天然药物化学-第二章-糖和苷.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,学习要求,掌握,糖的构型确定，什么是苷、苷元及苷化位移的含义；掌握常用的苷键水解方法，糖和苷基本理化性质；掌握糖的核磁共振性质。,熟悉,低聚糖和多糖的提取分离方法；糖和苷的结构特点；糖的化学性质中的氧化性，过碘酸氧化，四醋酸铅氧化，糖醛酸形成反应，甲基化反应，乙酰化反应，缩酮和缩醛化反应，硼酸络合反应以及羰基反应，熟悉,苷化位移的规律以及糖链结构的鉴定方法,。,一、概述,二、单糖的立体化学,三、糖和苷的分类,五、苷键的裂解,六、糖的核磁共振性质,七、糖链的结构测定,八、糖和苷的提取分离,四、糖的化学性质,糖和苷,糖类（,saccharide,）,:,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、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,一、概述,苷类（,glycosides,）,:,又叫配糖体或糖杂体等，是一类极为复杂、涉及面极广、数目庞大的天然药物化学成分，其生物活性及药物效用涉及医学的各个领域，是极为重要的一类化学成分。英文命名常以,-in,or,-oside,作后缀，如葛根黄素,(puerarin),、葛根黄素木糖苷,(puerarin xyloside),。苷是糖的衍生物，是糖在植物体内的一种储存形式，因为苷经水解后能释放出糖。如,凡水解后能生成糖和非糖物质的一类化合物，通称为苷类。,一、概述,苷类种类繁多，结构不一，其生理活性也多种样，在,心血管系统、呼吸系统、消化系统、神经系统以及抗菌消炎，增强机体免疫功能、抗肿瘤,等方面都具有不同的活性，苷类已成为当今研究天然药物中不可忽视的一类成分。许多常见的中药例如,人参、甘草、柴胡、黄芪黄芩、桔梗、芍药,等都含有苷类。,一、概述,二、单糖的立体化学,三、糖和苷的分类,五、苷键的裂解,六、糖的核磁共振性质,七、糖链的结构测定,八、糖和苷的提取分离,四、糖的化学性质,糖和苷,二、单糖的立体化学,单糖,(Monosaccharide),是,多羟基醛或多羟基酮,类化合物及其衍生物,(,主要是氧化产物醛糖酸及氨基糖,),。通常分为两大类,醛糖,(aldoses),和酮糖,(ketoses),。,最简单的醛糖是,甘油醛,，最简单的酮糖是,-二羟基丙酮,。,单糖是,多羟基醛或酮,。从三碳糖至八碳糖天然界都有存在。,含有,4,个碳原子的多羟基醛或酮称为丁糖，,5,个碳原子的称为戊糖，,6,个碳原子的称为己糖等等。,以,Fischer,式表示如下：,二、单糖的立体化学,单糖结构的表示方法,二、单糖的立体化学,单糖结构的表示方法：,Fisher,式,Haworth,式,Haworth,简略式,优势构象,成环状结构后，多了一个手性碳,-,端基碳,单糖由,Fisher,投影式到,Haworth,透视式的书写规则,二、单糖的立体化学,单糖在水溶液中形成半缩醛或半缩酮环状结构，即成呋喃糖和吡喃糖。,具有,六元,氧环结构的糖,吡喃型糖（,pyranose,）,具有,五元,氧环结构的糖,呋喃型糖（,furanose,）,糖处游离状态时用,Fischer,式表示,苷化后成环用,Haworth,式表示,二、单糖的立体化学,单糖结构的表示方法,二、单糖的立体化学,单糖的绝对构型,1,）以甘油醛为标准，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。,D-,（,+,）,-,甘油醛,L-,（,-,）,-,甘油醛,Fischer,式中,距羰基最远,的那个不对称碳原子上,-OH,向右的为,D,型，向左的为,L,型,。,Haworth,式,中看,距羰基最远,的那个不对称碳原子上的取代基，,向上为型，向下为型。,二、单糖的立体化学,单糖的绝对构型,二、单糖的立体化学,单糖的差向异构体,单糖成环后新形成的一个不对称碳原子称为,端基碳(anomeric carbon),，生成的一对差向异构体有,、两种构型,(端基碳的相对构型)。,Fisher投影式：C1-OH与原C5(六碳糖,),或C4(五碳糖,)-,OH，,顺式的为，反式的为,Haworth投影式：C1-OH与原C5(六碳糖,),或C4(五碳糖,)-,取代基，,异侧的为，同侧的为,。