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糖和苷糖和苷(wgl)一、一、概述概述 糖糖 又称作碳水化合物又称作碳水化合物(carbohydrates)(carbohydrates)，和，和核核酸、蛋白质、脂质酸、蛋白质、脂质一起称为生命活动所必需的四一起称为生命活动所必需的四大物质。大物质。从化学结构上看是多羟基醛（酮）及其缩聚从化学结构上看是多羟基醛（酮）及其缩聚物。物。按照其聚合程度可分为按照其聚合程度可分为单糖、低聚糖（寡糖）单糖、低聚糖（寡糖）和多糖和多糖等。等。苷类苷类 又称又称配糖体配糖体(glycoside)(glycoside)，是由糖或糖的，是由糖或糖的衍生物等通过其端基碳原子与另一非糖物质衍生物等通过其端基碳原子与另一非糖物质联接而成的化合物。联接而成的化合物。糖糖+苷元苷元 苷键原子苷键原子 苷苷第一节第一节 单糖的立体化学单糖的立体化学单糖结构表示方法单糖结构表示方法:FischerFischer投影式投影式、HaworthHaworth投影式和优势构象式投影式和优势构象式FischerFischer投影式投影式(左侧基团左侧基团)-Haworth)-Haworth投影式投影式(面上基团面上基团)FischerFischer与与HaworthHaworth的转换及的转换及其相对构型其相对构型单糖成环后新形成的一个不对称碳原子称为单糖成环后新形成的一个不对称碳原子称为端基碳端基碳糖的绝对构型（糖的绝对构型（D D、L L）-以以-OH-OH甘油醛为标准甘油醛为标准环的构象环的构象呋喃糖五元环接近在同一平面上呋喃糖五元环接近在同一平面上呋喃糖六元环有船式和椅式构象，在溶液或固体呋喃糖六元环有船式和椅式构象，在溶液或固体状态是都是椅式构象，不是状态是都是椅式构象，不是C1便是便是1C以以C2、C3、C5、O四个原子构成的平面为准，四个原子构成的平面为准，C4处处面上，面上，C1处面下的标为处面下的标为4C1，简称，简称C1，反之，反之1C4简称简称1C第二节第二节 糖和苷的分类糖和苷的分类一一 单糖类单糖类(组成糖类及其衍生物的基本单位组成糖类及其衍生物的基本单位)(一一)五碳醛糖五碳醛糖:L-:L-阿拉伯糖等阿拉伯糖等 (二二)六碳醛糖六碳醛糖:D-:D-葡萄糖等葡萄糖等 (三三)六碳酮糖六碳酮糖:D-:D-果糖等果糖等 (四四)甲基五碳醛糖甲基五碳醛糖:L-:L-鼠李糖等鼠李糖等 (五五)支碳链糖支碳链糖:D-:D-芹糖等芹糖等 (六六)氨基糖氨基糖:2-:2-氨基氨基-2-2-去氧去氧-D-D-葡萄糖等葡萄糖等 (七七)去氧糖去氧糖:红霉糖等红霉糖等 (八八)糖醛酸糖醛酸:D-:D-葡萄糖醛酸等葡萄糖醛酸等 (九九)糖醇糖醇:D-:D-山梨醇等山梨醇等 (十十)环醇环醇:肌醇等肌醇等二、低聚糖二、低聚糖(oligosaccharides(oligosaccharides，寡糖，寡糖)：由由2 29 9个单糖通过苷键键合而成的直链或个单糖通过苷键键合而成的直链或支链的聚糖称低聚糖。支链的聚糖称低聚糖。