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1、第二章第二章 糖和苷糖和苷卫生部规划教材卫生部规划教材天然药物化学（第五版）天然药物化学（第五版）第一节第一节 单糖的立体化学单糖的立体化学l一、概一、概 述述 单糖是多羟基醛或多羟基酮类化合单糖是多羟基醛或多羟基酮类化合物，也是组成糖类及其衍生物的基本结物，也是组成糖类及其衍生物的基本结构单元。表示单糖结构式的方法有三种，构单元。表示单糖结构式的方法有三种，即即Fischer投影式、投影式、Haworth投影式和优投影式和优势构象式。势构象式。基本概念基本概念：l 绝对构型（绝对构型（D/LD/L型）型）：习惯上将单糖：习惯上将单糖Fischer 投影式中距羰基最远的那个不对投影式中距羰基最
2、远的那个不对称碳原子的构型定为整个糖分子的绝对称碳原子的构型定为整个糖分子的绝对构型。其羟基向右的为构型。其羟基向右的为D型，向左的为型，向左的为L型；而型；而Haworth式中则看那个不对称碳原式中则看那个不对称碳原子上的取代基，向上的为子上的取代基，向上的为D型，向下的为型，向下的为L型。型。l 相对构型相对构型(/):/):单糖成环后新形成的单糖成环后新形成的一个不对称碳原子称为端基碳一个不对称碳原子称为端基碳(anomeric carbon)，生成一对差向异构体有，生成一对差向异构体有/两种构型。两种构型。从从Fischer式看，式看，C1-OH与原与原C5(六碳糖六碳糖)或或C4(五
3、碳糖五碳糖)-OH,顺式的为顺式的为，反式的为，反式的为。因此，。因此，/是是C1与与C5的相对构型。而在的相对构型。而在Haworth式中，式中，C6或或C5在同侧的为在同侧的为型，异侧的为型，异侧的为型。型。自然界中的单糖，从三碳糖到八碳糖都存自然界中的单糖，从三碳糖到八碳糖都存在，但以五碳（戊）糖和六碳（己）糖最为在，但以五碳（戊）糖和六碳（己）糖最为常见和重要，而单糖的衍生物以糖醇和糖醛常见和重要，而单糖的衍生物以糖醇和糖醛酸较为常见。酸较为常见。l第二节第二节 糖和苷的分类糖和苷的分类一、一、单糖单糖二、低聚糖类二、低聚糖类 二糖：蔗糖二糖：蔗糖 三糖：棉子糖三糖：棉子糖根据单糖的个
4、数根据单糖的个数 四糖：水苏糖四糖：水苏糖 五糖：毛蕊糖五糖：毛蕊糖 还原糖还原糖：槐糖、樱草糖等：槐糖、樱草糖等根据有无游离的醛或酮基根据有无游离的醛或酮基 非还原糖非还原糖：蔗糖，大多：蔗糖，大多 数的三、四、五糖等数的三、四、五糖等 三、三、多聚糖类多聚糖类多聚糖多聚糖，又称多糖，是由，又称多糖，是由1010个以上单糖基通过苷个以上单糖基通过苷键连接而成。键连接而成。（1 1）均多糖均多糖（homosaccharidehomosaccharide）:由一种单糖组由一种单糖组成的多糖称为均多糖。如葡聚糖。成的多糖称为均多糖。如葡聚糖。（2 2）杂多糖杂多糖(heterosaccharide
5、):(heterosaccharide):由二种以上由二种以上单糖组成的多糖称为杂多糖。如葡萄甘露聚糖单糖组成的多糖称为杂多糖。如葡萄甘露聚糖(glucomannan)(glucomannan)。四、四、苷类苷类l苷苷，又称配糖体，是糖或糖的衍生物（如氨基，又称配糖体，是糖或糖的衍生物（如氨基糖、糖醛酸等）与另一非糖物质（称为苷元或糖、糖醛酸等）与另一非糖物质（称为苷元或配基，配基，aglycone or genin）通过糖的）通过糖的端基碳端基碳原子原子连接而成的化合物。连接而成的化合物。第三节第三节 糖的化学性质糖的化学性质l一、一、氧化反应：氧化反应：单糖分子中有醛（酮）基、伯醇基、仲醇