,Fisher投影式：C,1,-OH与原C,5,(六碳糖,),或C,4,(五碳糖,)-,OH，,顺式的为，反式的为,。,Haworth投影式：C,1,-OH与原C,5,(六碳糖,),或C,4,(五碳糖,)-,取代基，,异侧的为，同侧的为,。,二、单糖的立体化学,单糖的差向异构体,鼠李糖,判断,L/D?/?,示例,:,二、单糖的立体化学,单糖的构象,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),。,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,：五元氧环基本为一平面（如：信封式），无明显的构象变化。,吡喃环,：六元氧环不在同一个平面，有船式和椅式两种构象，以,椅式构象,为优势构象，即,C1,或,1C,式。C表示椅式(chair form),二、单糖的立体化学,单糖的构象,单糖构象的表示方法：,一、概述,二、单糖的立体化学,三、糖和苷的分类,五、苷键的裂解,六、糖的核磁共振性质,七、糖链的结构测定,八、糖和苷的提取分离,四、糖的化学性质,糖和苷,三、糖和苷的分类,一、单糖,:,已发现,200,多种,3C8C,都有,以,5C,和,6C,最多，多以结合态存在。可分为以下几类,:,1,、五碳醛碳,(aldopentoses),有,L-,阿拉伯糖,(L-arabinose),，,D-,木糖,(D-xylose),，,D-,来苏糖,(D-lyxose),，,D-,核糖,(D-ribose),等。,L-,阿拉伯糖的结构如下：,三、糖和苷的分类,2,、六碳醛糖,(aldohexose),常见的有,D-,葡萄糖,(D-glucose),，,D-,甘露糖,(D-mannose),，,D-,阿洛糖,(D-allose),，,D-,半乳糖,(D-galactose),等。其中以,D-,葡萄糖最为常见。,D-,葡萄糖的结构如下：,三、糖和苷的分类,3,、六碳酮糖,(ketohexose,hexulose),如,D-,果糖,(D-fructose),，,L-,山梨糖,(L-sorbose),等。,三、糖和苷的分类,4,、甲基五碳醛糖,常见的有,L-,鼠李糖,(L-rhamnose),，,L-,呋糖,(L-fucose),和,D-,鸡纳糖,(D-quinovose),。,如,L-,鼠李糖的结构：,三、糖和苷的分类,5,、支碳链糖,糖链中含有支链，如,D-,芹糖,(D-apiose),和,D-,金缕梅糖,(D-hamamelose,结构如下,),三、糖和苷的分类,6,、氨基糖,(amino sugar),：,单糖的,一个或几个醇羟基置换成氨基,。,天然存在的氨基糖多为,2-,氨基,-2-,去氧醛糖。,7,、去氧糖,(deoxysugars),单糖分子的一个或二个羟基被氢原子取代的糖,。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。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。如,L-,黄花夹竹桃糖,(L-thevetose),是,2,6-,二去氧糖的,3-O-,甲醚。,三、糖和苷的分类,三、糖和苷的分类,8,、糖醛酸,(uronic acid),：单糖分子中的,伯羟基氧化成羧基,。常结合成苷类或多糖存在，常见的如葡萄糖醛酸,(glucuronic acid),和半乳糖醛酸,(galactocuronic acid),。,糖醛酸易环合成内酯，在水溶液中呈平衡状态。,三、糖和苷的分类,8.,糖醇,单糖的,醛或酮还原成羟基,后所得的多元醇。,三、糖和苷的分类,9.,环醇,环状的多羟基化合物,称为环醇，从生源途径看属于单糖衍生物。,三、糖和苷的分类,二、低聚糖,(oligosaccharides,，寡糖,),：,由,2,9,个单糖通过苷键键合而成的直链或支链的聚糖称低聚糖。,分类：,二糖：,蔗糖,根据单糖的个数,三糖：,棉子糖,四糖：,水苏糖,五糖：,毛蕊糖,还原糖：,樱草糖,根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,两个糖均以,端基,脱水缩合形成的聚糖则没有还原性。,化学命名：,把除末端糖之外的叫糖基，并标明连接位置和苷键构型。