第三章-糖和苷类化合物

中药化学本章基本内容一、概述二、结构类型三、糖苷分类四、糖和苷的物理性质五、糖的化学性质六、苷键的裂解七、糖的提取分离八、糖的鉴定和糖链结构的测定一、概述糖类又称碳水化合物（carbohydrates），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。一、概述单糖：不能水解的最简单的多羟基内半缩醛(酮)。如葡萄糖等。低聚糖：水解后生成2~9个单糖分子的糖。如：蔗糖（D-葡萄糖-D果糖）麦芽糖（葡萄糖1→4葡萄糖）多糖：水解后能生成多个单分子的，称为多糖。如：淀粉、纤维素等二、结构类型㈠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：CH2OHCHOCHOCH3CHOCH2OHOCHOCH2OHD-木糖L-鼠李糖D-葡萄糖D-果糖五碳醛糖甲基五碳醛糖六碳醛糖六碳酮糖二、结构类型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~二、结构类型㈡Fischer与Haworth的转换及其相对构型CHOCH2OHOOCH2OHHOHOCH2OHOHHOD-葡萄糖异侧同侧αβ异侧同侧二、结构类型Fischer式：（C1与C5的相对构型）C1-OH与原C5（六碳糖）或C4（五碳糖）-OH，顺式为α，反式为β。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。二、结构类型㈢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型二、结构类型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-鼠李糖二、结构类型戊醛糖和已酮糖的绝对构型判断：吡喃型Haworth式，由于原构型标准（C4-OH和C5-OH）不参与成环，故可直接根据它们的位置判断构型。二、结构类型即：戊醛糖的C4或已酮糖的C5-OH处于环上者为L构型；环下者为D构型。习惯上将D型糖中C1-OH处环上者为体，环下者为体。在L型糖中相反。OCH2OHCHOCH2OHOCH2OHORR'D-木糖（D-xylose）D-果糖（D-fructose）45二、结构类型已醛糖由Fischer转成呋喃型的Haworth，由于C5-C6部分成为环外侧链，判断构型时仍以C5为标准，C5-R者为D型糖；C5-S者为L型糖。同样，将D型糖中C1-OH处环上者为体，环下者为体。在L型糖中相反。OOHOHOHRD-呋喃半乳糖二、结构类型㈣环的构象OOO1234(2)(3)(4)(5)OOC1式1C式1234512345二、结构类型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式三、糖苷分类㈠糖匀体均由糖组成的物质。如单糖、低聚糖、多糖等。1．常见单糖OCHOCH2OHCHOCH3CH3OCHOCH2OHOD-葡萄糖L-鼠李糖βαβαD-半乳糖三、糖苷分类CHOCH2OHOCHOCH2OHOOOCHOCH2OHOR1R2OR1R2-OH-OHβαβαD-甘露糖βαD-木糖D-果糖βαβα当构成二糖或多糖时呋喃当游离存在时吡喃三、糖苷分类2．氨基糖是指单糖的伯或仲醇基置换成氨基的糖类。OOHONH2OHNH32-氨基-2-去氧-D-glucose三、糖苷分类3．糖醇单糖的醛或酮基还原成羟基后所得的多元醇。4．去氧糖单糖分子的一个或二个羟基为氢原子代替的糖。CH2OHCH2OHCH2397CHOCH3D-山梨醇D-毛地黄毒糖（2,6-二去氧糖）三、糖苷分类5．糖醛酸单糖分子中伯醇基氧化成羧基的化合物。