第十四章 糖类化合物(药学)

第十四章糖类(saccharides)糖类化合物是自然界分布最广的一类有机化合物，它是生物体维持生命活动所不可缺少的物质之一。生理功能：分解释放出能量；转化变成糖原贮存于体内(肝糖原和肌糖原)；组成抗体、生物膜；是重要的信息物质等。植物的骄傲——通过光合作用产生糖。人类的遗憾——自身没有生产糖的本领。糖类据其能否水解及水解后生成分子数的多少，可分为3类：单糖(monosaccharides)果糖和葡萄糖等低聚糖或寡糖(oligosaccharides)蔗糖、麦芽糖、纤维二糖、环糊精等多糖(polysaccharides)淀粉、糖原、纤维素糖的定义：“碳水化合物”(carbohydrates)多羟基醛、多羟基酮及其缩合物。第一节单糖一、单糖的分类根据所含羰基种类的不同可分为醛糖(aldoses)和酮糖(ketoses)根据所含碳原子数的不同可分为三碳糖、四碳糖、五碳糖、六碳糖CHOHCHOCH2OHCCH2OHOCHOHCHOHCHOHCHOHCHOCH2OHCHOHCHOHCHOHCH2OHCHOHCHOH12345123456123456己酮糖戊醛糖己醛糖旋光异构体数目23=824=1623=8二、单糖的构型(一)单糖构型的书写方法HOCHOHHHHOHOHOHCH2OHCHOOHOHOHCH2OHHOCHOCH2OH葡萄糖(glucose,G)(+)-(－)-果糖C3以下各手性碳原子的构型与(＋)-葡萄糖的完全一样。CCH2OHOCH2OH果糖(fructose,F)CO(-)-CHOCH2OH2-脱氧核糖HHHHCHOCH2OH核糖（二）单糖的相对构型糖类的相对构型是由编号最大的手性碳原子的构型所决定的。D-型糖L-型糖D-(＋)-葡萄糖L-(—)-葡萄糖CH2OHHOH......CH2OHHHO......**CHOCH2OHCHOCH2OH如：**L-阿洛糖D-阿洛糖L-阿卓糖D-阿卓糖L-葡萄糖D-葡萄糖L-甘露糖D-甘露糖L-古罗糖D-古罗糖L-艾杜糖D-艾杜糖L-半乳糖D-半乳糖L-太罗糖D-太罗糖在含多个手性碳的非对映体中，若彼此间只有1个*C构型不同，其余*C构型都相同，则互称为差向异构体。糖的构型也可用绝对构型来表示，如D-(＋)-葡萄糖4个手性碳原子的绝对构型分别为2R,3S,4R,5R。CHOHHHHOHOHOHCH2OH葡萄糖(glucose,G)(+)-OH葡萄糖不能与饱和NaHSO3反应。葡萄糖在干燥HCl存在下只与1molCH3OH反应，产物却具有缩醛的结构和性质。变旋光现象(mutarotation)(三)单糖的环状结构葡萄糖的特性:葡萄糖的链式结构无法合理解释上述各种特性。环状半缩醛、半缩酮的启迪，糖环形结构的提出上述环状结构的表示方式称做直立氧环(或氧桥)式。CCH2OHOHCCH2OHHHOOHCCH2OHOHHOH-D-(＋)-葡萄糖D-(＋)-葡萄糖开链结构-D-(＋)-葡萄糖(～36%)(微量)(～64%)-D-葡萄糖和-D-葡萄糖是一对非对映异构体。像-D-葡萄糖和-D-葡萄糖那样，仅C1构型不相同的一对非对映异构体，称做异头物或端基异构体(anomers)。-型——同侧-型——异侧根据半缩醛羟基与决定构型的羟基(氧环)的关系-D-葡萄糖对映异构体是什么?D-(+)-葡萄糖-D-(+)-葡萄糖（无结晶水）-D-(+)-葡萄糖在乙醇中重结晶在吡啶中重结晶在HOAc中重结晶m.p.146oCm.p.148-150oCH2OH2O浓缩()-D-(+)-葡萄糖的水溶液()-D-(+)-葡萄糖的水溶液[]D=+112o放置[]D=+18.7o放置所得溶液[]D=+52.7o哈瓦斯式诺贝尔奖获得者哈瓦斯(W.N.Haworth)提出了改进费歇尔投影式的写法，被称为哈瓦斯式(透视式)。