,樱草糖,(primverose,还原糖,),蔗糖,(sucrose,非还原糖,),6-O-D-xylopyranosyl-,D-glucopyranose,2-O-D-glucopyranosyl,D-fructofuranose,三、糖和苷的分类,D-,木糖,1 6-D-,葡萄糖,D-,葡萄糖,1 2-D-,果糖,三、糖和苷的分类,植物中的三糖大多是以蔗糖为基本结构再接上其它单糖而成的非还原性糖，四糖和五糖是三糖结构再延长，也是非还原性糖。,三、糖和苷的分类,三、多聚糖,(polysaccharides,多糖,),是由,10,个以上的单糖基通过苷键连接而成。,聚合度：,100,以上至几千,性质：,与单糖和寡糖不同，无甜味，非还原性,分类：,1.,按,功能,分,水不溶的,，,直糖链型，主要形成动植物的支持组织。,ex.,纤维素，甲壳素,溶于热水,形成胶体溶液，多支链型，动植物的贮存养料。,ex.,淀粉，肝糖元,2.,按,组成,分,由一种单糖组成,均多糖,(homosaccharide),由二种以上单糖组成,杂多糖,(heterosaccharide),三、糖和苷的分类,三、多聚糖,(polysaccharides,多糖,),三、糖和苷的分类,系统命名：,均多糖：,在糖名后加字尾,-an,，,如葡聚糖为,glucan,。,杂多糖：,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,(glucomannan),，半乳甘露聚糖,(galactomanan),。,三、糖和苷的分类,常见的植物多糖,淀粉、纤维素、葡聚糖、果聚糖、半纤维素、树胶、粘液质、卡拉胶等。,常见的动物多糖,肝糖元：,与淀粉相似，分枝更甚，遇碘不呈兰色而呈红褐色。,甲壳素：,似纤维素（聚合度为,3000-5000,的,(14),结合的直链葡萄糖）；,三、糖和苷的分类,肝素：,为高度硫酸酯化的右旋多糖；,具有强的抗凝血作用，用于治疗和预防血栓的形成，也有保护人体细胞不受,HIV,破坏，抑制病毒抗原在人体中的表达作用，其作用均与硫酸酯基有关。,硫酸软骨素：,是动物组织的基础物质，用以保护动物组织的水分和弹性；有降低血脂、改善动脉粥样硬化之功，现有鲨鱼软骨素上市。,透明质酸：,是一种酸性粘多糖，为动物皮肤中的天然成分；多用于护肤霜基质，猪蹄及膀皮有美容之功。,三、糖和苷的分类,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,、,将二者连接起来的化学键，可通过,O,N,S,等原子或直接通过,C-C,键相连,苷类化合物的英文命名常以,-in,或,oside,作后缀。,三、糖和苷的分类,苷类化合物的,分类：,根据苷在,生物体内的存在形式,：分为原生苷、次生苷。,根据苷中连接,单糖基的个数,：单糖苷、二糖苷、三糖苷,。,根据,苷元化学结构类型,：黄酮苷、蒽醌苷、苯丙素苷、生物碱苷,。,根据,苷键原子,的不同：氧苷、硫苷、氮苷、碳苷,。,三、糖和苷的分类,按,苷键原子,不同分：,O-,苷,(O,键苷,),：,苷键原子为,O,，因苷元不同分：,醇苷：,由苷元的,醇羟基,与,糖或糖衍生物的半缩醛,(,半缩酮,),羟基,脱水而成的苷，比较常见。,Rhodioloside(,红景天苷,)Ranunculin(,毛茛苷,),三、糖和苷的分类,酚苷,：,由苷元的,酚羟基与,糖或糖衍生物的半缩醛,(,半缩酮,),羟基,脱水缩合而成的苷。天然药物中为数甚多，根据苷元不同又有：,苯酚苷,，如：,Gastrodin(,天麻苷,),三、糖和苷的分类,萘酚苷，,如：,Hydrojuglone (,氢化胡桃叶醌苷,),三、糖和苷的分类,蒽醌苷，,如：,大黄酚苷,Chrysophamol monoglycoside,三、糖和苷的分类,香豆素苷,，如：,Esculin(,七叶苷,),黄酮苷,，如：,Baicalin(,黄芩苷,),三、糖和苷的分类,氰苷,:,是一类,羟基腈与糖分子的端基羟基间缩合,的衍生物，根据羟基与腈基的位置不同有,-,羟基腈苷,，如：,Prunasin(,野樱苷,),三、糖和苷的分类,-,羟基腈苷,，如：,Sarmentosin(,垂盆草苷,),！,氰苷,即生成氰的苷，尤其,-,羟基腈很不稳定，在碱性条件下苷元易发生异构化,一经酶或酸、碱作用，立即,生成氢氰酸,，误食该类植物有中毒危险。,三、糖和苷的分类,酯苷,：,是,苷元的羧基与糖或糖衍生物的半缩醛,(,半缩酮,),羟基,而成的苷类，此类苷键既有缩醛的性质，又有酯的性质，易为稀酸或稀碱水解。