6、基单糖分子中有醛（酮）基、伯醇基、仲醇基和邻二醇基结构单元。一般来说，醛（酮）基最和邻二醇基结构单元。一般来说，醛（酮）基最易被氧化，伯醇次之。在控制反应条件的情况下，易被氧化，伯醇次之。在控制反应条件的情况下，不同的氧化剂可选择性的氧化某些特定基团。如不同的氧化剂可选择性的氧化某些特定基团。如Ag、Cu和溴水可将醛基氧化成羧基，硝酸可和溴水可将醛基氧化成羧基，硝酸可使醛糖氧化成糖二酸，使醛糖氧化成糖二酸，过碘酸过碘酸和四醋酸铅可氧化和四醋酸铅可氧化邻二羟基邻二羟基。过碘酸氧化反应过碘酸氧化反应特特 点点l作用缓和、选择性高作用缓和、选择性高：作用于邻二醇、：作用于邻二醇、-氨氨基醇、基醇、-
7、羟基醛羟基醛(酮酮)、邻二酮和某些活性次、邻二酮和某些活性次甲基等结构上。甲基等结构上。l反应可以定量进行反应可以定量进行：氧化产物：氧化产物HIO3可以滴定，可以滴定，而且可以得到稳定的最终降解产物，如甲醛、而且可以得到稳定的最终降解产物，如甲醛、甲酸等。甲酸等。二、二、糠醛形成反应糠醛形成反应l单糖在浓酸单糖在浓酸（4-10N）加热作用下，失去三分加热作用下，失去三分子水，生成具有呋喃环结构的化合物。多糖子水，生成具有呋喃环结构的化合物。多糖在矿酸存在下先水解成单糖，再行脱水生成在矿酸存在下先水解成单糖，再行脱水生成相同的产物。五碳糖生成糠醛，甲基五碳糖相同的产物。五碳糖生成糠醛，甲基五碳
8、糖生成生成5-甲基糠醛，六碳糖生成的是甲基糠醛，六碳糖生成的是5-羟甲糠醛。羟甲糠醛。糠醛及其衍生物可与许多芳胺、酚类缩合成糠醛及其衍生物可与许多芳胺、酚类缩合成有色物质。有色物质。三、三、羟基反应羟基反应l糖的羟基反应包括醚化、酯化和缩醛（酮）糖的羟基反应包括醚化、酯化和缩醛（酮）化。活性最高的是半缩醛羟基，其次是伯醇化。活性最高的是半缩醛羟基，其次是伯醇基，再次之是基，再次之是C2-OH。这是因为半缩醛羟基。这是因为半缩醛羟基和伯醇羟基处于末端，在空间上较为有利；和伯醇羟基处于末端，在空间上较为有利；C2-OH则受羰基诱导效应的则受羰基诱导效应的影响，酸性有所影响，酸性有所增强。增强。主要
9、有：酸水解、酶解、碱水解、乙酰解、主要有：酸水解、酶解、碱水解、乙酰解、氧化开裂法等。氧化开裂法等。一、酸催化水解：反应机理（以葡萄糖为例）一、酸催化水解：反应机理（以葡萄糖为例）第四节第四节 苷键的裂解苷键的裂解苷键原子质子化苷键原子质子化 苷键断裂苷键断裂 阳碳离子溶剂化阳碳离子溶剂化 脱去氢离子脱去氢离子 酸水解难易的关键酸水解难易的关键影响苷影响苷键键原子原子质质子化的因素子化的因素 苷键原子周围的电子云密度苷键原子周围的电子云密度（电子云密度大，易于接受电子云密度大，易于接受质子，水解容易）质子，水解容易）空间环境空间环境（有利于接受质子，（有利于接受质子，水解就容易）水解就容易）酸
10、水解的规律酸水解的规律 1与苷键原子有关与苷键原子有关:N苷苷 O苷苷 S苷苷 C苷苷(易于接受质子易于接受质子)（无孤对电子）（无孤对电子）2 呋喃糖苷（酮糖）呋喃糖苷（酮糖）吡喃糖苷（醛糖）吡喃糖苷（醛糖）（分子平面性，张力大）（分子平面性，张力大）3 五碳糖苷五碳糖苷 甲基五碳糖苷甲基五碳糖苷 六碳糖苷六碳糖苷 七碳糖苷七碳糖苷 糖醛酸苷糖醛酸苷（空间位阻小）（空间位阻小）（大）（大）4 2氨基糖苷氨基糖苷 2羟基糖苷羟基糖苷 2去氧糖苷去氧糖苷 脂肪族苷脂肪族苷（苷元供电性）（苷元供电性）难水解的碳苷难水解的碳苷 苷元结构不太稳定的氧苷（皂苷）苷元结构不太稳定的氧苷（皂苷）氧化开裂法氧
