第三章糖和苷类.

第三章糖和苷类CarbohydrateorSaccharidesandglycosides第一节糖类化合物一.概述糖和苷是自然界分布很广的两大类成分。中草药中存在的糖类成分有两个特点：1、几乎所有的中药（矿物药除外）都含有糖或苷，并几乎占植物体内有机物总量的85～90﹪。2、除葡萄糖和葡萄糖醛酸对人体有营养和解毒作用，香菇、灵芝、人参、黄芪等所含多糖有一定抗肿瘤及提高免疫活性作用外，大多数糖至今还未发现有别的显著的生理活性。二.糖类的结构与分类单糖低聚糖多糖(一)单糖(Monosaccharides)1.中草药中常见的单糖及构型单糖是糖类可被水解的最小糖单位。按含糖或醛基的不同又可分为（1）常见的单糖中草药中存在最多的是己糖和戊糖，最常见的是以下几种五碳醛糖六碳醛糖六碳酮糖：去氧糖甲基五碳醛糖（6-去氧糖）2，6-去氧糖（主要存在于强心苷）去氧糖由于比2－羟基糖少氧，理化性质也有不同。此外还有一些特殊的糖及衍生物以上要能分出是哪个结构类型的糖，其中glc，gal，rha，fru等最好记忆一下。单糖由于有手性碳，因此有旋光异构体，我们复习一下糖的构型。（2）单糖的构型以glu为例复习一下单糖构型确定的方法确定D或L型看离羰基C最远的手性碳上的－OH的位置，右为D－型，左为L－型。成环状半缩醛结构后，端基C上的－OH与决定D或L手性C上的－OH同侧为ß—型异侧为α—型。单糖Hawarth式的绝对构型主要看成环C上的取代基，向上为D—型向下为L—型。端基异构体看端基C上—OH与成环C上取代基同侧为ß—型异侧为α—型。因此可以总结为：（二）低聚糖(Oligosaccharides)由2～9个单糖经苷键聚合而成的糖为低聚糖。例如自然界的三糖（指游离糖）一般说是以蔗糖为基本结构，再接上另一个糖而成非还原糖，称蔗糖系列或蔗糖族，例：而四糖基本上是以棉子糖为基本结构再接上两个糖而成，非还原糖（指游离糖）称棉子糖族或棉子糖系列。（三）多聚糖(Polysaccharides)多聚糖由10个以上的单糖聚合而成,简称多糖。一般由几百至几千个单糖组成。聚合方式有支链型分子,也有直链型分子。多糖的分类有二种方法，一种是按多糖在生物体内的功能分类：组织结构多糖(水不溶)：纤维素，甲壳素贮藏养料多糖（水溶性）：淀粉，菊糖，果胶，粘液质，树胶。另一种是按多糖的分子结构分类：习惯以化学结构进行的分类，我们主要按结构分类顺序看看中药中常见的多糖：1.均多糖（homosaccharides）（1）纤维素（cellulose）纤维素是由D—glu以1ß4苷键反向连接聚合而成的直链葡聚糖，聚合度为3000～5000，分子主要约200，000～500，000，与半纤维素等形成细胞壁，组成植物的支持组织。从结构中可以看出由于各个糖都是反向连接，因此大基团（伯醇基）相距较远，斥力小，对称性强，结构紧密，并排列成绳索状，分子量大。因此：不溶于水（冷或热）和有机溶剂，稀酸或碱水难以水解。只能用：发烟HCl（36％）加压水解成D—glu。醋酐—浓H2SO4乙酰解成八乙酰纤维二糖。(2)淀粉（Starch）淀粉是植物的贮藏养料。按结构又可分为支链淀粉和支直链淀粉。A.直链淀粉（糖淀粉amylose）由D—glu以1ß4苷键直线聚合成螺旋状，聚合度为300～350（随来源不同而有差异）。不溶于冷水及有机溶剂，溶于热水且澄明。B.支链淀粉（胶淀粉amylopectin）分子大于直链淀粉，聚合度为3000左右（随来源不同而有差异）。分子结构中除有1α4苷键相连的糖链外，还有1α6苷键相连的支链，也呈螺旋状，支链多达几百条，平均支链只为25个glu单位。支链淀粉不溶于冷水及有机溶剂，溶于热水呈胶体溶液。支链淀粉与直链淀粉在淀粉中的比例为1：3～4。因此,淀粉不溶于冷水和乙醇等有机试剂，溶于热水呈粘胶状。淀粉由于是螺旋结构因此能与I2络和显色。且随聚合度不同其色调也不同。