天然药物化学-糖苷2课件

卫生部规划教材天然药物化学（第5版）,本章基本内容,一、概述 二、结构类型 三、糖苷分类 四、糖和苷的物理性质 五、糖的化学性质 六、苷键的裂解 七、糖的提取分离 八、糖的鉴定和糖链结构的测定,一、概述,糖类又称碳水化合物（carbohydrates），是植物光合作用的初生产物，是一类丰富的天然产物，如：蔗糖、粮食(淀粉)、棉布的棉纤维等。 糖类在天然药物治疗疾病中，可以看作是药效学物质基础的运载体。 过去被认为是无效成分，现代医药学证明其中一些具有营养、强壮作用如：人参、灵芝、构杞子等都含有大量的糖类（多糖） 糖类、核酸、蛋白质、脂质 生命活动所必需的四大类化合物。 化学结构：多羟基内半缩醛(酮)及其缩聚物。根据其分子水解反应的情况，可以分为单糖、低聚糖和多糖。,一、概述,单糖：不能水解的最简单的多羟基内半缩醛(酮)。 如葡萄糖等。 低聚糖：水解后生成 2 9 个单糖分子的糖。 如：蔗糖（D-葡萄糖-D果糖）、麦芽糖（葡萄糖14葡萄糖）、环糊精（68个葡萄糖14环状结合，其中6、7、8聚体分别称为、-环糊精） 多糖：水解后能生成多个单分子的，称为多糖。 如植物多糖：淀粉、纤维素、树胶、粘液质等 动物多糖：糖原、甲壳素、肝素、硫酸软骨素、透明质酸,如黄芪多糖的免疫促进功能；香菇多糖的肿瘤抑制功能及其衍生物 抗HIV活性；夏枯草多糖抑制HIV的复制等。,二、结构类型,糖的表示式 单糖是多羟基醛或酮。从三碳糖至八碳糖天然界都有存在。以Fischer式表示如下：,糖处游离状态时用Fischer式表示 苷化后成环用Haworth式表示,二、结构类型,单糖在水溶液中形成半缩醛环状结构，即成呋喃糖和吡喃糖。 具有六元环结构的糖吡喃糖（pyranose） 具有五元环结构的糖呋喃糖（furanose）,1,5,1,5,二、结构类型,Fischer与Haworth的转换及其相对构型,Fischer式：（C1与C5的相对构型） C1-OH与原C5（六碳糖）或C4（五碳糖）-OH， 顺式为，反式为。 Haworth式： C1-OH与C5（或C4）上取代基之间的关系： 同侧为，异侧为。如下图所示：,二、结构类型,反式,顺式,二、结构类型,糖的绝对构型（D、L） 以-OH甘油醛为标准，将单糖分子的编号最大的不对称碳原子的构型与甘油醛作比较而命名分子构型的方法。,二、结构类型,Fischer式中最后第二个碳原子上-OH向右的为D型，向左的为L型。 Haworth式中C5向上为D型，向下为L型。,戊醛糖和已酮糖的绝对构型判断： 吡喃型Haworth式，由于原构型标准（C4-OH和C5-OH）不参与成环，故可直接根据它们的位置判断构型。,二、结构类型,习惯上将D型糖中C1-OH处环上者为型，环下者为型。在L型糖中相反。,二、结构类型,即：戊醛糖的C4或已酮糖的C5-OH处于环上者为L构型；环下者为D构型。,同样，将D型糖中C1-OH处环上者为型，环下者为型。在L型糖中相反。,二、结构类型,已醛糖由Fischer转成呋喃型的Haworth，由于C5-C6部分成为环外侧链，判断构型时仍以C5为标准，C5-R者为D型糖；C5-S者为L型糖。,椅式,船式,二、结构类型,环的构象,（优势构象）,二、结构类型,Angyal用总自由能来分析构象式的稳定性，比较二种构象式的总自由能差值，能量低的是优势构象。 如：葡萄糖的二种构象式的比较：,三、糖苷分类,糖匀体 均由糖组成的物质。如单糖、低聚糖、多糖等。 1常见单糖,三、糖苷分类,三、糖苷分类,2氨基糖 是指单糖的伯或仲醇基置换成氨基的糖类。,庆大霉素、新霉素、卡那霉素、链霉素,（氨基糖苷类抗生素）,三、糖苷分类,3糖醇 单糖的醛或酮基还原成羟基后所得的多元醇。