分类：按单糖个数分为分类：按单糖个数分为 二糖、三糖等；二糖、三糖等；常见低聚糖：龙胆二糖、芸香糖、海藻糖等常见低聚糖：龙胆二糖、芸香糖、海藻糖等还原糖与非还原糖（是否有游离醛基或酮基）还原糖与非还原糖（是否有游离醛基或酮基）单糖之间都以半缩醛或半缩酮羟基脱水缩和形成聚糖单糖之间都以半缩醛或半缩酮羟基脱水缩和形成聚糖,则没有还原性则没有还原性,称非还原糖称非还原糖,如海藻糖和蔗糖如海藻糖和蔗糖三、多糖三、多糖 由由1010个分子以上单糖聚合而成的高分子化合物。个分子以上单糖聚合而成的高分子化合物。多糖分子量较大，已失去一般单糖的性质，一般无甜味，多糖分子量较大，已失去一般单糖的性质，一般无甜味，也无还原性。也无还原性。由一种单糖组成的多糖为由一种单糖组成的多糖为均多糖均多糖（homosaccharideshomosaccharides）由二种以上单糖组成的为由二种以上单糖组成的为杂多糖杂多糖（heterosaccharidesheterosaccharides）。）。常见多糖：淀粉、菊糖、树胶、果胶、粘液质、纤维素、常见多糖：淀粉、菊糖、树胶、果胶、粘液质、纤维素、甲壳素、肝素和硫酸软骨素等甲壳素、肝素和硫酸软骨素等典型代表：淀粉（葡萄糖的聚合体）典型代表：淀粉（葡萄糖的聚合体）菊糖（果糖聚合体）菊糖（果糖聚合体）树胶、果胶、粘液质：酸性多糖，多结合成盐树胶、果胶、粘液质：酸性多糖，多结合成盐 苷类苷类(glycoside)(glycoside)(又称配糖体又称配糖体)苷类化合物的组成：苷类化合物的组成：苷元苷元(配基配基)：非糖的物质，常见的有黄酮，蒽醌，三萜等。：非糖的物质，常见的有黄酮，蒽醌，三萜等。苷类苷类 苷键：将二者连接起来的化学键，可通过苷键：将二者连接起来的化学键，可通过O,N,SO,N,S等原子等原子 或直接通过或直接通过C-CC-C键相连。键相连。糖糖(或其衍生物，如氨基糖，糖醛酸等或其衍生物，如氨基糖，糖醛酸等)苷类化合物的命名：苷类化合物的命名：以以-in -in 或或 oside oside 作后缀。作后缀。苷类化合物的分类：苷类化合物的分类：根据生物体内的存在形式：分为原生苷、次生苷。根据生物体内的存在形式：分为原生苷、次生苷。根据连接单糖基的个数：单糖苷、二糖苷、三糖苷根据连接单糖基的个数：单糖苷、二糖苷、三糖苷。根据苷元连接糖基的位置数：单糖链苷、二糖链苷根据苷元连接糖基的位置数：单糖链苷、二糖链苷。根据苷键原子的不同：氧苷、硫苷、氮苷、碳苷。根据苷键原子的不同：氧苷、硫苷、氮苷、碳苷。三、糖和苷的分类三、糖和苷的分类一一 氧苷：氧苷：苷元与糖基通过苷元与糖基通过氧原子氧原子相连，根据苷元与糖缩合的基团相连，根据苷元与糖缩合的基团的性质不同，分为以下几类：的性质不同，分为以下几类：（1 1）醇苷醇苷：是通过醇羟基与糖端基脱水而成的苷。：是通过醇羟基与糖端基脱水而成的苷。如毛茛苷（如下）、红景天苷（如毛茛苷（如下）、红景天苷（P71P71）三、糖和苷的分类三、糖和苷的分类（2 2）酚苷酚苷：苷元的酚羟基与糖端基脱水而成的苷。较常：苷元的酚羟基与糖端基脱水而成的苷。较常见，如天麻苷。黄酮苷、蒽醌苷多属此类。见，如天麻苷。黄酮苷、蒽醌苷多属此类。