4+糖和苷

第二章糖和苷本章要点1、掌握常见的几种立体结构；2、熟悉糖的化学性质和苷键的裂解规律；3、了解碱催化水解酯苷或类酯苷键的方式以及酶催化水解的特点；4、熟悉糖的核磁共振谱学特征。第一节单糖的立体化学重点：掌握几种结构式表示方法的互换；单糖构型的判断1、表示单糖结构式的方法有三种，即Fisher投影式、Haworth式和优势构象式。单糖是多羟基醛或多羟基酮类化合物，是组成糖类及其衍生物的基本单元。≡HOOOHOHOHCH2OHO优势构象式Fischer式Haworth式（环顺时针排列）右侧基团在环下，左侧基团在环上OHHHHOOHHHCH2OHOHCHOHHHOOHHHCH2OHOHOHOH2、单糖的绝对构型（D型和L型）（1）Fisher投影式：距C=O最远的不对称C的构型为整个糖分子的绝对构型。其OH向右为D，OH向左为L。CHOHHOHHOOHHOHHCH2OHCHOOHHHHOHHOOHHCH2OHD型CHOOHHHHOHHOHHOCH2OHCHOOHHHHOOHHHHOCH2OHL型（2）Haworth式：看不对称碳原子C5（吡喃糖）或C4（呋喃糖）上大取代基的方向。向上为D，向下为L。OOHOHOHCH2OHOHOOHOHOHCH2OOHH3、端基差向异构体单糖成环后形成一个新的手性碳原子称为端基碳（原来的羰基碳），形成的一对异构体称为端基差向异构体，有α和β两种构型。α和β并不是对映体，其表示的仅是端基碳的相对构型。（1）Fisher投影式：以距C=O最远的手性C-OH与端基C-OH的关系来判断。同侧为α型，异侧为β型HHOHHOOHHOHHCH2OHHOHHHOHHOOHHOHHCH2OHHOH（2）Haworth式：看C1-OH和C5（六碳吡喃糖）或C4（五碳呋喃糖）上的大取代基的关系。同侧为β型；异侧为α型。HOOOHOHOHCH2OHHOOOHOHOHCH2OHα型β型4、单糖的构象吡喃糖的优势构象为椅式O12345O54321C1（N）1C（A）以C2、C3、C5构成的平面为准，C4在面下C1在面上为C1，反之为1C。呋喃糖的五元氧环基本为一平面，无明显的构象变化。第二节糖和苷的分类重点：认识几种单糖的类型；掌握几种常用单糖的结构及英文缩写一、单糖五碳醛糖HCHOOHHOHHCH2OHHOHHHHooOHHCHOCH2OHD-核糖（D-ribose，Rib)L-阿拉伯糖(L-arabinose，Ara)六碳醛糖CHOHHOHHOOHHOHHCH2OHCHOOHHHHOOHHOHHCH2OHCHOOHHHHOHHOOHHCH2OHD-葡萄糖（D-glucose，Glc)D-甘露糖（D-mannose，Man)D-半乳糖(D-galactose，Gal)六碳酮糖HHHHCH2OHOHOHOCH2OHOD-果糖（D-fructose，Fru)甲基五碳醛糖L-鼠李糖（L-rhamnose，Rha)CHOOHHHHOOHHOHHCH3支碳链糖HCHOOHHOHHCH2OHOH2COHD-金缕糖氨基糖HHHCH2OHOHOHHCHOHONH2单糖上的一个或几个醇羟基被氨基置换。天然多为2－氨基－2－去氧醛糖。2-氨基-2-去氧-D-葡萄糖（葡萄糖胺）去氧糖（一个或两个羟基被氢取代）CHOHHOHOHOHHCH3OHCH3红霉糖HOHOHHOHHHOHCHOCOOH糖醛酸(伯羟基被氧化成羧基)D-葡萄糖醛酸糖醇2OHHHHHOHOOHHOHHCCH2OH(羰基被还原成羟基)D-甘露醇OOOOOOHHHHHH环醇肌醇二、低聚糖OOO蔗糖还原糖：具有游离醛基或酮基非还原糖二糖三糖：在蔗糖的基础上连接一个糖四糖、五糖：在三糖的基础上延长2至9个单糖通过苷键键合而成的直链糖或支链糖。α-D-Galp-(14)-β-D-Glcp-(14)-D-Glcp61β-D-Fruf吡喃型连接位置呋喃型可用糖的缩写符号表示低聚糖的组成：植物多糖：淀粉、纤维素、果聚糖、树胶、粘液质动物多糖：糖原、甲壳素、透明质酸三、多糖10个以上单糖通过苷键键合而成的糖。