CHOCH2OHOHHCHOHOCH2OHHCOHHOHHOCH2OOHOHOHHHOHHHHCH2OH步骤Ⅰ步骤Ⅱ步骤Ⅲ开链式开链式直立环氧式哈瓦斯式(D-吡喃葡萄糖)123456123456葡萄糖的哈瓦斯式中，氧原子位于右上方,碳原子顺时针方向棑布,C5上的－CH2OH在环的上方为D型,下方为L型;若碳环的碳原子编号按逆时针方向排列，则C5上的－CH2OH在环平面下方者为D-型，在上方者为L-型。无论碳环顺时针方向排列或逆时针方向排列，半缩醛羟基与C5上的－CH2OH在环平面同侧的为-型，在环平面异侧的为-型。构象式-D-吡喃葡萄糖-D-吡喃葡萄糖36%64%O123456CH2OHOHOHHOHOO123456CH2OHOHOHHOHOaeD果糖在溶液中，既可生成和两种吡喃型果糖，也可生成和两种呋喃型糖.请写出D-核糖及D-2-脱氧核糖的Haworth式.CHOH———HH———OHH———OHCH2OHCHOH———OHH———OHH———OHCH2OHD-核糖D-呋喃核糖D-呋喃核糖D-2-脱氧呋喃核糖D-2-脱氧呋喃核糖D-2-脱氧核糖三、单糖的物理性质单糖都是白色晶体，由于结构上有多个羟基，水溶性较大，常易形成过饱和溶液(糖浆)，难溶于醇等有机溶剂。单糖均有甜味，但程度各不相同，果糖最甜。旋光性：是鉴定糖的一个重要指标(仅丙酮糖无旋光性)。变旋光现象，除丙酮糖外，单糖在溶液中都有变旋光现象。四、单糖的化学性质(一)脱水反应(糖类的显色反应)酸可使糖类脱水生成糠醛及其衍生物，例如：葡萄糖5-羟甲基糠醛生成的糠醛及其衍生物可与酚或芳胺类反应生成有色产物。HOCHHHOCH2HOCCHOOHOHCHHC稀酸/CHCCHCOHOCH2CHOH2O莫里许(Molisch)反应用浓H2SO4作脱水剂，然后再与-萘酚反应，则可得紫色产物。这是检验糖类的通用试验。谢里瓦诺夫(Seliwanoff)反应在盐酸作用下，加热脱水，然后再与间苯二酚反应，则可得红色产物，常用作醛糖和酮糖的区别反应。(二)在稀碱溶液中的异构化反应用稀碱处理D-葡萄糖、D-果糖或D-甘露糖中的任何一种，都将得到这3种糖的混合物。上述3种糖仅C1及C2结构不同，C3以下的结构则完全相同(在上式中已省略)。CCHOH......HO............................稀碱CC......HOH............................OH(Ⅰ)(Ⅰ)(Ⅱ)(Ⅱ)(Ⅲ)(Ⅲ)CC......HOOHHCC......HOH............................CC......HOHOHHOD-果糖烯二醇D-葡萄糖D-甘露糖(三)成脎反应醛糖或酮糖可与过量苯肼反应生成二苯腙，糖的二苯腙称做糖脎(Osazone)——黄色晶体D-葡萄糖D-葡萄糖脎不同糖脎的晶形、熔点和成脎时间都各不相同，所以成脎反应常用于糖的定性鉴定。成脎反应仅发生在C1和C2上，并不涉及其他碳原子，所以C3以下构型相同的糖，将形成相同的糖脎。CHOCH2OHH2NNH－C6H5CHCH2OHNNH－C6H5CNNH－C6H5过量NNNHHHOOHHOHHCH2OHC6H5C6H5NH123456D-葡萄糖、D-果糖和D-甘露糖都生成相同的糖脎。D-葡萄糖D-甘露糖D-果糖成脎反应对测定糖的构型很有价值CHOCH2OHCCH2OHOCH2OHCHOCH2OH..........................................................................................................................................................................................................................................................................................................................