11、化开裂法 Smith Smith降解法降解法;两相酸水解法（两相酸水解法（样样品品+酸水酸水+苯苯/氯氯仿）仿）获得真正苷元获得真正苷元-D-葡萄糖苷葡萄糖苷 过碘酸过碘酸 二元醛二元醛 四氢硼钠四氢硼钠 二元醇二元醇 稀酸室温稀酸室温 苷元苷元（O-苷）苷）（氧化邻二醇）（氧化邻二醇）（还原）（还原）（稳定性差）（稳定性差）（温和）（温和）-D-葡萄糖苷（葡萄糖苷（C-苷）苷）带醛基的苷元带醛基的苷元 二、乙酰解反应二、乙酰解反应多糖苷多糖苷 醋酐醋酐+酸（浓硫酸、酸（浓硫酸、高氯酸、氯化锌）高氯酸、氯化锌）乙酰化单糖、乙酰化单糖、乙酰化低聚糖乙酰化低聚糖 选择性水解选择性水解 1,6-苷键
12、苷键 1,4-苷键和苷键和1,3-苷键苷键 1,2-苷键苷键 依鉴定结果依鉴定结果+裂解规律裂解规律 推断多糖苷中糖与糖之间的连接位置推断多糖苷中糖与糖之间的连接位置 鉴定鉴定 薄层色谱薄层色谱气相色谱气相色谱 三、碱催化水解：三、碱催化水解：l 苷键的缩醛结构（苷键原子的苷键的缩醛结构（苷键原子的负电性）对稀碱（负电性）对稀碱（OH-）稳定）稳定,故苷故苷很少用碱水解，而酯苷、酚苷、烯很少用碱水解，而酯苷、酚苷、烯醇苷、醇苷、吸电子基团的苷类（苷键吸电子基团的苷类（苷键原子的正电性）易为碱水解。原子的正电性）易为碱水解。四、酶催化水解：四、酶催化水解：条件温和条件温和 高度专属性：高度专属性
13、：（水、（水、3040）苷酶苷酶 苷苷 （麦芽糖酶（麦芽糖酶 水解水解 -葡萄糖苷键）葡萄糖苷键）苷酶苷酶 苷苷 （苦杏仁酶（苦杏仁酶 水解水解 -葡萄糖苷键葡萄糖苷键 和其他六碳糖的和其他六碳糖的苷键）苷键）获得真正苷元获得真正苷元 苷键构型（、苷键构型（、）的判断）的判断酶水解的特点及意义酶水解的特点及意义一、一、糖的糖的1H-NMR性质性质l一一般般在在氢氢谱谱中中，糖糖端端基基质质子子信信号号在在，其其余余部部位位的的质质子子信信号号均均在在左左右右。糖糖的的端端基基质质子子信信号号与与其其它它信信号号相相隔隔较较远远，易易于于辨辨认认。根根据据糖糖上上端端基基质质子子信信号号的的个个
14、数数和和化化学学位位移移值值可可推推测测糖糖的的个个数数、糖糖的的种种类类及及糖糖与与糖糖、糖糖与与苷苷元元的的连连接位置。接位置。l第五节第五节 糖的核磁共振糖的核磁共振特别提示特别提示：（1）甘露糖（）甘露糖（C2羟基在环的面上羟基在环的面上）和鼠李糖）和鼠李糖（优势构象为优势构象为1C式式）难以用）难以用J区分端基碳的构型。区分端基碳的构型。（2）呋喃型糖：无论其端基质子和）呋喃型糖：无论其端基质子和C2位质子是位质子是处于反式地位还是顺式地位，其偶合常数变化均处于反式地位还是顺式地位，其偶合常数变化均不大（不大（05Hz），无法用端基质子的偶合常数），无法用端基质子的偶合常数来判断它们
15、的苷键构型。来判断它们的苷键构型。（一）化学位移及偶合常数化学位移及偶合常数二、糖的二、糖的13C-NMR性质性质（二）（二）苷化位移苷化位移l苷化位移苷化位移：糖与苷元成苷后，苷元的：糖与苷元成苷后，苷元的-C、-C和糖的端基碳的化学位移值均发生了改变，和糖的端基碳的化学位移值均发生了改变，这这种改变称为苷化位移种改变称为苷化位移(glycosidation shift，GS)，苷化位移值与苷元的结构有关，与糖的种类苷化位移值与苷元的结构有关，与糖的种类关系不大。关系不大。用途用途：苷化位移在推测糖与苷元、糖与糖的：苷化位移在推测糖与苷元、糖与糖的连接位置、某些苷元被苷化碳的绝对构型和连接位
