糖种类和构型的确定-2013-沈阳药科大学

1单糖及其构型的鉴定单糖的绝对构型和相对构型单糖结构的表示方法单糖及其构型的确定2以D-葡萄糖（D-glucose）为例：CHOOHHHHOOHHOHHCH2OHFischer投影式OHHHHOOHHHCH2OHHOHOOCH2OHOHHHOHOHHHOHHaworth式OHaworth简式O优势构象式一、单糖结构的表示方法3CHOOHHCH2OHCHOCH2OHHOHC1、糖链碳原子投影在一条上下排列的直线上；CHOOHHCH2OH甘油醛2、氧化度高的基团要排列在上端；3、取代基基团排列在左右两侧；4、横、竖两条直线的交叉点代表手性碳原子；5、排在横线上的基团，表示其在平面的上方6、排在竖线上的基团，表示其在平面的下方1.单糖的Fischer式4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。•五元氧环称呋喃型糖•六元氧环称吡喃型糖OOHOHOHCH2OHOHOOHOHOHOHOH2.单糖的Haworth式5Fischer投影式与Haworth式的转化以D-葡萄糖（D-glucose)为例:6OOOOOO4C11C41,4BB1,42CO5H441414141245•呋喃型糖:五元氧环,信封式•吡喃型糖:椅式构象为优势构象(C1,1C式)3.单糖的构象式71.绝对构型（D/L构型法）：CHOOHHCH2OHCHOHHOCH2OHdexterlaevus甘油醛甘油醛D-L-最早是用来标记甘油醛的立体结构二、单糖的绝对构型和相对构型8CHOOHHCH2OHCHOHHOCH2OH甘油醛D-甘油醛L-Fischer投影式:最后一个手性中心上的OH：在右侧为D型糖,在左侧为L型糖。D-CHOOHHOOHOHCH2OHHHL-9糖的C1位形成差向异构体C1-OH与最后一个手性中心上的OH在同侧为构型,在异侧为ß构型；+2.相对构型（，ß构型）103.绝对构型与相对构型的关系D/L/ß末端手性碳上羟基末端手性碳上羟基与端基碳上羟基的相对关系绝对构型相对构型描述的位置：描述的方式：两种方法：11葡萄糖L-吡喃ß-六元环形成氧环的大小：五元-呋喃，六元吡喃末端手性碳取代羟基取向：左-L型，右-D型端基碳上羟基的相对位置：与末端手性碳-OH同侧--异侧-ß-CCH2OHHOOHHOOOHH121)五碳醛糖和六碳酮糖构成的吡喃糖：在二者吡喃型Haworth式，因原结构中C4和C5-OH不参与成环，故可直接根据其位置判断构型。五碳糖的C4或六碳酮糖的C5-OH处于环上者为L构型；环下者为D构型。C1-OH与C4或C5-OH处于同侧为α，异侧为β。OORR'CH2OHOCH2OHCHOCH2OH45(2)Haworth式中，构型的判定：13(2)Haworth式中，构型的判定：2)五碳呋喃碳、六碳醛糖或甲基五碳醛糖构成的吡喃糖：C4（C5）上的取代基：向上为D型，向下为L型。D-L-C1-OH与C4（C5）上取代基之间的关系：同侧为β，异侧为α。14(2)Haworth式中，构型的判定：3)六碳醛糖或甲基五碳糖构成的呋喃糖：因C5、C6部分成为环外侧链，由于对于5位羟基的写法并无约定俗成的规定，因此，无法通过Haworth式判断它们的绝对构型及相对构型。15CHOOHHHHOOHHOHHCH2OHD-glucoseCHOHHOOHHHHOHHOCH2OHL-glucoseD型糖L型糖RSRRSSRS规律1：D型葡萄糖采取C1式更稳定，L型葡萄糖采取1C式。规律2：b-构型葡萄糖的端基OH总是处于平伏键。以DL-葡萄糖为例总结：OOHOHOHOHOHCH2OHb-D-D-LOOHOHOHOHOHCH2OHb-Lb-D-DOHOHOOHOHOHOHb-L-LOHOH2CHOHOOHOHOH16必须记住的几种常见单糖：17（一）糖的1H-NMR1.化学位移：•糖端基质子：4.3-6.0•C6-CH3（鼠李糖）:1.0(3H,d,J=6Hz),•其它碳上质子:3.2-4.22.偶合常数:J1,2判断苷键构型•吡喃型糖C1式(1C式)•苷键为b-D(b-L型),当端基质子和C2-H为竖键,J=6-8Hz;•苷键为-D(-L)型,端基质子为横键,J=2-4Hz.三、糖的波谱特征18D-葡萄糖可通过J值来判定端基碳构型19无法通过J值来判定C1-HC2-H都约为60o(双面角）α-L-鼠李糖b-L-鼠李糖20所以无法通过J值来判断构型呋喃型糖偶合常数变化不大,不能用端基质子偶合常数判断苷键构型b-D-甘露糖α-D-甘露糖C1-HC2-H都约为60o(双面角）21•偶合常数1JC1-H1:•吡喃糖:(优势构象1C或C1式)端基氢处于平伏键，160-170Hz，多为-型苷键;端基氢处于直立键，150-160Hz，多为b-型苷键。上述规律可用于优势构象为C1或1C式糖苷键构型的判定。鼠李糖优势构象1C式,-L型,160-170Hz,b-L型150-160Hz；甘露糖优势构象C1式,-D型,160-170Hz,b-D型,150-160Hz。