天然药化国家精品课程课件苷1章节

第八章 苷类,Glycosides,第八章 苷类,概述,苷的理化性质,苷的提取分离,苷的结构测定,一、概述,定义： 苷类又称配糖体(glycosides)，是由糖和糖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。,一、概述,根据生物体内 的存在形式,根据连接单 糖基的个数,根据苷元连接 糖基的位置数,根据苷键原 子的不同,原生苷、次级苷,单糖链苷、二糖链苷,氧苷、硫苷、氮苷、碳苷,单糖苷、二糖苷、三糖苷,苷类,一、概述,一、氧苷 苷元与糖基通过氧原子相连,一、概述,(1) 醇苷：是通过醇羟基与糖端基羟基脱水而成的苷 比较常见，如本书所讲皂苷，强心苷均属此类。,红景天苷 Rhodioloside,毛茛苷 Ranunculin,一、概述,(2) 酚苷：苷元的酚羟基与糖端基脱水而成的苷 比较常见，如黄酮苷、蒽醌苷多属此类。,番泻苷A Sennoside A,芦丁 Rutin,一、概述,(3) 氰苷：主要是指-羟基腈的苷。 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-羟基腈很不稳定，立即分解为醛(酮)和氢氰酸。而在碱性条件下苷元易发生异构化。,R=H 亚麻氰苷 Linamanin R=CH3 百脉根苷 Lataustralin,一、概述,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(amygdaline)分解后可释放少量HCN的结果。,一、概述,一、概述,(4) 酯苷：苷元的羟基与糖端基脱水而成的苷。 酯苷的特点：苷键既有缩醛的性质，又有酯的性质，易为稀酸和稀碱水解。例如：存在郁金香属植物如杂种郁金香(Tulipa hybrida)中的化合物山慈菇苷A (tuliposide A)，有抗真菌活性。,一、概述,但该化合物不稳定，放置日久易起酰基重排反应，苷元由C1-OH转至C6-OH上，同时失去抗真菌活性。山慈茹苷水解后立即环合生成山慈茹内酯A (tulipalin A)。,一、概述,某些二萜和三萜醇苷常有双糖链，其中一个糖链有接在羧基上成酯苷结构，尤其在三萜皂苷中多见。如中药地榆的根和根茎能凉血止血，除了含有鞣质外，还含有乌苏酸的苷，如地榆皂苷E (sanguisorbin E)是一个双糖链的苷，其中一个为酯苷。,一、概述,(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，民间用以外涂治疗腮腺炎，有抗病毒作用。,靛苷 Indicum,靛蓝 Indigo,一、概述,二、硫苷 苷元上的巯基与糖或者糖的衍生物的半缩醛（半缩酮）羟基脱一分子水形成的化合物。,萝卜苷 Glucoraphenin,一、概述,芥子苷是存在于十字花科植物中的一类硫苷，其通式如下，几乎都是以钾盐的形式存在。经其伴存的芥子酶水解，生成的芥子油含有异硫氰酸酯类、葡萄糖和硫酸盐，具有止痛和消炎作用。,芥子苷通式,黑芥子苷 Sinigrin,一、概述,三、氮苷 糖的端基碳与苷元上氮原子相连的苷称氮苷，是生物化学领域中的重要物质。如核苷类化合物腺苷(Adenosine):,一、概述,四、碳苷 是一类糖基和苷元直接相连的苷。组成碳苷的苷元多为酚性化合物，如黄酮、查耳酮、色酮、蒽醌和没食子酸等。尤其以黄酮碳苷最为常见。碳苷常与氧苷共存，它的形成是由苷元酚羟基所活化的邻对位的氢与糖的端基羟基脱水缩合而成。,一、概述,因此，在 碳苷分子中，糖总是连在有间二酚或间苯三酚结构的环上。黄酮碳苷的糖基均在A环的6-位或8-位。