如：,来自百合科植物的,山慈菇苷,A(tuliposide A),，有抗真菌活性。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),。,三、糖和苷的分类,吲哚苷,：,是,吲哚醇羟基与糖脱水缩合,的苷类。如：,indicum(,靛苷,),三、糖和苷的分类,硫苷,(S,键苷,),：,苷键原子为硫，是,苷元上的巯基与,糖或糖衍生物的半缩醛,(,半缩酮,),羟基,缩合,而成的苷。如来自萝卜的萝卜苷：,glucoraphenin(,萝卜苷,),三、糖和苷的分类,氮苷,(N,键苷,),：,苷键原子为,N,，是,苷元上胺基与糖缩合,而成的一类苷。如核苷是核酸的重要组成部分，,N,苷是生化领域的重要物质。如：,Adenosine(,腺苷,)crotonside(,巴豆苷,),三、糖和苷的分类,碳苷,(C,键苷,),：,是,糖基直接连在苷元碳原子上,的苷类。,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。,天然药物中常见的碳苷以,黄酮类,为多。如：,Vitexin(,牡荆素,),一、概述,二、单糖的立体化学,三、糖和苷的分类,五、苷键的裂解,六、糖的核磁共振性质,七、糖链的结构测定,八、糖和苷的提取分离,四、糖的化学性质,糖和苷,四、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,四、糖的化学性质,一、氧化反应,单糖分子中有,醛,(,酮,),、醇羟基和邻二醇,等结构，均可以与一定的氧化剂发生氧化反应，一般都无选择性。但,过碘酸,和,四醋酸铅,的选择性较高，一般只作用于,邻二羟基,上。以过碘酸氧化反应为例：,(1),过碘酸反应的,基本方式：,适用范围：,邻二醇、,-,氨基醇、,-,羟基醛,(,酮,),、邻二酮和某些活性次甲基结构；,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。,四、糖的化学性质,过碘酸氧化基本反应如下：,(2),糖的裂解,四、糖的化学性质,一、氧化反应,四、糖的化学性质,(3),反应机理,一、氧化反应,先生,成,五元环状酯的中间体,。在酸性或碱性介质中，过碘酸以一价的,H,2,IO,5,-,(,水合离子,),作用。,在弱酸或中性介质中，,反应速度顺式,1,2-,二元醇大于反式,，因为顺式结构有利于五元环中间体的形成。,五元环状酯中间体,四、糖的化学性质,(4),应用,一、氧化反应,常用于,糖类和多元醇结构研究,。从过碘酸的消耗量到甲醛或甲酸等的生成量测定，可以被定量测定，用于推测糖的结构、种类、糖链之间连接位置以及分子中邻二醇羟基的数目和碳的构型等。,游离的单糖按,Fisher,式，成苷的糖按,Haworth,式估算消耗的过碘酸的克分子数,。,四、糖的化学性质,二、糠醛的形成反应,单糖在浓酸,(410N),作用下，失三分子水，生成具有呋喃环结构的,糠醛类化合物,。多糖则先水解成单糖，再脱水生成同样的产物。由五碳糖生成的是糠醛（,R=H,），甲基五碳糖生成的是,5-,甲糠醛（,R=Me),，六碳糖生成的是,5-,羟甲基糠醛,(R=CH,2,OH),。,四、糖的化学性质,糠醛衍生物和许多,芳胺、酚类可缩合成有色物质，可用于糖的显色和检出,。,如,Molish,反应,就是在浓硫酸作用下，糖或苷分子中糖内部脱水成,糠醛衍生物,，再与,-,萘酚,试剂,缩合形成,紫色环,于界面上。即：,二、糠醛的形成反应,糠醛与,-,萘酚缩合物（紫色）,常用的层析显色剂：邻苯二甲酸和苯胺,四、糖的化学性质,三、羟基反应,糖的羟基反应包括：,醚化、酯化、酰化反应、硼酸络合反应和缩酮（醛）反应,。从糖的结构看，,活性最高的是半缩醛羟基,，但该羟基在苷类化合物中多已被苷化。,羟基的活泼性：,半缩醛羟基,(C,1,-OH,）,伯醇基,(C,6,-OH)C,2,-OH,其它仲醇基,e-OH a-OH,仲醇基中,C,2,-OH,较活泼,，这是因为,C,2,-OH,受,C1,的诱导效应致其酸性较强所致。,四、糖的化学性质,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-,或,4,6-,双羟基,生成六元环状物,常用的试剂有丙酮,/,硫酸，其产物称异丙叉衍生物或丙酮加成物；苯甲醛,/,硫酸等，其产物称苯甲叉衍生物。