促使水解。苷键横键的易于水解,这是由于苷的不稳定性促使水解。原因:小苷元在竖键时,环对质子进攻有原因:小苷元在竖键时,环对质子进攻有立体阻碍立体阻碍。五、苷键的裂解五、苷键的裂解(8)N-苷易接受苷易接受质子,但当子,但当N处于于酰胺或胺或嘧啶位位置置 时,N-苷也苷也难于用于用矿酸水解酸水解。原因:原因:吸吸电子共子共轭效效应,减小了,减小了N上的上的电子子云云 密度。密度。例:例:P79 朱砂朱砂
44、莲苷苷 酰胺胺 注意:注意:对酸不酸不稳定的苷元,定的苷元,为了防止水解引起皂元了防止水解引起皂元结构的改构的改变,可用两相水解反,可用两相水解反应。(例。(例 仙客来皂苷仙客来皂苷的水解的水解 P80)五、苷键的裂解五、苷键的裂解二二、乙、乙酰解反解反应 在多糖苷的在多糖苷的结构研究中,构研究中,为了确定糖与糖了确定糖与糖之之间的的连接位置常接位置常应用乙用乙酰解开裂一部分苷解开裂一部分苷键,保留另一部分苷,保留另一部分苷键,然后用薄,然后用薄层或气相色或气相色谱鉴定在水解定在水解产物中得到的乙物中得到的乙酰化化单糖和乙糖和乙酰化低聚糖。化低聚糖。反反应用的用的试剂为乙酸乙酸酐与不同酸的混合
45、液与不同酸的混合液,常用的常用的酸有硫酸、高酸有硫酸、高氯酸或酸或Lewis酸酸(如如氯化化锌、三氟化硼等、三氟化硼等)。乙乙酰解的解的反反应机理与酸催化水解相似机理与酸催化水解相似,它,它是以是以CH3CO+为进攻基攻基团。五、苷键的裂解五、苷键的裂解 苷发生乙酰解的速度与糖苷键的位置有关。如苷发生乙酰解的速度与糖苷键的位置有关。如果在苷键的邻位有可乙酰化的羟基,则由于电负性,果在苷键的邻位有可乙酰化的羟基,则由于电负性,可使乙酰解的速度减慢。可使乙酰解的速度减慢。从二糖的乙酰解速率可以看出,苷键的乙酰解从二糖的乙酰解速率可以看出,苷键的乙酰解一般以一般以1-6苷键最易断裂苷键最易断裂,其次
46、为,其次为1-4苷键和苷键和1-3 苷键,而以苷键,而以1-2苷键最难开裂苷键最难开裂。下列为一种五糖苷的乙酰解过程,其分子组成下列为一种五糖苷的乙酰解过程,其分子组成中含有中含有D-木糖、木糖、D-葡萄糖、葡萄糖、D-鸡纳糖和鸡纳糖和D-葡萄糖葡萄糖-3-甲醚。当用醋酐甲醚。当用醋酐-ZnCl2乙酰解后,乙酰解后,TLC检出了单检出了单糖、四糖和三糖的乙酰化物,并与标准品对照进行糖、四糖和三糖的乙酰化物,并与标准品对照进行鉴定,由此可推出苷分子中糖的连接方式。鉴定,由此可推出苷分子中糖的连接方式。五、苷键的裂解五、苷键的裂解五、苷键的裂解五、苷键的裂解五、苷键的裂解五、苷键的裂解 乙酰化反应
47、的乙酰化反应的操作操作较为简单,条件较温和。较为简单,条件较温和。一般可将苷类溶于醋酐或醋酐与冰醋酸的混合液一般可将苷类溶于醋酐或醋酐与冰醋酸的混合液中,加入中,加入3一一5量的浓硫酸,在室温下放置量的浓硫酸,在室温下放置110天,将反应液倒入冰水中并以碳酸氢钠天,将反应液倒入冰水中并以碳酸氢钠中和至中和至pH34,再用氯仿萃取其中的乙酰化糖,再用氯仿萃取其中的乙酰化糖,然后通过柱色谱分离,就可获得单一的成分,这然后通过柱色谱分离,就可获得单一的成分,这些单一成分再用些单一成分再用TLC或或GC进行鉴定。进行鉴定。三、碱催化水解:三、碱催化水解:一般的苷一般的苷对碱是碱是稳定的,不易被碱催化水
48、解,故定的,不易被碱催化水解,故多数苷是采用稀酸水解。但是,多数苷是采用稀酸水解。但是,酯苷、酚苷、苷、酚苷、氰苷、苷、烯醇苷和醇苷和-吸吸电子基取代的苷易子基取代的苷易为碱所水解碱所水解,如藏如藏红花苦苷、靛苷、蜀黍苷都都可花苦苷、靛苷、蜀黍苷都都可为碱所水解。但有碱所水解。但有时得得到的是脱水苷元。例如藏到的是脱水苷元。例如藏红花苦苷的水解:花苦苷的水解:原因:其中藏原因:其中藏红花苦苷苷花苦苷苷键的的邻位碳原子上有受位碳原子上有受吸吸电子基子基团活化的活化的氢原子,当用碱水解原子,当用碱水解时引起消除反引起消除反应而生成双而生成双烯结构。构。五、苷键的裂解五、苷键的裂解四、四、酶催化水解
49、催化水解酶水解的水解的优点点:专属性高属性高,条件温和条件温和.(P83).用用酶水解水解苷苷键可以可以获知苷知苷键的构型,可以保持苷元的的构型,可以保持苷元的结构不构不变,还可以保留部分苷可以保留部分苷键得到次得到次级苷或低聚糖,以苷或低聚糖,以便便获知苷元和糖、糖和糖之知苷元和糖、糖和糖之间的的连接方式。接方式。酶降解反降解反应的效果取决于的效果取决于酶的的纯度以及度以及对酶的的专一性一性的的认识.例例 P83 转化糖化糖酶-水解水解-果糖苷果糖苷键 麦芽糖麦芽糖酶-水解水解-葡萄糖苷葡萄糖苷键 杏仁苷杏仁苷酶-水解水解-葡萄糖苷葡萄糖苷键,专属性属性较低低 纤维素素酶-水解水解-葡萄糖苷
50、葡萄糖苷键目前使用的多目前使用的多为未提未提纯的混合的混合酶。五、苷键的裂解五、苷键的裂解五、五、过碘酸裂解反碘酸裂解反应 用用过碘酸氧化碘酸氧化1,2-二元醇的反二元醇的反应可以用于苷可以用于苷键的水解的水解,称称为Smith裂解裂解,是一种温和的水解方法是一种温和的水解方法.适用的情况适用的情况:苷元苷元结构不构不稳定定,C-苷苷 不适用的情况不适用的情况:苷元上也有苷元上也有1,2-二元醇二元醇反反应的基本方法的基本方法:五、苷键的裂解五、苷键的裂解应用于应用于碳苷碳苷的情况的情况:五、苷键的裂解五、苷键的裂解该反反应的的应用用:苷元不苷元不稳定的苷定的苷,以及碳苷用此法以及碳苷用此法进