四、苷的分类苷类（glycosides）：亦称苷或配糖体，是由糖或糖的衍生物等与另一非糖物质（苷元或配基）通过糖的半缩醛或半缩酮羟基与苷元脱水形成的一类化合物。1、依据苷元不同：黄酮、醌、萜、甾体等2、依据苷键原子不同3、依据成苷的糖（一）氧苷醇苷OOOH（与苷元醇羟基）酚苷（与苷元酚羟基）红景天苷（增强免疫力）OglcCH2OH天麻苷（镇痛）酯苷（与苷元羧基）OOOCH2OHH,OHCH2CH2OHOOOCH2×HOHOHONOOCHOOH吲哚苷×ONHglc（二）硫苷（与苷元上的巯基）OSCNOSO3-CH2CH2CCSOCH3HH萝卜苷（三）氮苷（与苷元上胺基）HNONNNN2腺苷（四）碳苷（与苷元碳上的氢）HOOHOOOHOHglc苷元常为间苯二酚或间苯三酚化合物第三节糖苷的性质重点：熟悉糖苷的主要化学性质及反应特点一、一般形态和溶解度形态：多为固体，糖基少的可结晶；味道：多无味，少数苦味（如穿心莲新苷）或甜味。溶解度：苷类的亲水性与糖基的数目有密切的关系。C-苷一般不溶于水。二、旋光性多数苷类呈左旋，但水解后，由于生成的糖常是右旋的，因而混合物呈右旋。三、苷键的裂解（重点：了解苷键的裂解方法，掌握裂解特点和规律）一、酸催化裂解ORO+H+-H+ORO+H-ROH+ROHO+HH+OOH2O+HOHOH，中间体δ--H2O+H2O+H+-H+苷原子碱性越强越易水解断裂.中间体越稳定越易水解断裂.凡使苷键原子电子云密度增加的因素均有利于苷键的酸水解原则：裂解规律①氮苷〉氧苷〉硫苷〉碳苷水解由易到难，碱性强易水解②去氧糖〉羟基糖〉氨基糖，水解由易到难（氨基、羟基等与苷原子竞争质子化）③呋喃糖苷较吡喃糖苷易水解（呋喃表面取代基拥挤）裂解规律④酮糖较醛糖易水解⑤五碳糖甲基五碳糖六碳糖七碳糖糖醛酸（C5-R位阻）⑥芳香苷〉脂肪苷（芳环有供电作用）⑦苷的氮原子在酰胺或嘧啶环上时难水解（氮的碱性大大减弱）⑧苷元为小基团者，苷键横键比竖键易于水解（横键上原子易于质子化）苷元为大基团者，苷键竖键比横键易于水解（苷的不稳定性促进水解）裂解规律二、乙酰解反应试剂：醋酐/酸反应机理与酸解相似，只是以CH3CO+为进攻基团。当苷键邻位羟基能乙酰化或邻位有电负性强的基团时，苷键的裂解变慢。酰化可以保护苷元上的-OH，使苷元增加亲脂性，可用于提纯和鉴定。乙酰解法可以裂解一部分苷键而保留另一部分苷键。用途：三、碱催化裂解主要水解酯苷键酚苷、有羰基共轭的烯醇苷、苷键β位有负性取代基时，苷键遇碱易水解。对于酚苷和酯苷，当糖的C2-OH与苷键反式时较顺式易水解。可判断苷键的构型。四、酶催化裂解条件温和，选择性高可保持苷元结构不变可得到次级苷或低聚糖，从而判断苷元和糖及糖和糖之间的连接关系可用以判断苷键构型特点：常用酶转化糖酶专属水解β-果糖苷键麦芽糖酶专属水解α-D-葡萄糖苷键；纤维素酶专属水解β-D-葡萄糖苷键苦杏仁酶水解β-六碳醛糖苷键蜗牛酶水解β-苷键五、过碘酸裂解（Smith裂解）试剂：NaIO4/NaBH4（先氧化，后还原，再水解）OOROHOHOHOHIO4-OOROHOHCCHOBH4-OOROHOHCCHOH2H2H+OHOHOHCCHOH2H2++CH2COHROH适用于苷元不稳定苷和难水解的碳苷；但不适于苷元上也有邻二醇羟基和易被氧化的基团的苷类；碳苷很难水裂解，但Smith裂解可得多一个醛基的苷元。