聚合度4～6不显色20～50紫色或蓝紫12～18红色50以上蓝色纤维素和淀粉这两种葡聚糖是植物界分布最广的多糖，但没有特殊的生物活性认为是无效成分，常常除去，特例是淀粉，在中药提取液中形成糊状胶体溶液很难过滤。因此含淀粉量高的中药提取时，多采用乙醇提，使淀粉不溶出，避免干扰。(3)其它葡聚糖在植物界除纤维素，淀粉这两种葡聚糖外还存在其它一些葡聚糖，并且常随来源而定名。如昆布多糖（20个D－glu经1ß3苷键聚合），末端接一个甘露醇（但仍归葡聚糖）。香菇多糖1ß3聚合糖，分子量80万～105万，对S180瘤株有较强的抑制作用。我们国内已重视对此类有1ß3葡聚糖的研究。但因糖属水溶性成分，较难提纯鉴定，因此在中药中发现其它的葡聚糖还是不多的。由果糖聚合而成，若分子中既有一个别的糖仍还是归为果聚糖。(4)果聚糖2.杂多糖（heterosaccharides）(1)半纤维素（hemecellulase）半纤维素是指与纤维素和木质素共同组成细胞壁的一类不溶于水而能被稀碱（2～20﹪NaOH）溶出的酸性多糖。如：因此半纤维素并不是指的一种结构的多糖，而是指一类不同结构的多糖，是随提取来源而来的定义。不同来源的半纤维素所含的糖有木聚糖、甘露聚糖等均多糖或葡萄甘露聚糖等杂多糖，并多连有糖醛酸，分子量多在万到十几万之间。一般半纤维素不溶于水和有机溶剂。易溶于稀的碱水（在酸水中不溶）。如：禾本科植物所含的半纤维素主要是由D—木糖1ß→4连成主链，在C1～C3处连有L—阿拉伯糖和D—glu的分支糖链。(2)树胶（gum）树胶是植物受到外界伤害后分泌的物质，多为无定形的质脆透明或半透明的固体。如阿拉伯胶等。由于树胶常和蛋白质、淀粉、树脂、挥发油等伴存于植物体内，加上分子较大，提取分离很困难，因此其化学结构至今不十分清楚，仅了解：分子中多含有D—半乳糖醛酸或葡D—萄糖醛酸，此外多含有D—gal、D－man、D—xyl、L－ara、L—Rha这五种糖中的两种糖，且多为支链杂多糖。例：阿拉伯胶的主要部分结构由D—半乳糖1ß→3接成主链。C6上连有L—Rha、L－ara、D－gluA。可溶于冷水呈胶体溶液或悬浮液，不溶于乙醇等有机溶剂。(3)粘液质（mucilage）和粘胶质（pecticsubstance）粘液质：是植物体正常生理状态的分泌产物，化学组成与树胶相似，如车前子胶就是中药车前子中存在的一种粘液质。白芨，南五味子中也都含有粘液质。粘液质难溶于冷水，溶于热水呈胶体溶液，难溶于乙醇等有机溶剂。粘胶质：中药中存在粘胶质的主要是果胶，果胶主要存在于植物的果实中。是由D—galA1α4连接而成。平均每4个半乳糖醛酸羧基就有1个形成甲酯。分子量在在150，000～300，000。可溶于冷水，溶于热水及稀酸水冷后呈冻状。不溶于乙醇等有机溶剂。3．菌类多糖（1）猪苓多糖（polyporuspolysaccharide）是从多孔菌科真菌猪苓［Polyporusumbellatus(Pers.)Fr.］中提得的，以1β→3、1β→4、1β→6键结合的葡聚糖，支链在C3和C6位上。药理实验证明，能显著提高荷瘤小鼠巨噬细胞的吞噬能力，促进抗体形成，是良好的免疫调节剂，具有抗肿瘤转移和调节机体细胞免疫功能的作用。此外，对慢性肝炎也有良好的疗效。(2)茯苓多糖（pachyman）是多孔菌科真菌科真菌茯苓［Poriacocos（Schw.）Wolf］中提得的一种多糖，为具有1β→6吡喃葡萄糖为支链的1β→3葡聚糖。茯苓多糖本身无抗肿瘤活性，若切断其所含的1β→6吡喃葡聚糖支链，成为单纯的1β→3葡聚糖（称为茯苓次聚糖pachymaran）则具有显著的抗肿瘤作用。(3)灵芝多糖是从多孔菌科真菌赤芝[Ganodermalunidum(leyss.exFr.)karst]中提得20多种多糖。有葡聚糖（1β→6，1β→3等）、杂多糖（1β→6，1β→3阿拉伯半乳聚糖等）及肽多糖。就抗肿瘤活性而言，灵芝多糖间并无差异，但多糖的三维螺旋结构遭破坏则影响其活性。4．