OOCOOHαC5-OH氧化成酸D-葡萄糖醛酸-三、糖苷分类㈡糖杂体糖与非糖组成的化合物——苷苷的分类：1．按苷原子不同分类⑴氧苷如：红景天苷OOOH红景天苷三、糖苷分类⑵氮苷：如腺苷。⑶硫苷：如萝卜苷。⑷碳苷：如牡荆素。OSN-OSO3SOOglcOHOHOOH牡荆素-萝卜苷ONNNNNH2腺苷三、糖苷分类2．按苷元不同分类如：黄酮苷、蒽醌、香豆素、强心苷、皂苷等3．按苷键不同分类⑴醇苷：是通过醇羟基与糖端基羟基脱水而成的苷。如红景天苷。⑵酚苷：是通过酚羟基而成的苷。如天麻苷。⑶酯苷：苷元以-COOH和糖的端基碳相连接的是酯苷。如山慈菇苷A。⑷氰苷：是指一类α羟腈的苷。如野樱苷。三、糖苷分类CH2OHOglcOOCH2OHOOOROCHCN野樱苷苦杏仁苷β天麻苷山慈菇苷AR=HR=-D-glc三、糖苷分类4．按端基碳构型分α苷，多为L型；β苷，多为D型。5．按连接单糖个数分1个糖——单糖苷2个糖——双糖苷3个糖——叁糖苷三、糖苷分类6．按糖链个数分1个位置成苷——单糖链2个位置成苷——双糖链7．按生物体内存在分原级苷——在植物体内原存在的苷；次级苷——原级苷水解掉一个糖或结构发生改变。四、糖和苷的物理性质㈠溶解性糖——小分子极性大，水溶性好聚合度增高水溶性下降。多糖难溶于冷水，或溶于热水成胶体溶液。单糖极性双糖极性（与羟基和碳的分担比有关，即按-OH/C的分担情况而定）苷——亲水性（与连接糖的数目、位置有关）苷元——亲脂性四、糖和苷的物理性质㈡味觉①单糖~低聚糖——甜味。②多糖——无甜味（随着糖的聚合度增高，则甜味减小）③苷类——苦、甜等（人参皂苷）（甜菊苷）四、糖和苷的物理性质㈢旋光性及其在构型测定中的应用具有多个不对称碳原子——用于苷键构型的测定（即α、β苷键）。多数苷类呈左旋。利用旋光性→测定苷键构型Klyne法：将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，数值上相接近的一个便是与之有相同苷键的一个。五、糖的化学性质㈠氧化反应㈠氧化反应单糖的分子有醛（酮）、伯醇、仲醇和邻二醇等结构，氧化条件不同其产物也不同。如：CH2OHCHOBr2/H2OCH2OHCOOH稀HNO3COOHCOOH五、糖的化学性质㈠氧化反应糖分子化学反应的活泼性：端基碳原子伯碳仲碳（即C1-OH、C6-OH、C2C3C4-OH）以过碘酸反应为例来了解糖的氧化反应的应用过碘酸反应主要作用于：邻二醇、α-氨基醇、α-羟基醛（酮）、邻二酮和某些活性次甲基等结构。五、糖的化学性质㈠氧化反应邻羟基：RCCR'HHOHOHIO4R-CHOR'-CHO-+CCCHHOHOHHOHIO4R-CHOR'-CHOHCOOH-2++五、糖的化学性质㈠氧化反应-羟基酮：-氨基醇：邻二酮：RCCR'HOHOIO4R-CHOR'-COOH-+CCHHNH2OHIO4R-CHOR'-CHONH3-++CCOORR'IO4R-COOHR'-COOH+五、糖的化学性质㈠氧化反应反应特点：①反应定量进行（试剂与反应物基本是1:1）；②在水溶液中进行或有水溶液（否则不反应）；③反应速度：顺式反式（因顺式易形成环式中间体）；④游离单糖产物及消耗过碘酸用Fischer式计算;成苷时糖产物及消耗过碘酸用Haworth式计算;⑤在异边而无扭转余地的邻二醇不起反应。