ａ-L-鼠李糖苷β-D-甘露糖苷22(二)糖的13C-NMR1.化学位移及偶合常数•端基碳：95-105;CH-OH(C2、C3、C4)－－70~85CH2-OH(C6)62左右CH320232.苷化位移(Glycosylationshift,GS)定义：糖与苷元成苷后,苷元的-C,b-C和糖的端基碳的化学位移值发生了变化,这种变化称苷化位移.应用:推测糖与苷元,糖与糖的连接位置,苷元被苷化碳的绝对构型及碳氢信号归属.24苷元为环醇，若β-C无烷基取代，与链状仲醇的苷化位移规律一致；有烷基取代，苷化位移与苷元α位及糖的端基碳手性有关。①苷元α位及糖的端基碳构型相同，-C向低场位移约6ppm，糖端基碳向低场位移4ppm左右。②苷元α位及糖的端基碳构型不同，-C向低场位移约10ppm，糖端基碳向低场位移7ppm左右。25四、糖的鉴定方法TLCHPLCGC单糖的鉴定方法261.标准糖糖腈乙酸酯衍生物的制备(1)反应原理单糖和盐酸羟胺在吡啶中经加热后，反应生成糖肟，糖肟与乙酸酐在加热条件下，继续反应生成具有挥发性的糖腈乙酸酯衍生物。反应式如下：(一)糖腈乙酸酯衍生化及GC分析（用于确定糖的种类）27(2)实验方法1mg标准糖与5mg盐酸羟胺均匀混合，加入0.4ml的吡啶，90℃恒温水浴加热1小时，生成糖醇。反应物冷却至室温后，加入0.6ml乙酸酐，90℃水浴加热1小时，即生成糖腈乙酸酯衍生物溶液，所得样品即可用GC分析。282.GC实验条件进样器温度：270℃进样量：1.0μL分流比：10：1载气：氦气柱流速：1.0ml/min色谱柱：DM-5（30mm），内径0.25mm，膜厚0.25μm柱温：160℃(2℃/min)195℃(10℃/min,6min)230℃(5min)检测器：FID280℃(氮气体积流量：30ml/min，氢气体积流量：40ml/min空气体积流量：3400ml/min）293.实验结果对标准糖D-半乳糖进行了检测，得到结果如下：测试化合物D-半乳糖标准品30（二）糖噻唑三甲基硅醚衍生化及GC分析（确定糖的种类及绝对构型）1.反应原理单糖和L-半胱氨酸甲酯盐酸盐在吡啶中加热反应生成2-（多羟基烃)-噻唑-4-羧酸甲酯，与三甲基硅烷咪唑在加热的条件下，继续反应生成相应的具有挥发性的三甲基硅醚化衍生物。DuanandQiu*etal.J.Nat.Prod.2009,72,1579–1584312.实验方法1mg标准单糖加入1mL无水吡啶和2mgL-半胱氨酸甲酯盐酸盐，混合均匀，60℃加热2h,反应产物吹干，干燥，加入0.2mL三甲基硅烷咪唑，60℃加热2h后，将反应液转移至2mL水中，用等体积环己烷萃取三次，合并萃取液浓缩，制成单糖的糖噻唑三甲基硅醚衍生物，取0.5mL环己烷溶解，即可用于气相分析。323.GC实验条件进样器温度：270℃进样量：1.0μL分流比：10：1载气：氦气柱流速：1.0ml/min色谱柱：HP-5（30mm），内径0.32mm，膜厚0.25μm柱温：160℃(4℃/min)200℃(keep5min,10℃/min)240℃(keep10min)检测器：FID280℃(氮气体积流量：30ml/min)氢气体积流量：40ml/min空气体积流量：3400ml/min）33D-GlcL-Glc样品24.125.524.134由于芹糖是支链碳糖，在形成呋喃环的过程中，3位会成为不对称的碳原子，因此会形成以下四种形式的异构体：HCHOOHOHHOH2CCH2OHα-D-erythro-OHOCH2OHOHOHβ-D-erythro-β-L-threo-OHOOHCH2OHOHα-L-threo-（三）芹糖构型的确定35日本学者Tadashi等人研究以上四种形式的呋喃糖甲苷的氢核磁共振性质，其中端基氢化学位移和偶合常数及端基碳化学位移如下所示：α-D-erythro-OHOCH2OHOHOCH3β-D-erythro-β-L-threo-OHOOHCH2OHOCH3α-L-threo-1234NO.δHδC12345.01(4.9Hz)4.99(3.7Hz)5.20(4.3Hz)4.97(1.2Hz)103.9110.2105.4111.2当结构式2中所连的苷元不是甲醇而是空间结构比较大时，J1，2会趋近1Hz，甚至二者之间不发生偶合而表现为单峰。36从芹菜中分离的得到含芹糖的化合物A，其端基氢信号位于5.35(1H,brs)，碳信号位于108.2，可以确定芹糖为β-D-赤式或者α-L-苏式中的一种，此时通过NOE效应来确定。5.35(1H,brs)108.2化合物A的部分NMR信号37β-D-erythro-H-5H-2H-4bα-L-threo-×化合物A的NOESY部分相关38化合物结构：ZhouandQiu*etal.J.Nat.Prod.2009,72,1563–15673915.35(br.s)108.223.49(m)76.8377.544.02(o),3.74(m)73.854.02(m)66.7芹糖部分碳氢数据归属:1H-NMR13C-NMRNo.