,羟基反应,(,一,),缩酮和缩醛反应,四、糖的化学性质,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,1,2;3,4-,二,-O-,异丙叉,-,-,D-,半乳吡喃糖,四、糖的化学性质,羟基反应,(,二,),与硼酸络合反应,具有邻二羟基的化合物可与硼酸生成硼酸络合物，用以糖、苷等的分离、鉴定乃至构型推定。一般说来，,呋喃糖苷的络合能力最强，吡喃糖苷络合能力最弱,。,产物呈酸性，可酸碱滴定、离子交换、电泳。,四、糖的化学性质,羟基反应,(,三,),醚化反应,常采用的有,:,甲醚化,(,甲基化,),、三甲硅醚化和三苯甲醚化反应。,甲基化常用的方法：,Kuhn改良法：,在二甲基甲酰胺（DMF）溶液中用CH,3,I和Ag,2,O,或(CH,3,),2,SO,4,和BaO/Ba(OH),2,进行反应。,箱守法（Hakomori)：,在二甲基亚砜（DMSO）中用NaH和CH,3,I进行反应。,四、糖的化学性质,羟基反应,(,四,),酰化反应,在糖和苷类化合物的分离和结构鉴定中，为了,降低其亲水性、判断糖与糖、糖与苷元连接位置的需要,，往往对苷类化合物中糖上羟基进行醚化外，酰化反应也是制备衍生物中常用的方法之一。其中以,乙酰化衍生物,较为常见,，除此之外还有对甲苯磺酰化。,常用的酰化试剂有：,醋酸酐,/,吡啶,；,Ac,2,O/NaAc,；,Ac,2,O/ZnCl,2,等。,其糖分子上羟基酰化难易与醚化反应相同，即,半缩醛羟基活性最高、末端伯醇基次之、仲醇基活性较低，仲醇基中又以,C2-OH,较易，,C3-OH,最难。,四、糖的化学性质,三、羰基反应,还原糖和,一分子苯肼,缩合生成,糖苯腙,，多数糖苯腙是水溶性的，选择适当的肼可以制得糖腙以鉴别糖类，也可用于分离和纯化糖。,糖和过量的苯肼作用，在C,1,和C,2,导入,两分子苯肼,，生成,糖脎,。多难溶于水，有好晶型。,2-去氧糖,不成脎。,四、糖的化学性质,葡萄糖的羰基反应,一、概述,二、单糖的立体化学,三、糖和苷的分类,五、苷键的裂解,六、糖的核磁共振性质,七、糖链的结构测定,八、糖和苷的提取分离,四、糖的化学性质,糖和苷,五、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,苷键的裂解有助于了解苷元与糖的连接方式、苷键构型等，按照裂解程度可以分为全裂解和部分裂解，所用的试剂不同。而根据所用催化剂的不同，又可分为：,五、苷键的裂解,一、酸催化水解反应,苷键为缩醛,(,酮,),结构，故对碱、氧化剂较稳定，但易被稀酸所水解，其反应机制，以,O,苷为例可表述如下。,水解反应常在,水或稀醇,中进行，常用的酸有,稀,HCl,H,2,SO,4,乙酸和甲酸,等。,水解难易影响因素,:,苷原子的,电子云密度,和,空间环境,酸催化水解反应的规律：,苷原子不同，酸水解难易顺序：,C-,苷,S-,苷,O-,苷,N-,苷,（,C-,苷难进行质子化，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。,因五元呋喃环的平面结构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,-CH,2,OH,大基团取代，水解反应可使张力减小。,五、苷键的裂解,吡喃糖苷中：,吡喃环,C,5,上取代基越大越难水解，水解速度为：,五碳糖,甲基五碳糖,六碳糖,七碳糖,（由易到难）,C,5,上有,-COOH,取代,(,糖醛酸,),时，最难水解,（因诱导使苷原子电子密度降低）,氨基取代的糖较,-OH,糖难水解，,-OH,糖又较去氧糖难水解。,2,6-,二去氧糖,2-,去氧糖,6-,去氧糖,2-,羟基糖,2-,氨基糖,五、苷键的裂解,醇苷、萜苷、甾苷,（因苷元部分有供电结构，而脂肪属苷元无供电结构）,(7),苷元为,小基团,苷键,横键,比,竖键,易水解,(e a),（横键易质子化）,苷元为,大基团,苷键,竖键,比,横键,易水解,(a e),（苷的不稳定性促使其易水解）,五、苷键的裂解,四、糖的化学性质,氮原子位于,酰胺或嘧啶,位置时，,N-,苷难于用酸水解。,酸催化水解反应注意事项,！,酸水解时，当苷元对酸不稳定时将导致苷元的结构变化，遇此种情况时可采用,二相水解反应,，即在反应混合物中加入与水不相混溶的有机溶剂（如苯,/,氯仿），使水解后的苷元及时转溶于有机溶剂相，以避免苷元与酸的长时间接触。