羟基反应

三、羟基反应▓概述1、糖与苷的羟基反应包括：醚化、酯化、缩醛（缩酮）化以及硼酸络合反应等。2、糖与苷中羟基的活泼顺序为：半缩醛羟基伯羟基C2-OH3、环状椅式结构中，e-OH比a-OH活泼。(一)醚化反应1、含甲醚化、三甲基硅醚化和三苯甲醚化等.2、甲醚化常用方法①Haworth法◈以硫酸二甲酯做试剂，在浓NaOH（30%）中进行。◈本法不常用②Purdic法◈以碘甲烷做试剂，Ag2O做催化剂。◈比Haworth法甲醚化能力强。◈该法只能用于苷，不宜用于还原糖的甲醚化。◈Kohn法—改良的Purdic法所用溶剂为DMF（二甲基甲酰胺），其甲醚化能力有所增强。③Hakomori法（箱守法）◈以NaH与CH3I做试剂，二甲基亚砜（DMSO）做溶剂。◈反应机理为：CH2SCH3ONaHCH3SCH3OO-HRR-OCH3IR-O-CH3+◈优点：一次反应即可获得全甲醚化产物，反应速度大大加快。◈该法甲醚化能力最强，后处理相对简单。箱守法是最常用的甲醚化方法。◈缺点：NaH具有较强的还原能力，可能会使某些基团发生还原反应。④重氮甲烷法（CH2N2）※样品+CH2N2/Et2O+MeOH→部分甲基化※该法适合于含-COOH、-CHO的糖类化合物的部分甲醚化过程。3、三苯甲醚化①使用三苯甲氯在吡啶溶液中与糖及其苷进行反应，可制得三苯甲醚类化合物。②本法可用于C6或C5伯羟基的保护，其脱除保护基也很方便，只要在HBr的醋酸溶液中室温下放置即可。（二）酰化反应（酯化反应）1、常用酰化反应：乙酰化与甲苯磺酰化2、不同羟基反应活性：C1-OHC6-OH》C3最难3、磺酸酯水解时常引起羟基的构型发生改变4、乙酰化反应特点：◈反应条件：溶剂为醋酐，催化剂多为吡啶、氯化锌等。◈室温下放置即可得到全乙酰化产物。◈糖的乙酰化反应没有选择性，但催化剂的不同对乙酰化产物的端基异构现象有影响。5、酰化反应的作用：判断糖分子结构上-OH数目、保护-OH等（三）缩醛化与缩酮化反应1、概念：酮或醛在脱水剂存在下可与具有适当空间位置的多元醇的二个羟基形成环状缩酮或环状缩醛的过程。2、常用的脱水剂：矿酸、无水ZnCl2、无水CuSO4等常用的多元醇：邻二醇、1，3-二醇等3、酮类易与顺邻二醇羟基生成五元环状物；醛类易与1,3-二醇羟基生成六元环状物。4、缩酮和缩醛衍生物性质：对碱稳定，对酸不稳定。5、缩酮和缩醛反应的作用：◈作为某些羟基的保护剂◈推测结构中有无顺邻二醇羟基或1,3-二醇羟基结构例如：制备3-O-甲基葡萄糖的反应OOOHOOHO(CH3)2SO4NaOHOOOOHMeOOOMeO1,2;5,6-二-O-异丙叉-D-葡萄糖缩醛对酸敏感缩醛对碱稳定HClH2O3-O-甲基葡萄糖6、丙酮与邻二醇羟基生成的五元环状缩酮称为异丙叉衍生物，即丙酮加成物。◈游离糖在生成异丙叉衍生物过程中，其氧环的大小可根据需要发生改变。OOMeMeOOOOO+H2SO4-H2Oα-D-半乳糖1,2;3,4-二-O-异丙叉-α-D-半乳吡喃糖◆当糖具有顺邻-OH时，在生成异丙叉衍生物过程中吡喃糖结构可保留◆当糖结构中无顺邻-OH时，则在生成异丙叉衍生物过程中易转变为呋喃糖结构。OOOOOOOD-葡萄糖转变成呋呋喃糖硫酸丙酮1,2;5,6-二-O-异丙叉-D-葡萄糖喃糖结构7、糖与苯甲醛生成的六元环状缩醛称为苯甲叉衍生物。①吡喃糖与与苯甲醛生成的苯甲叉衍生物有顺式与反式两种构象，其中顺式还有O-内位和H-内位两种存在方式。