五、糖的化学性质㈠氧化反应Fischer式和Haworth式消耗过碘酸的计算：CHOCH2OHOIO4OCHOOHCOHOHOHCIO4D-葡萄糖需消耗5分子过碘酸3-+2HCOOH醚键开袭+HCOOH2-HCHO+2HCOOH五、糖的化学性质㈠氧化反应在异边无扭转余地的邻二醇：OOHOHOOHOOHOHOOH611,6β-D-葡萄呋喃糖酐1,6α-D-半乳呋喃糖酐五、糖的化学性质㈠氧化反应用途：①推测糖中邻二-OH多少；（试剂与反应物基本是1:1）；②同一分子式的糖，推测是吡喃糖还是呋喃糖；OOHOHOHOROOHCH2OHORHIO4HIO4具邻三-OH可产生甲酸无甲酸产生五、糖的化学性质㈠氧化反应③推测低聚糖和多聚糖的聚合度；④推测1,3连接还是1,4连接（糖与糖连接的位置）OOROR'OOROR'β-D-葡萄糖五、糖的化学性质㈡糠醛形成反应㈡糠醛形成反应（Molish反应）单糖浓酸（4~10N）加热-3H2O呋喃环结构矿酸（10%HCl）单糖脱水多糖RCHO糠醛5-羟甲糠醛R=HR=CH2OH五、糖的化学性质㈡糠醛形成反应Molish反应：样品+浓H2SO4+α-萘酚→棕色环多糖、低聚糖、单糖、苷类——Molish反应=？糠醛衍生物+芳胺或酚类（苯酚、萘酚、苯胺、蒽酮等）缩合显色五、糖的化学性质㈢羟基反应㈢羟基反应糖的-OH反应——醚化、酯化和缩醛（酮）化。反应活性：最高的半缩醛羟基（C1-OH）其次是伯醇基（C6-OH）仲醇次之。（伯醇因其处于末端的空间，对反应有利，因此活性高于仲醇。）五、糖的化学性质㈢羟基反应1．醚化反应（甲基化）①Haworth法（不常用）含糖样品+Me2SO4+30%NaOH→醇-OH全甲基化（需反复6~8次）判断反应是否完全的方法：甲基化物可用红外光谱测试，直到无-OH吸收峰为止。制备成甲苷——用限量试剂，即克分子比1∶1时，可得甲苷。五、糖的化学性质㈢羟基反应②Purdie法样品+MeI+Ag2O→全甲基化（醇-OH）只能用于苷，不宜用于还原糖（即有C1-OH的糖）。因Ag2O有氧化作用，可使C1-OH氧化。③Hakomori法（箱守法）样品+DMSO+NaH+MeI→全甲基化（一次即可）该反应是在非水溶剂中，即二甲基亚砜（DMSO）溶液中进行反应。五、糖的化学性质㈢羟基反应④重氮甲烷法（CH2N2）样品+CH2N2/Et2O+MeOH→部分甲基化（-COOH、-CHO等）2．酰化反应（酯化反应）羟基活性与甲基化反应相同，即（C1-OH、C6-OH、C3最难）（由于C2位取代后，引起的空间障碍，使得C3最难被酰化。）利用酰化可判断糖上-OH数目、保护-OH等。五、糖的化学性质㈢羟基反应3．缩酮和缩醛化反应酮或醛在脱水剂如矿酸、无水ZnCl2、无水CuSO4等存在下可与多元醇的二个有适当空间位置的羟基易形成环状缩酮（ketal）和缩醛（acetal）。酮类易与顺邻-OH生成——五元环状物醛类易与1,3-双-OH生成——六元环状物五、糖的化学性质㈢羟基反应糖+丙酮→五元环缩酮(异丙叉衍生物)糖+丙酮→六元环缩酮(双异丙叉衍生物)例：当糖具有顺邻-OH时，其生成五元环状物（异丙叉衍生物）：OOMeMeOOOOO+H2SO4-H2Oα-D-半乳糖1,2;3,4-二-O-异丙叉-α-D-半乳吡喃糖五、糖的化学性质㈢羟基反应当糖结构中无顺邻-OH时，则易转变为呋喃糖结构，再生成五元环状物（异丙叉衍生物）。OOOOOD-葡萄糖转变成呋呋喃糖硫酸丙酮1,2;5,6-二-O-喃糖结构异丙叉-D-葡萄糖五、糖的化学性质㈢羟基反应糖+苯甲醛→六元环状缩醛（苯甲叉衍生物）例如：葡萄糖甲苷+苯甲醛⇒(具1,3-OH结构)以上方法主要目的是保护-OH。OOOHC6H5OMe反式的4,6-O-苯甲叉-α-D-葡萄吡喃糖甲苷五、糖的化学性质㈣羰基反应㈣羰基反应还原糖+苯肼→糖腙（多为水溶性的）还原糖+3分子苯肼→糖脎（较难溶于水）2-去氧糖不能成脎（因C2上无-OH）。应用——糖的鉴定、分离和纯化。CHOHRCHOPhNHNH2CHOHRCH=NHNH2PhPhNHNH2CRCH=NHNH2PhOPhNHNH2NNHNNHROHHPhPh糖脎糖腙糖C2五、糖的化学性质㈤硼酸络合反应