16、置、某些苷元被苷化碳的绝对构型和碳氢信号归属上具有重要的作用。碳氢信号归属上具有重要的作用。此外，糖与糖通过苷键相连虽然并不称为苷，此外，糖与糖通过苷键相连虽然并不称为苷，但苷化位移规律对其同样适用。但苷化位移规律对其同样适用。苷化位移规律：苷化位移规律：（表 23）第六节第六节 糖链的结构测定糖链的结构测定l多糖是生物大分子化合物，像蛋白质一样也具多糖是生物大分子化合物，像蛋白质一样也具有一、二、三、四级结构。糖和苷的共性是糖有一、二、三、四级结构。糖和苷的共性是糖链，在含有低聚糖的苷中，糖链的测定占主要链，在含有低聚糖的苷中，糖链的测定占主要地位，苷元的组成种类繁多，本节将重点介绍地位，苷
17、元的组成种类繁多，本节将重点介绍糖链的测定方法。主要涉及三个问题：糖链的测定方法。主要涉及三个问题：单糖组成；单糖组成；糖的连接顺序和位置；糖的连接顺序和位置；苷键构型。苷键构型。（一）、（一）、纯度测定纯度测定l多糖属于高分子化合物，其纯度不能用小多糖属于高分子化合物，其纯度不能用小分子化合物的标准判断，即使是一种多糖分子化合物的标准判断，即使是一种多糖纯品，其微观也并不均一。通常所说的多纯品，其微观也并不均一。通常所说的多糖纯品实质上是一定分子量范围的均一组糖纯品实质上是一定分子量范围的均一组分。其纯度只代表相似链长的平均分布。分。其纯度只代表相似链长的平均分布。一、糖链的结构测定一、糖链
18、的结构测定目前多糖纯度常用的测定方法目前多糖纯度常用的测定方法l超离心法超离心法l高压电泳法高压电泳法l凝胶柱色谱法凝胶柱色谱法l旋光测定法旋光测定法l其它方法：如其它方法：如HPLC、示差折射法等。、示差折射法等。通常要确定一种多糖的均一性，至少要有两种通常要确定一种多糖的均一性，至少要有两种以上的方法才能确定。以上的方法才能确定。（二）、（二）、分子量的测定分子量的测定l单糖、低聚糖及其苷单糖、低聚糖及其苷的分子量测定目前大多的分子量测定目前大多用质谱法。如电喷雾质谱（用质谱法。如电喷雾质谱（electrospray ionization,ESIMS）及近年来发展起来的基）及近年来发展起来
19、的基质辅助激光电离质谱或基质辅助激光解析电质辅助激光电离质谱或基质辅助激光解析电离飞行时间质谱（离飞行时间质谱（MALDIMS或或MALDI-TOF-MS）可测定多糖、蛋白质等高分子化）可测定多糖、蛋白质等高分子化合物的分子量。合物的分子量。（三）、（三）、单糖的鉴定单糖的鉴定l纸色谱（纸色谱（PC）：分配原理，）：分配原理，BAW系统，与对照系统，与对照品共色谱鉴定品共色谱鉴定l薄层色谱（薄层色谱（TLC）：硅胶（硼酸溶液或无机盐溶）：硅胶（硼酸溶液或无机盐溶液制液制-增加上样量）增加上样量）l气相色谱（气相色谱（GLC）：水解、制备）：水解、制备TMS衍生物（具衍生物（具挥发性），用对照品
20、挥发性），用对照品tR鉴定鉴定l超导超导FT-NMR光谱光谱:苷中各糖的不同质子的苷中各糖的不同质子的、J 与标准糖数据进行比较鉴定与标准糖数据进行比较鉴定l苷中各糖的不同碳原子的苷中各糖的不同碳原子的 与标准糖数据进行比与标准糖数据进行比较鉴定较鉴定（四）、（四）、糖连接位置的测定糖连接位置的测定l将糖链全甲基化，然后水解苷键，用将糖链全甲基化，然后水解苷键，用GC鉴定鉴定所获得的甲基化单糖，其中游离所获得的甲基化单糖，其中游离-OH的部位的部位就是连结位置就是连结位置,全甲基化的单糖即为末端糖。全甲基化的单糖即为末端糖。l目前常使用目前常使用 13C-NMR 方法，主要是通过归属方法，主要
