天然药物化学第三章-糖和苷

第三章糖和苷知识要求掌握糖与苷的结构类型、苷键的酸催化水解及其应用熟悉苷的一般性状和溶解性、旋光性、糖的化学检识；熟悉苷键的碱催化水解、酶催化水解和苷的提取分离方法了解苷的氧化开裂能力目标熟练应用苷的结构特点、识别苷的结构类型；熟练应用苷的酸水解性，制备苷元及鉴别苷类；能够应用苷和糖的性质进行化学鉴别和色谱鉴别学会利用苷的有关性质对苷进行提取第一节结构类型一、糖的结构与分类糖类又称碳水化合物，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：多羟基内半缩醛(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。结构类型糖的表示式单糖是多羟基醛或酮。从三碳糖至八碳糖天然界都有存在。以Fischer式表示如下：单糖在水溶液中形成半缩醛环状结构，即成呋喃糖和吡喃糖。具有六元环结构的糖——吡喃糖（pyranose）具有五元环结构的糖——呋喃糖（furanose）糖处游离状态时用Fischer式表示苷化后成环用Haworth式表示CHOCH2OHOD-葡萄糖~Fischer与Haworth的转换及其相对构型CHOCH2OHOOCH2OHHOHOCH2OHOHHOD-葡萄糖异侧同侧αβ异侧同侧Haworth式：C1-OH与C5（或C4）上取代基之间的关系：同侧为β，异侧为α。糖的绝对构型（D、L）以α-OH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。CCH2OHOHHCHOCCH2OHHOHCHOα-OH甘油醛D型L型Fischer式中最后第二个碳原子上-OH向右的为D型，向左的为L型。Haworth式中C5向上为D型，向下为L型。OCCH2OHOHHCHOCHOCH2OHCHOCH3CH3Oα-OH甘油醛D型D-葡萄糖L-鼠李糖β-D-葡萄糖α-L-鼠李糖环的构象OOO1234(2)(3)(4)(5)Angyal用总自由能来分析构象式的稳定性，比较二种构象式的总自由能差值，能量低的是优势构象。如：葡萄糖的二种构象式的比较：OOOβ-D-葡萄糖C1式1C式糖的主要结构与实例单糖：不能水解的最简单的多羟基内半缩醛(酮)。糖的最小单位，又分为五碳糖、六碳糖、七碳糖。据取代基不同，又分为去氧糖、糖醛酸、羟基糖等CHOOHHOCH2OHHOL-阿拉伯糖(L-arabionse,Ara)CHOHOHOOHCH2OHD-来苏糖(D-lyxose,Lyx)CHOOHHOOHCH2OHD-木糖(D-xylose,Xyl)CHOOHOHOHCH2OHD-核糖(D-ribose,Rib)五碳醛糖：六碳醛糖：CHOOHHOOHOHCH2OHD-葡萄糖(D-glucose,Glc)CHOHOHOOHOHCH2OHD-甘露糖(D-mannose,Man)CHOOHOHHOHOCH2OHD-半乳糖(D-galactose,Gal)CHOOHOHOHOHCH2OHD-阿洛糖(D-allose,All)OOCH3CH3HOOHOHHOCH3OCH3O夹竹桃糖磁麻糖去氧糖糖醛酸：glucquronicacid（D-葡萄糖醛酸）糖醇：D-sorbitol（D-山梨醇）BaOHOHHOHOOHOCOOHOHCH2OHOHOHOHOH低聚糖由2～9个单糖通过苷键结合而成的直链或支链聚糖称为低聚糖。主要有：二糖、三糖、四糖、五糖等。可分为还原性低聚糖与非还原性低聚糖OHOOHOHOHOOOHOHOHHOD-葡萄糖12-D-果糖(蔗糖)多糖由10个以上单糖通过苷键连接而成的糖类称做多聚糖或多糖。植物多糖：淀粉、纤维素、半纤维素、树胶、粘液质等。动物多糖：糖原、甲壳素、肝素、硫酸软骨素、透明质酸等。