,五、苷键的裂解,五、苷键的裂解,二、乙酰解反应（,Acetolysis,）,乙酰解法可以,开裂部分苷键而保存另一部分苷键,，从而在水解产物中得到乙酰化的低聚糖，由此经,TLC,、,GC,分析获得糖种类及其连接方式的部分信息。,1,常用试剂：醋酐,+,酸,所用酸如：,H,2,SO,4,、,HClO,4,、,CF,3,COOH,或,Lewis,酸,(ZnCl,2,、,BF,3,),等。,2,反应条件：一般是在室温放置数天。,3,反应机理：,与酸催化水解相似，以,CH,3,CO,+,(,乙酰基，,Ac),为进攻基团。,影响乙酰解反应,难易的因素,:,苷键,邻位有,OH,可被乙酰化时,，酰化难度加大；,苷键,邻位有,电负性强的基团（如环氧基）,，,酰化速度变慢；,糖间,连接位置不同,，酰化速度不同,;,如,-,苷键葡萄糖双糖：,16,（易）,141312,（难）,五、苷键的裂解,乙酰解反应易发生糖的端基异构化。,五、苷键的裂解,三、碱催化水解和,消除反应,苷键为缩醛型醚键，理当对碱稳定，但若苷元中,成苷羟基的,位有负电性取代基时,，苷键便具有一定的酯的性质，能被碱催化水解。如：,酯苷,;,酚苷,;,烯醇苷,;-,吸电子基取代的苷,碱催化水解因为,C,2,-OH,与,C,1,-,苷键,反式时较顺式易水解,，且,反式水解产物为,1,6-,糖酐,，而,顺式为正常的糖,。,此性质可用以此类特殊苷的,苷键构型确定,。,五、苷键的裂解,所谓的,-,消除反应,是苷键的,-,位有吸电子基团时，可以使,-,位氢活化，有利于,OH,的进攻，故在碱液中与苷键起消除反应而开裂苷键，常用于多糖的结构研究。,如藏红花苦苷、靛苷、蜀黍苷等都可为碱所水解发生,消除反应,。,五、苷键的裂解,五、苷键的裂解,四、酶催化水解,酶是活性高，专属性强的生物催化剂，其割裂苷键的,条件比较温和,，可以保持,苷元结构不变,，且又能获得有关,苷键构型,情况。,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,。,转化糖酶(invertase)水解-果糖苷键；,麦芽糖酶(maltase)水解-葡萄糖苷键,纤维素酶(cellulase)水解-葡萄糖苷键,苦杏仁酶(emulsin)水解-葡萄糖和-半乳糖苷键,五、苷键的裂解,五、过碘酸裂解反应,(Smith,裂解法,),是过碘酸氧化反应经改进，,用于割裂具有,1,，,2-,二元醇糖苷键的温和反应,，,(,该方法又称,Smith,裂解法,),。这种方法对,苷元结构容易改变,的苷以及,C-,苷,的水解特别适宜。而,不适宜苷元上也具有,1,2-,二元醇结构的苷类,；该反应在水解产物中得不到完整的糖分子。,五、苷键的裂解,五、过碘酸裂解反应,(Smith,裂解法,),过碘酸裂解反应所用试剂为,NaIO,4,和,NaBH,4,，具体反应步骤如下：,C-,苷的水解：连有一个醛基的苷元。,五、苷键的裂解,一、概述,二、单糖的立体化学,三、糖和苷的分类,五、苷键的裂解,六、糖的核磁共振性质,七、糖链的结构测定,八、糖和苷的提取分离,四、糖的化学性质,糖和苷,六、糖的核磁共振性质,NMR,技术的发展，在解决糖和苷类化合物的苷键构型、氧环大小、优势构象、糖的种类和连接位置、连接顺序等方面比较容易进行。,糖,和苷类化合物,NMR,谱解析的难点：,1,、信号分布范围窄；,2,、偶合关系复杂。,六、糖的核磁共振性质,一 、糖的,1,HNMR,特征,化学位移规律：,端基质子：,4.36.0ppm,特点：比较容易辨认,用途：,1,、确定糖基的个数,2,、确定糖基的种类,3,、,2D-NMR,谱上糖信号的归属,4,、糖的位置的判断,六、糖的核磁共振性质,六、糖的核磁共振性质,六、糖的核磁共振性质,甲基五碳糖的甲基质子信号：,1.0ppm,特点：比较容易辨认,用途：,1,、确定甲基五碳糖的,个数,2,、确定甲基五碳糖的,种类,3,、确定甲基五碳糖的,位置,4,、,2D-NMR,谱上甲基五碳糖信号的归属,其余质子信号：,3.24.2ppm,特点,:,信号集中，难以解析,归属,:,往往需借助,2D-NMR,技术,.,六、糖的核磁共振性质,两面角,90,，,J=0Hz,；两面角在,90 180,时，随角度增大耦合常数增大；,0 90,时，随角度增大耦合常数减小；,对优势构象为,C1,式，,C,2,羟基在环的面下的吡喃糖：,当,2-H,为直立键时，,1,位苷键的取向不同，,1-H,与,2-H,的两面角不同，偶合常数亦不同：,-D-,和,-L-,型糖的,1-H,和,2-H,键,为双直立键，,=180,，,J=68Hz,-D-,和,-L-,型糖的,1-H,为平伏键，,2-H,为直立键，,=60,，,J=24Hz,C,1,-H,和,C,2,-H,的偶合常数，决定端基碳的构型。