碳苷类化合物具有溶解度小、难以水解的特点。,一、概述,如豆科植物葛和野葛的根中含有的葛根素( puerarin ) 有明显的扩张冠状动脉，增加冠脉流量，降低血压的作用。该化合物即为异黄酮的碳苷，8-位直接与葡萄糖相结合。,葛根素,第八章 苷类,概述,苷的理化性质,苷的提取分离,苷的结构测定,二、苷的理化性质,一、一般形态和溶解性 形：苷类化合物多数是固体，其中糖基少的可以成结晶，糖基多的如皂苷，则多呈具有吸湿性的无定无形粉末。,人参皂苷Rg3 Ginsenoside Rg3,二、苷的理化性质,味：苷类一般是无味的，但也有很苦的和有甜味的，如甜菊苷 ( stevioside ) 是从甜叶菊的叶子中提取得到的，属于贝壳杉烷型四环二萜的多糖苷，比蔗糖甜300倍，临床上用于糖尿病患者作甜味剂用，无不良反应。,二、苷的理化性质,溶解性：苷类的亲水性与糖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，在水中的溶解度也就增加。,二、苷的理化性质,二、旋光性 多数苷类化合物呈左旋，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，比较水解前后旋光性的变化，也可以用以检识苷类化合物的存在。,糖苷左旋,水解,糖右旋,二、苷的理化性质,规则一：一对糖或苷的端基差向异构体的分子旋光差(2A)值取决于端基碳原子，与其他部分结构关系很小，但有时邻位效应引起偏差。,二、苷的理化性质,分子旋光差法( Klyne 法)：将苷和苷元的分子旋光差与组成该糖的一对甲苷的分子旋光度进行比较，数值上相近的一个便是与之有相同苷键的一个。,二、苷的理化性质,三、苷键的裂解 苷键的裂解反应是一类研究多糖和苷类化合物的重要反应。通过该反应，可以使苷键切断，从而更方便地了解苷元的结构、所连糖的种类和组成、苷元与糖的连接方式以及糖与糖的连接方式。,二、苷的理化性质,二、苷的理化性质,1. 酸催化水解： 苷键属于缩醛结构，易为稀酸催化水解。 反应一般在水或稀醇溶液中进行。 常用的酸有HCl，H2SO4，乙酸和甲酸等。,二、苷的理化性质,反应机理：苷原子先质子化，然后断裂生成苷元和阳碳离子或半椅式的中间体，在水中溶剂化而糖。 以氧苷为例，其机理为：,二、苷的理化性质,由上述机理可以看出，影响水解难易程度的关键因素在于苷键原子的质子化是否容易进行，主要包括两个方面的因素： (1) 苷原子上的电子云密度； (2) 苷原子的空间环境。,二、苷的理化性质,具体到化合物的结构，则有以下规律： (1) 按苷键原子的不同，酸水解易难程度为：,原因：N最易接受质子，而C上无未共享电子对，不能质子化。,二、苷的理化性质,(2) 呋喃糖苷较吡喃糖苷的水解速率大50100倍。,原因：呋喃环平面性，各键重叠，张力大。,二、苷的理化性质,(3) 酮糖较醛糖易水解 原因：酮糖多呋喃环结构，且端基上接大基团 -CH2OH。,-D-葡萄糖 -D-glucose,-D-葡萄糖 -D-glucose,-D-果糖 -D-frutose,-D-果糖 -D-frutose,二、苷的理化性质,(4) 吡喃糖苷中，吡喃环C5上的取代基越大越难水解。,原因：吡喃环C5上的取代基对质子进攻 有立体阻碍。,二、苷的理化性质,(5) 2-去氧糖2-羟基糖2-氨基糖,原因：2-位羟基对苷原子的吸电子效应及2- 位氨基对质子的竞争性吸引,二、苷的理化性质,(6) 芳香属苷（如酚苷）因苷元部分有供电子结构，水解比脂肪属苷（如萜苷、甾苷等）容易得多。,原因：苷元的供电子效应使苷原子的电子云 密度增大。