二、苷的结构与分类苷类也称苷或配糖体，是糖或糖的衍生物端基碳原子上的羟基与另一非糖物质（苷元）通过糖的半缩醛或半缩酮羟基与苷元脱水（苷键）形成的一类化合物。苷的分类：根据苷键上的原子（苷键原子）不同分为：氧苷、氮苷、硫苷、碳苷等；根据苷键的构型不同有α-苷和β-苷之分，天然界常见的多为β-构型。根据苷元结构类型分为：黄酮苷、生物碱苷、单萜苷、二萜苷、三萜苷等；根据用途分为：强心苷、皂苷等。（一）氧苷（O-苷）1．醇苷如：红景天苷，皂苷。是通过醇羟基与糖端基羟基脱水而成的苷。红景天苷OCH2OHOHOHHOOOH是通过酚羟基而成的苷。2．酚苷如：蒽醌苷、香豆素苷等都属于酚苷。天麻苷OCH2OHOHOHHOOCH2OH3.氰苷指一类α-羟腈的苷。OCH2OHOHOHHOOCNCHOOHOHHOCH2OHOOHOHHOOOCNCH苦杏仁酶-葡萄糖苦杏仁苷野樱苷4．酯苷苷元以羧基和糖的端基碳相连接。５．吲哚苷山慈菇苷AOCH2OHOHOHHOOCH2OHCH2O（二）硫苷（S-苷）糖端基-OH与苷元上巯基缩合而成的苷。如：萝卜中的萝卜苷。黑芥子苷OCH2OHOHOHHOSCNCH2CHCH2OSO3K（三）氮苷（N-苷）糖上端基碳与苷元上氮原子相连的苷。巴豆苷OOHOHHOH2CNNNNNH2HO（四）碳苷（C-苷）是一类糖基直接接在碳原子上的苷类。芦荟苷OOHOHOOHOHHOOHHCH2OH第二节理化性质苷类多为无形性粉末，糖基少的可为结晶性固体，具有吸湿性。多数无色，一般无味。糖基数目多，苷元上极性基团多则亲水性大，C-苷和O-苷在所有溶剂中均难溶或不溶苷元部分因不含糖，显亲脂性，不溶或难溶于水二、旋光性苷类均具有旋光性，天然苷类多具左旋光性，水解后生成糖而呈右旋。三、糖的检识（一）化学鉴定1、Molish反应（α-萘酚-浓硫酸反应）取供试液，加3%α-萘酚乙醇溶液摇匀，沿管壁加浓硫酸，出现两液层，液层交界面呈紫红色环（又称紫环反应）。Molisch反应可以鉴定单糖的存在。2、Fehling（菲林）反应为还原性糖的反应，产生砖红色氧化亚铜沉淀菲林试剂：硫酸铜与酒石酸钾钠的碱溶液3、Tollen（多伦）反应（银镜反应）用于还原性糖的检识，析出的银在试管壁上呈光亮银镜多伦试剂又叫银氨溶液，化学式为Ag(NH3)2OH(二)色谱鉴定1、纸色谱糖类极性大，适合进行纸色谱法常用展开剂：正丁醇-乙酸-水（4：1：5，取上层）常用显色剂：硝酸银试剂，显棕褐色斑点Rf判断单糖中，碳原子越少，Rf越大去氧糖酮糖醛糖2、薄层色谱常用固定相：硅胶常用展开剂：极性较大的溶剂，如：正丁醇-乙酸-水（4：5：1，取上层），三氯甲烷-甲醇-水（65：35：10，取下层）常用显色剂：硝酸银，硫酸的水或乙醇溶液、茴香醛-浓硫酸注意：糖的极性大，点样量不宜过大用盐溶液代替水制备薄层，能增加糖在固定相中的溶解度，同时使硅胶薄层吸附力下降，使斑点集中。第三节苷键的裂解一、酸催化水解反应苷键属于缩醛结构，易为稀酸催化水解。水解反应是苷原子先质子化，然后断键生成阳碳离子或半椅型的中间体，在水中溶剂化，脱去氢离子成糖。OOROOROHOHOOH2OH,OHH++H+-ROH+阳碳离子半椅式中间体+H2O+-H+常用的酸为稀盐酸、稀硫酸、8%-10%甲酸、40%-50%乙酸等酸水解反应剧烈，水解产物一般为苷元和糖苷原子的碱度，即苷原子的电子云密度酸水解的规律：影响水解反应因素：苷原子的空间环境与竞争H+的影响酸水解易难顺序：N-苷O-苷S-苷C-苷1、苷键原子不同2、糖的形式呋喃糖苷较吡喃糖苷易水解OOROOR因五元呋喃环的平面性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。