四、苷的显色反应Molish反应（酚醛缩合反应）：糖、苷的检出α－萘酚、浓硫酸若有单糖、低聚糖或苷存在，则在两种溶液的交界面可产生紫红色或其它颜色的环第四节糖及苷的提取分离掌握糖及苷提取分离的常用方法掌握分离结果一、物理性质单糖：多羟基，亲水性低聚糖：与单糖类似苷类：水溶性增大；接糖数目越多，水溶性越大多糖：随着聚合度增加，性质和单糖差别增大二、提取水或稀醇提取依次用不同有机溶剂萃取注意抑制共存酶活性脱去蛋白质三、分离季铵盐及其氢氧化物可与酸性糖形成不溶性沉淀，可用于酸性糖的分离；通常不与中性糖沉淀，当溶液pH增加或加入硼砂缓冲液使糖的酸性增加时也可用于中性糖的分离通过控制盐浓度可分离各种不同的酸性多糖（一）季铵盐沉淀法C16H23NCH3OH-+CH3CH3C16H23OH-+N常用试剂三甲基十六烷基氢氧化铵CAT-OH十六烷基氢氧化吡啶CP-OH随着聚合度的增加，多糖的醇（丙酮）溶性降低；使醇（丙酮）浓度梯度增加，收集不同浓度下的沉淀；适用于溶解度差别大的糖。（二）分级沉淀法（三）离子交换色谱法阴离子交换纤维素特别适用于分离酸性、中性多糖和粘多糖多糖分子中酸性基团多则吸附力大对于线状分子，分子量大的易吸附直链的较分枝的易吸附既有吸附性质又有分配性质以递减浓度的稀醇逐步洗脱水溶性大的先出柱分子大小、形状及所负电荷不同的多糖在电场的作用下迁移速率不同（五）制备性区域电泳（四）纤维素柱色谱法按多糖分子大小和形状不同分离各溶质随分子量由大到小依次流出分离多糖时，先用小孔隙的凝胶脱去小分子化合物，再用大孔隙的凝胶进行分离不适用于粘多糖（五）凝胶柱色谱法第五节糖链结构鉴定一、纯度鉴别多糖为高分子化合物，其纯度不能用小分子化合物的标准判断，即使是一种多糖纯品，其微观也并不均一。1、超离心法2、高压电泳法：中性多糖形成硼酸络合物一、纯度鉴别3、凝胶柱色谱法4、旋光测定法：用不同浓度乙醇沉淀，比较沉淀的比旋度5、其他方法通常要确定一种多糖的均一性，至少要有两种以上的方法。MS法物理方法化学法：测定多糖末端，推算平均分子量二、分子量测定1、多糖→水解→与标准糖共薄层显色后用薄层扫描的方法测定各糖之间分子比2、HPLC或GC三、单糖的鉴定1、甲基化分析：样品全甲基化，水解所有苷键，GC测定各产物2、13C-NMR：苷化位移等四、糖的连接位置1、部分水解法：将糖水解成各种低聚糖，推断糖链结构2、MS法：根据得到的碎片及裂解规律3、NMR和2D-NMR五、糖的连接顺序六、苷键的鉴别（立体构型）1、NMR法2、酶水解法3、分子旋光差法（Klyne法）分子旋光=（旋光度×分子量）/100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，数值上相接近的便是与之有相同苷键的一个。4、红外法第六节糖的核磁共振性质重点：掌握糖的NMR主要性质苷化位移规律一、1H-NMR性质1、各种质子的化学位移端基质子（H1）：δ4.3~6.0，1H（d）甲基质子（甲基五碳糖）：δ1.0左右其余质子：δ3.2~4.2端基质子和甲基质子的信号与其它信号相隔较远易于辨认，可以推测糖的个数、糖的种类及连接位置。2、偶合常数质子的邻位偶合常数(J)与两面角(θ)有关对于吡喃糖，可以根据端基质子的偶合常数确定苷键的构型θ=90°，J很小θ=90~180°，θ↑，J↑θ=0~90°，θ↓，J↑OHROOHCH2HHOHOHOOHROOHCH2HHOHOHO在吡喃环中当相邻的两个质子均是竖键时，其两面角为180°，偶合常数为6~8Hz在吡喃环中当相邻的两个质子一个竖键一个横键时，其两面角为60°，偶合常数为2~4HzOHC3HOROHOHOHC3HOR180°60°OHROOHCH2HHOHOHOOHROOHCH2HHOHOHOα-D-Manβ-D-ManOHC3HOROHOHC3HOROH60°60°OHOHHH2COHOROHHOβ-D-RhaOHC3HOROHOHOHHH2COHOROHHOα-D-RhaOHC3HOROH60°60°在吡喃环中当相邻的两个质子均是竖键时，其两面角为180°，偶合常数为6~8Hz；一个竖键一个横键时，其两面角为60°，偶合常数为2~4Hz。对于葡萄糖或半乳糖，β-D苷的J为6~8Hz；α-D苷的J为2~4Hz。甘露糖和鼠李糖相邻两个质子的两面角都约在60˚左右，J值差别不大，不足以区分苷键的构