,二、苷的理化性质,(7) 苷元为小基团者，苷键横键的比苷键竖键的易于水解，因为横键上原子易于质子化；苷元为大基团者，苷键竖键的比苷键横键的易于水解，这是由于苷的不稳定性促使水解。,二、苷的理化性质,原因：小苷元在竖键时，环对质子进攻有 立体位阻。,二、苷的理化性质,(8) N-苷易接受质子，但当N处于酰胺或嘧啶位置时，N-苷也难于用矿酸水解。,原因：吸电子共轭效应，减小了N上的电子云 密度。,二、苷的理化性质,2. 双相水解 注意：对酸不稳定的苷元，为了防止水解引起皂元结构的改变，可用两相水解反应（例如仙客来皂苷的水解）。,二、苷的理化性质,3. 酸催化甲醇解 机理与酸水解相似，用甲醇作为溶剂。 4. 乙酰解反应 在多糖苷的结构研究中，为了确定糖与糖之间的连接位置。常应用乙酰解开裂一部分苷键，保留另一部分苷键，然后用薄层或气相色谱鉴定在水解产物中得到的乙酰化单糖和乙酰化低聚糖。,二、苷的理化性质,反应用的试剂为乙酸酐与不同酸的混合液， 常用的酸有硫酸、高氯酸或Lewis酸(如氯化锌、三氟化硼等)。 乙酰解的反应机理与酸催化水解相似，它是以CH3CO+为进攻基团。,二、苷的理化性质,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，可使乙酰解的速度减慢。,二、苷的理化性质,下列为一种五糖苷的乙酰解过程，其分子组成中含有D-木糖、D-葡萄糖、D-鸡纳糖和D-葡萄糖-3-甲醚。当用醋酐-ZnCl2乙酰解后，TLC检出了单糖、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。,二、苷的理化性质,+,+,二、苷的理化性质,5. 碱催化水解-消除反应： 一般的苷对碱是稳定的，不易被碱催化水解，故多数苷是采用稀酸水解。但是，酯苷、酚苷、氰苷、烯醇苷和-吸电子基取代的苷易为碱所水解，如藏红花苦苷、靛苷、蜀黍苷都都可为碱所水解。但有时得到的是脱水苷元。,二、苷的理化性质,原因：其中藏红花苦苷苷键的邻位碳原子上有受吸电子基团活化的氢原子，当用碱水解时引起消除反应而生成双烯结构。,例如藏红花苦苷的水解：,二、苷的理化性质,6. 酶催化水解 酶水解的优点: 专属性高，条件温和。用酶水解苷键可以获知苷键的构型，保持苷元的结构不变，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。,二、苷的理化性质,酶降解反应的效果取决于酶的纯度以及对酶的专一性的认识。目前使用的多为未提纯的混合酶。,二、苷的理化性质,7. 过碘酸裂解反应 用过碘酸氧化1,2-二元醇的反应可以用于苷键的水解，称为Smith裂解，是一种温和的水解方法。适用的情况:苷元结构不稳定的苷和C-苷。 不适用的情况: 苷元上也有1,2-二元醇。,二、苷的理化性质,反应的基本方法:,二、苷的理化性质,应用于碳苷的情况:,二、苷的理化性质,该反应的应用: 苷元不稳定的苷，以及碳苷用此法进行水解，可得到完整的苷元，这对苷元的研究具有重要的意义。此外，从降解得到的多元醇，还可确定苷中糖的类型：,二、苷的理化性质,乙二醇,葡萄糖，甘露糖， 半乳糖或果糖的C-苷,丙二醇,阿拉伯糖，木糖的 C-苷,鼠李糖，夫糖或鸡 纳糖的C-苷,丙三醇,降解 产物,二、苷的理化性质,二、苷的理化性质,8. 糖醛酸苷的选择性水解反应 (1) 光分解法：用紫外线将皂苷元裂解出来，具有选择性; (2) 四醋酸铅-醋酐法：用于葡萄糖醛酸的裂解; (3) 醋酐-吡啶分解法：只能裂解多聚糖的葡萄糖醛酸皂苷。,二、苷的理化性质,(5) 土壤微生物淘汰培养法,(4) 化学修饰-水解法,