21、是通过归属各碳信号，以确定产生苷化位移的碳。各碳信号，以确定产生苷化位移的碳。（五）、（五）、糖链连接顺序的确定糖链连接顺序的确定通过通过1H-NMR谱，观察两糖之间质子的远程偶合而确定其连谱，观察两糖之间质子的远程偶合而确定其连接顺序接顺序。（六）、苷键构型的确定（六）、苷键构型的确定 1313C-NMRC-NMR谱谱(1)(1)利用端基碳原子的化学位移判断苷键构型：除利用端基碳原子的化学位移判断苷键构型：除D-D-甘露糖、甘露糖、L-L-鼠李糖外，绝大多数单糖甲苷，其鼠李糖外，绝大多数单糖甲苷，其-型与型与-型的化学型的化学位移相差位移相差4ppm.4ppm.(2)(2)利用端基碳原子与端
22、基质子的偶合利用端基碳原子与端基质子的偶合 常数判断苷键构型：常数判断苷键构型：-甲苷甲苷 JC1-H1170Hz JC1-H1170Hz-甲苷甲苷JC1-H1160Hz 10ppmJC1-H1160Hz 10ppm1 1H-NMRH-NMR谱：谱：利用端基质子偶合常数的大小判断苷键构型利用端基质子偶合常数的大小判断苷键构型依据依据相邻碳原子上质子偶合常数的大小与二者之间的立体夹角有关相邻碳原子上质子偶合常数的大小与二者之间的立体夹角有关 H-2为键的糖为键的糖（葡萄糖、木糖、半乳糖）（葡萄糖、木糖、半乳糖）H-2为为e键的糖键的糖（鼠李糖、甘露糖）（鼠李糖、甘露糖）-苷键苷键 -苷键苷键 -
23、苷键苷键 -苷键苷键J12=23.5Hz J12=69Hz J12=2 Hz J122 Hz(Jae、60O)（Jaa、180）（Jee、60）（Jae、60O）J12不相等不相等 J12相等相等 意义意义 可以用于构型的判断可以用于构型的判断 不能用于构型的判断不能用于构型的判断-D-葡萄糖苷葡萄糖苷 -L-鼠李糖苷鼠李糖苷 J12=Jae=23 Hz J12=Jae=2 Hz -D-葡萄糖苷葡萄糖苷 -L-鼠李糖苷鼠李糖苷 J12=Jaa=69 Hz J12=Jae=2 Hz 第七节第七节 糖及苷的提取分离糖及苷的提取分离l一、提取一、提取l（一）糖类的提取（一）糖类的提取l（二）苷类的提
24、取（二）苷类的提取 苷的存在状态苷的存在状态 ：原生苷、次生苷、苷元。：原生苷、次生苷、苷元。苷与酶共存苷与酶共存 提取目的：原生苷提取目的：原生苷提取原生苷提取原生苷 提取次生苷、苷元提取次生苷、苷元 设法抑制酶的活性设法抑制酶的活性（加热、拌碳酸钙、醇）（加热、拌碳酸钙、醇）避免与酸、碱接触避免与酸、碱接触 极性溶剂（甲醇、乙醇、极性溶剂（甲醇、乙醇、沸水）提取沸水）提取 利用酶的活性利用酶的活性（加水、（加水、3040、2448）加酸水解或碱水解、预发酵等加酸水解或碱水解、预发酵等 有机溶剂（醇、苯、氯仿、有机溶剂（醇、苯、氯仿、石油醚）提取石油醚）提取 提取液提取液 浓缩浓缩浓缩液（含大量极性杂质）浓缩液（含大量极性杂质）二、分离：二、分离：色谱方法（为主）色谱方法（为主）l反相硅胶色谱：反相硅胶色谱：Rp-18Rp-18、Rp-8Rp-8（极性成分适用）（极性成分适用）水水-甲醇或水甲醇或水-乙腈为流动相乙腈为流动相l葡聚糖凝胶色谱：葡聚糖凝胶色谱：SephedexLH-20(SephedexLH-20(有机相适用有机相适用)不同浓度的乙醇为洗脱剂不同浓度的乙醇为洗脱剂