3、糖的种类酮糖醛糖酮糖多为呋喃结构，而且酮糖端基碳原子上有-CH2OH大基团取代，水解反应可使张力减小。4、吡喃糖苷中：①吡喃环C5上取代基越大越难水解②C5上有-COOH取代时，最难水解（因诱导效应使苷原子电子密度降低）水解速度为：五碳糖甲基五碳糖六碳糖七碳糖5、糖中取代基去氧糖羟基糖氨基糖6、苷元的芳香性易难顺序：2,6-二去氧糖2-去氧糖6-去氧糖2-羟基糖2-氨基糖芳香属苷较脂肪属苷易水解酚苷萜苷、甾苷（因苷元部分有供电结构，而脂肪属苷元无供电结构）7、苷元大小的影响苷元为小基团苷键横键比竖键易水解（ea）（横键易质子化）苷元为大基团苷键竖键比横键易水解(ae)（苷的不稳定性促使其易水解）OOCH3OHOCH3OOOO两相酸水解法：向待水解液中加入与之不相混溶的有机溶剂，使苷元生成后马上转溶于有机溶剂中，避免与酸的接触时间过长，从而获得真正的苷元。二、碱水解法苷键为缩醛型醚键，理当对碱稳定，不易发生碱水解，但若苷元为酯苷、酚苷、烯醇苷和β位有吸电子取代基时（苷键便具有一定的酯的性质），能被碱催化水解。如：OOOOHCHOH2OHHOOHOH-+Glc.④可以得到次级苷、苷元或低聚糖酶水解特点：②条件温和（30-40℃），苷元结构不变③获知苷键的构型①反应专属性强，选择性高三、酶催化水解反应芥子苷酶→芥子苷（S-苷）常见的酶及其应用：纤维素酶→β－葡萄糖苷麦芽糖酶→α-葡萄糖苷键转化糖酶→水解β-果糖苷键杏仁苷酶→β-葡萄糖苷专属性较低六碳醛糖苷四、氧化裂解法（Smith降解法）可得到原苷元（除酶解外，其它方法可能得到的是次级苷元）试剂：过碘酸(HIO4)、四氢硼钠(NaBH4)、稀酸反应过程：OOROOROHCOHCHOH2CCH2OHOORROHCH2OHCHOCH2OHHOH2COH++IO4-BH4-H+氧化还原水解苷二元醛二元醇苷元人参、柴胡、远志等的皂苷，用Smith降解法获得了真正的苷元Smith降解特点：①水解条件温和。②适应于苷元不稳定的苷以及C-苷的水解。③此方法不适用于苷元上也有1，2-二元醇结构的苷类。第五节苷的提取分离自植物中提取糖和苷类，一般都是利用水或醇进行抽提。①新鲜药材，速干，冷冻保存。②提取时宜用沸水、甲醇或60%以上的乙醇③先用碳酸钙拌和后再用沸水提取。提取原生苷：——抑制酶活性一、提取提取次生苷：30～40℃水浸24h以上，再用醇提取加防腐剂不能直接用醇提取。天然药物中常见多糖的提取多糖按其在生物体内的功能可分为两类;一类是起支持作用的，该类成分一般不溶于水，分子呈直链型，如植物中的纤维素，甲壳类动物的甲壳素等，它们在提取过程中不必特殊处理。另一类是动植物的贮存养料，该类成分可溶于热水呈胶体溶液。如淀粉、果胶、树胶、黏液质等。水溶性多糖的一般提取流程:天然药物粗粉乙醇溶液乙醇液（回收）药渣热水（90-100℃）提取2-3次，4-6h/次水提取液粗多糖沉淀溶液水溶醇沉淀反复纯化多次多糖纯品二、分离分离苷类常用色谱法，一般极性小的苷类，常采用硅胶吸附色谱进行分离，极性较大的苷类多采用分配色谱进行分离补充：如何判断还原性糖还原糖：羰基碳（异头碳）没有参与形成糖苷键，即分子内含有醛基（酮基），或具有还原性的半缩醛羟基一般情况下，单糖的还原能力主要来自它的醛基，如葡萄糖，而多糖则大多因为半缩醛羟基的存在。还原后，自己会变成糖酸。如葡萄糖就会变成葡萄糖酸。所有的单糖（除二羟丙酮），不论醛糖、酮糖都是还原糖。大部分双糖也是还原糖，蔗糖例外。作业：问答题1、用显色反应鉴别下列各组：苷与苷元；蔗糖与槐糖2、苷键有哪些裂解方法？3、苷的提取应注意哪些问题？实例分析写出蔗糖的化学结构，分析能否发生Fehling反应、Tollen反应、Molisch反应；为何不被苦杏仁苷水解，若要使蔗糖酶解，应用何种酶？