动物多糖（1）肝素（heparin）是一种含有硫酸酯的粘多糖，它的组分是氨基葡萄糖、艾杜糖醛酸和葡萄糖醛酸。（2）透明质酸（hyaluronicacid）是由D-葡萄糖醛酸1β→4和乙酰D-葡萄糖胺1β→3连接而成的直链酸性粘多糖。（3）硫酸软骨素（chondroitinsulfate）是从动物的软骨组织中得到的酸性粘多糖，有A、B、C、D、E、F、H等多种。（4）甲壳素（chitin）是组成甲壳类昆虫外壳的多糖，其结构和安定性与纤维素类似。由N-乙酰葡萄糖胺以1→4反向连接成直线状结构。肝素广泛分布于哺乳动物的内脏、肌肉和血液里，作为天然抗凝血物质受到高度重视，国外用于预防血栓疾病，并已形成了一种肝素疗法。透明质酸广泛存在于动物的各种组织中，在哺乳动物体内，以玻璃体、脐带和关节滑液中含量最高，鸡冠的含量与滑液相似。透明质酸可用于视网膜脱离手术，并作为天然保湿因子，广泛用于化妆品中。不溶于水，对稀酸和碱稳定。甲壳素经浓碱处理，可得脱乙酰甲壳素（chitosan）。甲壳素及脱乙酰甲壳素应用非常广泛，可制成透析膜、超滤膜，用作药物的载体具有缓释，持效的优点，还可用于人造皮肤、人造血管、手术缝合线等。第二节苷类（glycosides）一.概述糖或糖的衍生物（氨基糖，糖醛酸）与非糖物质经糖的端基碳原子以苷键连接而成的化合物称为苷（苷，配糖体）。非糖部分称作苷元，配基（aglycone,genin）二.结构分类苷类成分结构种类非常多的，其分类方法也很多。按苷键所处的立体化学状态分按苷元连糖的多少及类型分连糖个数分:单糖苷、二糖苷、三糖苷、四糖苷…。糖链的类型分：直链糖苷（苷元连直链糖）。支链糖苷（苷元连支链糖）。连糖链的多少分:单糖链苷(苷元与一串糖成苷)。双糖链苷(苷元不同的两个部位与两串糖成苷)。按苷是否水解分原苷（原生苷）：在植物体内原始状态存在未经水解的苷。次级苷（次生苷）：原生苷经水解去部分糖的苷。按苷元结构种类分黄酮苷，香豆素苷，甾体皂苷…按苷键原子不同分天然苷的苷键原子有0、N、S、C，因此可分为O—苷、S—苷、N—苷、C—苷（一）O—苷（发现的数量最多）O—苷是中药中存在最多的一种苷，数量远比别的苷要多。O—苷化合物种类也很多，按苷元结构又可分为：1.醇苷：糖与苷元中的醇羟基缩合形成的苷。如：中药中的强心苷、皂苷、萜苷都属于醇苷。2.酚苷糖与苷元酚—OH缩合形成的苷。酚苷类化合物在中药苷类成分中为数最多。如：中药中的黄酮苷，香豆素苷，蒽醌苷等都属此类。3．酯苷结构中苷键可看作具半缩醛结构或酯键样结构，因此易为稀酸或稀碱水解。4.氰苷糖与α—羟腈类化合物的羟基缩合而形成的苷。结构中可以看出有氰基，因此酶解或水解这种苷时可生成HCN（cyanogenicglycoside生氰的苷，由此得名）。所以若服用过量含有氰苷的中药是会中毒甚至丧命的。氰苷很不稳定，遇到酸、碱立刻水解5.吲哚苷糖与苷元吲哚醇中的羟基缩合形成的苷。（二）S—苷糖的端基C与苷元以C—S苷键相连的苷。在十字花科植物中存在最多，在白花菜科，南美金莲花科中也有存在。异硫氰酸脂结构酶解后的苷元即吃生萝卜后生成的气味HO－N=C氰酸O=C=NH异氰酸O=C=N－R异氰酸酯S=C=N－R异硫氰酸酯（芥子油）（三）N—苷糖的端基C与苷元以C—N苷键相连而成的苷。如：N—苷在中药中发现的不是很多，是生化研究的对象。（四）C—苷糖的端基C直接以C—C苷键与苷元相连而成的苷。C—苷的苷元都是具有被活化的芳H的，从而能与糖的端基C上的—OH缩合而成C—苷。如：糖与苷元直接以C—C相连，则水溶性低，水解难。三、苷的一般性质（一）性状一般少糖苷多为结晶，多糖苷多为无定形粉末。具吸湿性，含糖越多吸湿性越强（如皂苷），苷多无味，少数具甜或苦味。苷的颜色随苷元不同而不同，苷比相应的苷元色浅。（二）旋光性糖具*C有旋光性，苷连糖，故具有旋光性（无论苷元是否有旋光性），多数苷呈左旋。苷类水解后由于生成的糖是右旋的，因而使水解混合液呈右旋。苷类旋光度的大小取决于苷元、