,4去氧糖 单糖分子的一个或二个羟基为氢原子代替的糖。,三、糖苷分类,5糖醛酸 单糖分子中伯醇基氧化成羧基的化合物。,三、糖苷分类,糖杂体 糖与非糖组成的化合物苷,苷的分类： 1按苷原子不同分类 氧苷 如：红景天苷,三、糖苷分类,氮苷：如腺苷 。 硫苷：如萝卜苷。 碳苷：如牡荆素。,2按苷元不同分类 如：黄酮苷、蒽醌、香豆素、强心苷、皂苷等。 3按苷键不同分类 醇苷：是通过醇羟基与糖端基羟基脱水而成的苷。如红景天苷（见下页）。 酚苷：是通过酚羟基而成的苷。如天麻苷（见下页） 。 酯苷：苷元以-COOH和糖的端基碳相连接的是酯苷。如山慈菇苷A （见下页） 。 氰苷：是指一类羟腈的苷。如野樱苷（见下页） 。,三、糖苷分类,三、糖苷分类,看研究材料,三、糖苷分类,4按端基碳构型分 苷，多为L型； 苷，多为D型。 5按连接单糖个数分 1个糖单糖苷 2个糖双糖苷 3个糖叁糖苷,三、糖苷分类,6按糖链个数分 1个位置成苷单糖链 2个位置成苷双糖链 7按生物体内存在分 原级苷在植物体内原存在的苷； 次级苷原级苷水解掉一个糖或结构发生改变。,溶解性 糖小分子极性大，水溶性好 聚合度增高， 水溶性下降。 多糖难溶于冷水，或溶于热水成胶体溶液。 单糖极性 双糖极性 （与羟基和碳的分担比有关，即按-OH/C的分担情况而定） 苷亲水性（与连接糖的数目、位置有关） 苷元亲脂性,四、糖和苷的物理性质,四、糖和苷的物理性质,味觉 单糖低聚糖甜味。 多糖无甜味 （随着糖的聚合度增高，则甜味减小） 苷类苦、甜等 （人参皂苷）（甜菊苷）,旋光性及其在构型测定中的应用 具有多个不对称碳原子用于苷键构型的测定（即、苷键）。 多数苷类呈左旋。 利用旋光性 测定苷键构型 Klyne法： 将苷和苷元的分子旋光差与组成该苷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。,四、糖和苷的物理性质,五、糖的化学性质 氧化反应,氧化反应 单糖的分子有醛（酮）、伯醇、仲醇和邻二醇等结构，氧化条件不同其产物也不同。 如：,五、糖的化学性质 氧化反应,糖分子化学反应的活泼性： 端基碳原子 伯碳 仲碳 （即C1-OH、C6-OH、C2 C3 C4-OH） 以过碘酸反应为例来了解糖的氧化反应的应用 过碘酸反应 主要作用于： 邻二醇、-氨基醇、-羟基醛（酮）、邻二酮和某些活性次甲基等结构。,五、糖的化学性质 氧化反应,邻羟基：,邻二酮：,-氨基醇：,-羟基酮：,五、糖的化学性质 氧化反应,反应特点： 反应定量进行（试剂与反应物基本是1:1）； 在水溶液中进行或有水溶液（否则不反应）； 反应速度：顺式 反式 （因顺式易形成环式中间体）； 游离单糖产物及消耗过碘酸用Fischer式计算; 成苷时糖产物及消耗过碘酸用Haworth式计算; 在异边而无扭转余地的邻二醇不起反应。,五、糖的化学性质 氧化反应,五、糖的化学性质 氧化反应,Fischer式和Haworth式消耗过碘酸的计算：,五、糖的化学性质 氧化反应,在异边无扭转余地的邻二醇：,不起反应,五、糖的化学性质 氧化反应,用途： 推测糖中邻二-OH多少； （试剂与反应物基本是1:1）； 同一分子式的糖，推测是吡喃糖还是呋喃糖；,五、糖的化学性质 氧化反应,推测低聚糖和多聚糖的聚合度； 推测1,3连接还是1,4连接 （糖与糖连接的位置）,五、糖的化学性质 糠醛形成反应,糠醛形成反应（Molish反应）,五、糖的化学性质 糠醛形成反应,Molish反应： 样品 + 浓H2SO4 + -萘酚 棕色环 多糖、低聚糖、单糖、苷类Molish反应（+）,羟基反应 糖的-OH反应醚化、酯化和缩醛（酮）化。 反应活性： 最高的半缩醛羟基（C1-OH） 其次是伯醇基（C6-OH） 仲醇次之。 （伯醇因其处于末端的空间，对反应有利，因此活性高于仲醇。）,五、糖的化学性质 羟基反应,含糖样品 + Me2SO4 + 30%NaOH 醇-OH全甲基化,五、糖的化学性质 羟基反应,1醚化反应（甲基化）,Haworth法（不常用）,判断反应是否完全的方法： 甲基化物可用红外光谱测试，直到无-OH吸收峰为止。,制备成甲苷用限量试剂，即克分子比11 时，可得甲苷。,样品 + DMSO + NaH + MeI 全甲基化,样品 + MeI + Ag2O 全甲基化（醇-OH）,五、糖的化学性质 羟基反应,（一次即可） 该反应是在非水溶剂中，即二甲基亚砜（DMSO）溶液中进行反应。,Purdie法,只能用于苷，不宜用于还原糖（即有C1-OH的糖）。因Ag2O有氧化作用，可使C1-OH氧化。,Hakomori法（箱守法）,样品 + CH2N2 / Et2O + MeOH 部分甲基化,( 酸性越强，质子易解离，甲基化易 )（-COOH、-CHO等） 2酰化反应（酯化反应） 羟基活性与甲基化反应相同，即 （C1-OH、C6-OH、C3最难） （由于C2位取代后，引起的空间障碍，使得C3最难被酰化。） 利用酰化可判断糖上-OH数目、保护-OH等。,五、糖的化学性质 羟基反应,重氮甲烷法（CH2N2）,五、糖的化学性质 羟基反应,3缩酮和缩醛化反应 酮或醛在脱水剂如矿酸、无水ZnCl2、无水CuSO4等存在下可与多元醇的二个有适当空间位置的羟基易形成环状缩酮（ketal）和缩醛（acetal）。 酮类易与顺邻-OH生成 五元环状物 醛类易与1,3-双-OH生成 六元环状物,五、糖的化学性质 羟基反应,糖 + 丙酮 五元环缩酮 (异丙叉衍生物) 糖 + 丙酮 六元环缩酮 (双异丙叉衍生物) 例：当糖具有顺邻-OH时，其生成五元环状物（异丙叉衍生物）：,五、糖的化学性质 羟基反应,当糖结构中无顺邻-OH时，则易转变为呋喃糖结构，再生成五元环状物（异丙叉衍生物） 。,糖 + 苯甲醛 六元环状缩醛 （苯甲叉衍生物） 例如： 葡萄糖甲苷 + 苯甲醛 (具1,3-OH结构) 以上方法主要目的是保护-OH。,五、糖的化学性质 羟基反应,还原糖 + 苯肼 糖腙 （多为水溶性的）,还原糖 + 3分子苯肼 糖脎 （较难溶于水）, 2-去氧糖不能成脎（因C2上无-OH）。,五、糖的化学性质,羰基反应,应用糖的鉴定、分离和纯化。,糖 + 硼酸 络合物（酸性增加、可离子化）,硼酸络合反应 糖的邻二-OH可与许多试剂生成络合物，借生成络合物的某些物理常数的改变，可以有助于糖的分离、鉴定和构型推定。 重要的如：硼酸络合物、钼酸络合物、铜氨离子络合物等。,五、糖的化学性质,（H3BO3是接受电子对的Lewis酸）,五、糖的化学性质 硼酸络合反应,硼酸络合反应的应用： 络合后，中性可变为酸性，因此可进行酸碱中和滴定； 可进行离子交换法分离； 可进行电泳鉴定； 在混有硼砂缓冲液的硅胶薄层上层析。,六、苷键的裂解,研究苷类的化学结构，必须了解苷元结构、糖的组成、糖和糖的连接方式，以及苷元和糖的连接方式等。 为此必先使用某种方法使苷键切断。 酸催化水解反应 乙酰解反应 碱催化水解和消除反应 酶催化水解反应 氧化开裂法（Smith降解法）,六、苷键的裂解 酸催化水解反应,酸催化水解反应 苷键属于缩醛结构，易为稀酸催化水解。水解反应是苷原子先质子化，然后断键生成阳碳离子或半椅型的中间体，在水中溶剂化而成糖。,酸水解的规律： 苷原子不同，酸水解易难顺序：N O S C （C-苷最难水解，从碱度比较也是上述顺序） 呋喃糖苷较吡喃糖苷易水解 因五元呋喃环的颊性使各取代基处在重叠位置，形成水解中间体可使张力减小，故有利于水解。 酮糖较醛糖易水解 酮糖多为呋喃结构，而且酮糖端基碳原子上有-CH2OH大基团取代