OOOC6H5HOMeOOOOMeHC6H5顺式（O-内位）顺式（H-内位）4,6-O-苯甲叉-α-D-半乳吡喃糖甲苷OOOHC6H5OMe反式的4,6-O-苯甲叉-α-D-葡萄吡喃糖甲苷（四）硼酸的络合反应1、硼酸络合反应分二步进行：OHOHH3BO3OOBOHOHHOH2OOBOHOH2+-+++I①生成1：1的络合物（两个羟基地位不适宜产生中性酯）②二个-OH位置适宜，则继续生成2：1的螺环状络合物。OOBOHOHHOHOHOOBOOH-++-+IIIII5、硼酸络合反应对二羟基位置的空间要求⑴开链化合物：碳链上-OH越多，越易造成有利位置，越利于与硼酸的络合。⑵环上的二-OH：※芳环-OH——邻位易，间、对位次之；※五元、六元脂环——顺邻二-OH易络合，反式邻二-OH不作用。※α-羟酸（HO-C-COOH）可络合[-COOH水化成-C(OH)3后再络合]；※β-羟酸无作用。6、糖及其苷类化合物与硼酸发生络合反应的难易程度（从易到难）呋喃糖苷五碳醛糖六碳醛糖吡喃糖苷7、硼酸络合反应的应用①酸碱中和滴定；②通过离子交换、电泳、硅胶等色谱方法进行分离与鉴定。第四节苷键的裂解一、酸催化水解反应1、苷键性质：苷键属于半缩醛结构，对碱稳定，易为稀酸催化水解。2、酸催化水解常用试剂：水或稀醇3、酸催化水解常用催化剂：稀盐酸、稀硫酸、乙酸与甲酸等。4、酸催化水解反应机理：5、酸水解反应规律：⑴不同苷原子，酸水解顺序为：NOSC（从易到难）OORH++OORH+-ROHOHOH+阳碳离子半椅式中间体+H2OOOH2+-H+OH,OH⑵呋喃糖苷较吡喃糖苷易水解⑶酮糖较醛糖易水解⑷吡喃糖苷中：五碳糖甲基五碳糖六碳糖七碳糖》糖醛酸（从易到难）⑸有氨基取代的糖较-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（从易到难）⑹芳香属苷较脂肪属苷易水解。酚苷（如蒽醌苷）醇苷（如萜、甾苷等）⑺苷元为小基团——横键的苷键比竖键易水解，即ea苷元为大基团——竖键的苷键比横键易水解，即ae⑻若N-苷处于酰胺或嘧啶环结构中，因N原子已几乎没有碱性，该N-苷很难水解。NOOOOHOOLiAlH4THFNOOOHOOOHNOOHOOHOH[O]NOOOOHOHHClMeOH朱砂莲苷朱砂莲素6、酸水解催化反应的应用①强酸条件下，苷水解后得到糖与苷元；②弱酸条件下，苷水解后得到糖与次级苷。7、用甲醇水解的方法，可以确定糖在苷中氧环的大小。※以甲醇对苷进行水解，生成的是糖的甲苷（非游离的糖！）。而呋喃型糖甲苷与吡喃型糖甲苷的色谱行为不同，可资辨别。二、乙酰解反应1．常用试剂：醋酐与酸2．反应条件：一般在室温下放置数天即可。3．反应机理：与酸催化水解相似OOAcOAcOAcOAcOOAcOAcOAcOAcOAcOAcOAcOAcOAcORHOOAcOAcOAcOAc+OAcAcOOAcOAcCH2OAcAcOOAc+H,OAc++__OAcOAcOAcOAcαβOROR4．反应速率⑴.苷键邻位有电负性强的基团或苷键邻位羟基能乙酰时，苷键裂解反应变慢。⑵.β-苷键葡萄糖双糖乙酰解速率(1→6)(1→4)(1→3)(1→2)（从易到难）5、乙酰解反应特点：①反应条件温和，操作简便；②可开裂部分苷键，得到单糖、低聚糖及苷元的酰化物；③有时会发生糖的端基异构化。