,偶合常数与两面角有关：,六、糖的核磁共振性质,六碳醛糖的优势构象为,C1,式，其中,C,2,构型与,D-,葡萄糖相同的,D-,半乳糖、,D-,阿洛糖的优势构象中,2-H,均为直立键，其成,苷键时，端基质子与,2-H,的偶合常数均为,4Hz,左右；而当其成,苷时，端基质子与,2-H,的偶合常数均为,8Hz,左右。,-D-,葡萄糖苷,-D-,半乳糖苷,-D-,阿洛糖苷,六、糖的核磁共振性质,例如：,-D-,葡萄糖和,-D-,葡萄糖的混合物在氢谱上显示两个端基质子信号，不仅化学位移有差别，偶合常数差别也很明显。其中,-D-,葡萄糖的端基质子信号为,4.6,，,J=8Hz,。而,-D-,葡萄糖的端基质子信号为,5.2,，,J=4Hz,。,六、糖的核磁共振性质,但是当,2-H,为平伏键的情况下，,1-H,无论处于平伏键还是直立键，与,2-H,的两面夹角均约,60,度，故不能用该法判断苷键构型。,因此，六碳醛糖中,C,2,构型与葡萄糖不一致的,D-,甘露糖,的苷键，就不能用端基质子的偶合常数来判断其构型。,-D-,甘露糖苷,-D-,甘露糖苷,六、糖的核磁共振性质,例如：,-D-,甘露糖和,-D-,甘露糖的混合物在氢谱上虽显示两个端基质子信号，化学位移有差别，但偶合常数差别很不明显。,六、糖的核磁共振性质,同样，甲基五碳糖中的,L-,鼠李糖的,C,2,构型虽与,D-,葡萄糖相同，但其优势构象为,1C,式，,2-H,为平伏键，其苷键的构型亦不能用该方法判断。,六、糖的核磁共振性质,二、糖的,13,CNMR,特征,糖上碳信号可分为几类，大致范围为：,1.CH,3,18ppm,甲基五碳糖的,C,6,，一般有几个信号,(,扣除苷元中的甲基,),可表示有几个甲基五碳糖存在。,2.CH,2,OH 62ppm C,5,或,C,6,3.CHOH 6885ppm,糖氧环上的,C,2,C,4,4.-O-CH-O-95105ppm,端基,C,1,或,C,2,，在此范围内有几个信号可视为有几种糖存在于糖链的重复单位中。,六、糖的核磁共振性质,可通过吡喃糖端基碳的碳氢偶合常数,(,1,J,C1-H1,),来区别苷键构型。优势构象为,C1,式：,1,J,C1-H1,170Hz,时为,-D,型或,-L,型,苷键；,1,J,C1-H1,160Hz,时为,-D,型或,-L,型,苷键。鼠李糖优势构象为,1C,式,，,-L,型偶合常数在,170Hz,左右，,-L,型偶合常数在,160Hz,左右。,通过端基碳的化学位移确定相对构型(或)，常见糖中,-L和-D型,糖苷键,100ppm,，,-D和-L型,糖苷键,100ppm,。如具有C1构象的D-葡萄糖苷的端基碳信号，-型的为97101，而-型的为103106ppm，由此可区别-和-异构体。,六、糖的核磁共振性质,三、苷化位移,(glycosidation shift,GS),1.,苷化位移值和苷元的结构有关，与糖的种类关系不大。,例如：,C1,位移,C2,位移,-D-,葡萄糖,96.7 75.1,甲基,-D-,葡萄糖苷,104.0 +8.3 74.1 -1.0,-D-,半乳糖,97.3 72.9,甲基,-D-,半乳糖,104.5 +8.3 71.7 -0.8,-L-,鼠李吡喃糖,95.1 71.9,甲基,-L-,鼠李糖苷,102.6 +7.5 72.1 -0.2,糖与苷元成苷后，苷元的,-C,、,-C,和糖的端基碳,(C,1,),化学位移值,均发生变化，这种改变称为,苷化位移,。,六、糖的核磁共振性质,苷元 端基碳 苷元,碳 苷元,碳,-CH,3,+5.0+7.5 +6.0+7.5,-CH,2,CH,2,R +5.0+6.5 +5.0+6.5 -3.5-5.0,-CH(CH,2,R),2,+3.4+4.5 +5.0+8.0 -3.0-3.5,-C(CH,2,R),3,-0.5+0.5 +6.5+7.5 -2.5-3.0,2.,苷元若为链状结构，端基碳的,苷化位移随着苷元为伯、仲、叔基而递减,，但对苷元的,碳和,碳的苷化位移影响不大，例如：同为葡萄糖的苷，苷元不同，其苷化位移范围,(ppm),不同,六、糖的核磁共振性质,3.,苷元为环醇时的苷化位移规律,若,羟基的,位无烷基取代,，则,碳与端基碳的苷化位移值与开链的仲醇相似。