(四)氧化反应还原糖和非还原糖的概念凡是能和弱氧化剂(Fehling试剂、Tollens试剂、Benedict试剂)发生反应的糖称为还原糖一切单糖都是还原糖部分寡糖及多糖不能还原弱氧化剂，称为非还原糖1.与弱碱性氧化剂的作用2.与溴水的反应——区别酮糖和醛糖溴水能氧化醛糖而不能氧化酮糖；因为溴水是酸性试剂，酮糖因不发生差向异构化而不被氧化。3.与硝酸的反应稀硝酸能把醛糖氧化成糖二酸葡萄糖醛酸-r-内酯可与体内有毒的醇、酚类物质结合成无毒化合物由尿排出体外，具有保肝解毒作用——肝泰乐很快生成内酯CHOCH2OHCOOHCH2OHCOOHCOOHCHOCOOHD-葡萄糖葡萄糖酸葡萄糖二酸葡萄糖醛酸溴水稀HNO3稀HNO3酶生物体内溴水(或稀HNO3)4.与高碘酸的反应用于测定糖的结构，可确定糖环的大小(五)单糖的还原单糖用化学还原剂(Na-Hg、LiAlH4，NaBH4等)还原，或用催化加氢的方法，都可以变成对应的糖醇CHOCH2OH[H]CH2OHCH2OH葡萄糖醇又称山梨醇CH2OHCH2OHO[H]CH2OHCH2OH+CH2OHCH2OH山梨醇甘露醇(六)成酯和成醚单糖分子中所有的羟基都可以酯化。-葡萄糖-1-磷酸酯-葡萄糖-6-磷酸酯(-G-1-)(-G-6-)PP果糖的磷酸酯中重要的是果糖-6-磷酸酯和果糖-1,6-二磷酸酯OOHOPO3H2OHHOCH2OH123456OOHOHOHHOCH2OPO3H2123456磷酸变位酶糖中的羟基用氧化银和碘甲烷处理可得甲基醚；也可在碱性条件下用硫酸二甲酯处理得甲基醚OOHOHOHHOCH2OHOOCH3OCH3OCH3CH3OCH2OCH3CH3IAg2O123456123456(七)成苷(甙)(glycoside)反应环状糖的半缩醛羟基能与另一分子化合物中的羟基、氨基或巯基等失水，生成的失水产物称为糖苷(甙)；失水时形成的键叫苷键。-D-吡喃葡萄糖-D-甲基吡喃葡萄糖苷-D-吡喃葡萄糖-D-甲基吡喃葡萄糖苷OOHOHOHHHOHHHHCH2OHOOHOOHHHOHHHHCH2OHCH3OH干HClH2OCH3-苷键OOHOHOHHHOHHHHCH2OHOOHOOHHHOHHHHCH2OHCH3OH干HClH2OCH3-苷键糖苷具有缩醛的性质，无变旋光现象，无还原性，碱中稳定，酸中水解。糖苷结构（八）环状缩醛和缩酮的形成醛和酮可以和糖分子中顺式羟基缩合形成环状的缩醛或缩酮，该反应可以用来保护糖上的羟基（一般规律是丙酮与邻位羟基缩合形成环状的缩酮，而苯甲醛与1,3-二醇生成六元环的缩醛）（九）糖的递升和递降反应（自学）1.吉连尼（Kiliani）氰化增碳法2.乌尔（Wohl）递降法3.鲁夫（Ruff）递降法D-(＋)-D-(－)-D-(＋)-丁醛糖己醛糖D(＋)阿洛糖D(＋)阿卓糖D(＋)葡萄糖D(＋)甘露糖D(－)古罗糖D(－)艾杜糖D(＋)半乳糖D(＋)搭罗糖D-(－)-D-(－)-D-(＋)-D-(－)-戊醛糖丙醛糖甘油醛赤藓糖苏阿糖核糖阿拉伯糖木糖莱苏糖一些重要的单糖及其衍生物第二节寡糖和多糖双糖可由二个相同或不同的单糖分子脱水而成。脱水时总是由一个单糖分子的半缩醛羟基与另一单糖分子的羟基脱水形成苷键。因此双糖也是一种苷。1.还原性双糖还原性二糖是由一分子单糖的半缩醛羟基和另一分子单糖的醇型羟基脱水而成的。一、双糖OCH2OHOHOHHOOCH2OHOHOHO~OH麦芽糖-1,4-苷键麦芽糖是淀粉水解的产物。麦芽糖水解产生一分子-D-吡喃葡萄糖和一分子D-吡喃葡萄糖。麦芽糖分子中保留了一个半缩醛羟基，是还原糖；有变旋光现象；可以成脎。纤维二糖纤维二糖是纤维素水解的产物。还原糖；有变旋光现象；可以成脎。612345乳糖乳糖水解产生一分子β-D