三、碱催化水解和β消除反应1、一般苷键对稀碱是稳定的，但某些特殊的苷如酯苷、酚苷、烯醇苷、β-吸电子基取代的苷则易为碱所水解。2、反应机理OOHOC6H5OOOC6H5OOOOOOHOH脱水---OH--苯酚β-葡萄糖苷1,6-葡萄糖酐4、β-消除反应：①概念：苷键的β-位有吸电子基团者，可使苷元α-H活化，在碱液中与苷键起消除反应而开裂苷键，此反应被称为β-消除反应。②剥落反应：在1→3或1→4连接的聚糖中，还原端的游离醛（或酮）能活化邻位氢而与3-O-或4-O-苷键起消除反应。这样碱就能使多糖还原端的单糖逐个被剥落，对非还原端则无影响。OHROOHOHCH2OHCHOHOH-OHROOHOHCH2OHCHO-CHOHOHOHCH2OHCHO-ORCH2OOHOHCH2OHCHO互变-苷键β位苷键3-O-代糖CH2OHOHOHCH2OHCOOHCH2OHOHOHCH2OHCOOH+重排3-脱氧-D-阿拉伯已糖酸核已糖酸3-脱氧-D-四、酶催化水解反应1、酶催化水解反应特点：反应条件温和，专属性高。2、酶催化水解反应的用途：（1）根据获得的次级苷与低聚糖可以推测苷元与糖、糖与糖之间的连接关系；（2）可以获知苷键的构型；（3）可获得保持苷元结构不变的真正苷元（即原苷元）。3、常用于苷键水解的酶：（1）苦杏苷酶：水解β-六碳醛糖苷键；（2）纤维素酶：水解β-葡萄糖苷键；（3）麦芽糖酶：水解α-葡萄糖苷键；（4）转化糖酶：水解β-果糖苷键；（5）蜗牛酶：只水解β-苷键。4、大多数酶均为基团特异性酶即同工酶◆少数酶的立体选择性非常高，只能水解某个化合物中的某个糖。◆目前使用的酶大多是未提纯的混合酶。5、pH值是影响酶解的一个重要因素6、在植物中苷与能水解该苷的酶往往是共生的。RCNOSO3KS-glcR-CN+S+KHSO4+C6H12O6RCNOS-HH+KHSO4+C6H12O6R-N=C=S芥子苷芥子苷酶pH=7pH=3-4异硫氰酸酯腈五、过碘酸裂解反应法（Smith降解法）1、特点：反应条件温和、易得到原苷元2、反应试剂：过碘酸钠（NaIO4）与四氢硼钠（NaBH4）3、反应过程：分三步进行（如下）HOH2CCH2OHOORROHCH2OHCHOCH2OHHOH2COH++H+水解二元醇苷元BH4-还原OOROOROHCOHCIO4-氧化苷二元醛①②③（缩醛结构）HOHOglc-glc-OHOglc-glc-Oglc-glc-OHOHOHOHOHOO①IO4-②BH4-③H+①HCl②t-BuO-③H+HOAc20（S）原人参二醇20（R）次皂苷20（S）20（R）人参二醇人参皂苷Rb1在不同条件下的水解情况4、C-苷类：很难用酸催化水解。ORCH2OHCHOHCH2OHCHOHCH2OHRR-CHOHCOOH++Smith降解法IO4-连有一个醛基的苷元5、smith降解法的适用范围：①特别适合于那些苷元不稳定的苷与C-苷的苷键之裂解。②本法不能应用于那些苷元上有邻二醇羟基以及有易被氧化基团存在的苷。※smith降解法中第二步是为了防止新生成的醛与醇进一步缩合。※smith降解法中第二步中生成的醇中间体具有真正的缩醛结构，所以第三步能在非常弱的酸性条件下进行水解。六、糖醛酸苷的选择性水解反应糖醛酸苷键很难被普通裂解方法开裂，需要采用特殊的选择性水解反应。例如：①紫外光照射法；②四醋酸铅分解法；③醋酐-吡啶分解法；④微生物培养法等。