如果,羟基的,位有烷基取代,，那么,碳和端基碳的苷化位移与苷元的,碳的手性及糖的端基手性都有关系。具体可分为两种情况：,1),苷元的,碳的手性及糖的端基手性相同时，则,碳与端基碳的苷化位移值与,位无烷基取代的环醇时相同，即与开链的仲醇相似，即,5ppm,左右。,（教材,P101102,）,六、糖的核磁共振性质,2),苷元的,碳的手性及糖的端基手性不相同，则,碳与端基碳的苷化位移值比,位无烷基取代的环醇相应的碳的苷化位移大,3.5ppm,左右，即大约,10ppm,。,3),同五异十其余七：,4),同小异大：指,碳,5),酯苷和酚苷：特殊，,-C,向高场位移。,一、概述,二、单糖的立体化学,三、糖和苷的分类,四、苷类化合物的理化性质,五、苷键的裂解,六、糖的核磁共振性质,七、糖链的结构测定,八、糖和苷的提取分离,第二章 糖和苷,三个问题：,单糖组成,糖的连接顺序和位置,苷键构型,七、糖链的结构测定,七、糖链的结构测定,一、纯度测定,多糖纯品实质是一定分子量范围内的均一组分，纯度只代表相似链长的平均分布。常用纯度测定方法包括：,超离心法,高压电泳法,凝胶柱色谱法,旋光测定法,其他方法,(,TLC,，熔点,),七、糖链的结构测定,二、分子量及分子式的测定,多糖的分子量只是一种统计平均值。,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的多糖作标准曲线。,七、糖链的结构测定,三、单糖,(,糖的种类、数目,),的鉴定,1,单糖的种类,一般是将苷键全水解，鉴定水解产物。,用,PC,检出单糖的种类，经显色后用薄层扫描仪求得各种糖的分子比。,色谱法：,PC,；,TLC,；,GC,（衍生物）；,HPLC,NMR,：化学位移；,J,值,2,、糖的数目的确定,主要根据,NMR,：碳谱,90110,；氢谱,46,2D-NMR,；,MS,等。,七、糖链的结构测定,四、单糖绝对构型,(D/L,型,),的测定,1,、,GC,法：,加手性试剂衍生化后测定比移值，并与标准品比对后进行确定；,2,、,HPLC,法,：原理与,GC,法类似，加手性试剂衍生化后测定比移值，样品用量少，但灵敏度不及,GC,法；,3,、手性柱法：,可将,一对对映体分开,，常用,GC,或,HPLC,进行测定，需要手型柱一般实验室不适用；,4,、手性检测器法：,与,HPLC,联用；,5,、旋光比较法,：分得单糖纯品后测旋光方向确定构型，样品用量大；,七、糖链的结构测定,五、糖链连接位置的确定,将糖链全甲基化，然后水解苷键，鉴定所获得的甲基化单糖，其中游离,-OH,的部位就是连结位置。,七、糖链的结构测定,五、糖链连接位置的确定,目前常使用,13,C-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。通过苷化位移可以推测出糖的连接位点。,1,H-NMR,中可以通过乙酰化后，不同碳上质子化学位移值的变化来确定连接位点。,七、糖链的结构测定,六、糖链连接顺序的确定,质谱分析,也以用于低聚糖的结构研究。,优点不必制备衍生物,用量小,准确,简便。,早期是,缓和水解法,(,酶解、甲醇解、碱水解、乙酰解等,),，将糖链水解成较小的片段，然后分析这些低聚糖的连接顺序。,自旋晶格弛豫时间,T,1,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,T,1,值大。,七、糖链的结构测定,六、糖链连接顺序的确定,现在最常用的是,2D-NMR,法,，通过氢,-,氢相关谱,(,1,H-,1,H COSY,NOESY,等,),和碳,-,氢相关谱,(,13,C-,1,H HMQC,，,COSY,等,),确定各质子和碳化学位移值，再根据碳,-,氢远程谱,HMBC,确定糖的连接位点和相互连接关系。,七、糖链的结构测定,七、苷键构型的确定,核磁共振技术,酶催化水解,分子旋光差法（,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。,红外法,一、概述,二、单糖的立体化学,三、糖和苷的分类,四、苷类化合物的理化性质,五、苷键的裂解,六、糖的核磁共振性质,七、糖链的结构测定,八、糖和苷的提取分离,第二章 糖和苷,八、糖及苷的提取分离,