（3 3）氰苷氰苷：是指一类：是指一类羟腈的苷，如野樱苷羟腈的苷，如野樱苷该类化合物多为水溶性，不易结晶，在酸和酶催化时易于水解。生成的苷元-羟基腈很不稳定，立即分解为醛(酮)和氢氰酸。而在碱性条件下苷元易发生异构化。该类化合物中的芳香族氰苷，分解后生成苯甲醛（有典型的苦杏仁味）和氢氰酸，因而可以用于镇咳。如苦杏仁可用于镇咳，正是由于其中的苦杏仁苷(amygdalin)分解后可释放少量HCN的结果。（4）酯苷酯苷：苷元以苷元以-COOH和糖的端基碳相连接的是酯苷。如和糖的端基碳相连接的是酯苷。如山慈菇苷山慈菇苷A、B酯苷的特点：苷键既有缩醛的性质，又有酯的性质，易为稀酸和稀碱水解。例如，存在于所有百合科植物，特别是郁金香属植物如杂种郁金香(Tulipa hybrida)中的化合物山慈菇苷A(tuliposideA)，有抗真菌活性。但该化合物不稳定，放置日久易起酰基酰基重排反应，苷元由C1OH转至C6OH上，同时失去抗真菌活性。山慈茹苷水解后立即环合生成山慈茹内酯A(tulipalinA)。(5)(5)吲哚苷：吲哚苷：指吲哚醇和糖形成的苷指吲哚醇和糖形成的苷 在豆科和蓼科中有分布，苷元无色，但易氧化是暗在豆科和蓼科中有分布，苷元无色，但易氧化是暗蓝色的靛蓝，具有反式结构，中药青黛就是粗制靛蓝，民蓝色的靛蓝，具有反式结构，中药青黛就是粗制靛蓝，民间用以外涂治疗腮腺炎，有抗病毒作用。间用以外涂治疗腮腺炎，有抗病毒作用。三、糖和苷的分类三、糖和苷的分类二二 硫苷：硫苷：是糖的端基是糖的端基OHOH与苷元上与苷元上巯基巯基缩合而成的苷。缩合而成的苷。如萝卜中的如萝卜中的萝卜苷萝卜苷（如下）、芥子苷（如下）、芥子苷 。三、糖和苷的分类三、糖和苷的分类三三 氮苷：氮苷：糖的端基碳与苷元上氮原子相连的苷称氮苷，是生物糖的端基碳与苷元上氮原子相连的苷称氮苷，是生物化学领域中的重要物质。如腺苷。化学领域中的重要物质。如腺苷。四四 碳苷：碳苷：是一类糖基和苷元直接相连的苷。如牡荆素。组成碳是一类糖基和苷元直接相连的苷。如牡荆素。组成碳苷的苷元多为酚性化合物，如黄酮、查耳酮、色酮、蒽醌苷的苷元多为酚性化合物，如黄酮、查耳酮、色酮、蒽醌和没食子酸等。尤其以黄酮碳苷最为常见。和没食子酸等。尤其以黄酮碳苷最为常见。碳苷常与氧苷碳苷常与氧苷共存。共存。二、苷的分类二、苷的分类三、糖和苷的分类三、糖和苷的分类(一一)物理性质物理性质(二二)化学性化学性质质第三节第三节糖和苷的理化性质糖和苷的理化性质(一一)物理性质物理性质一一 性状：性状：形形：苷类化合物多数是固体，其中糖基少的可以成结晶，：苷类化合物多数是固体，其中糖基少的可以成结晶，糖基多的如皂苷，则多呈具有吸湿性的无定无形粉末。糖基多的如皂苷，则多呈具有吸湿性的无定无形粉末。味味：单糖单糖-低聚糖低聚糖甜味。甜味。多多糖糖无无甜甜味味（随随着着糖糖的的聚聚合合度度增增高高，则则甜甜味味减小）。减小）。苷类苷类苦（人参皂苷）、甜（甜菊苷）等。苦（人参皂苷）、甜（甜菊苷）等。色色：苷类化合物的颜色是由苷元的性质决定的。糖部分：苷类化合物的颜色是由苷元的性质决定的。糖部分没有颜色没有颜色 。三、糖和苷的理化性质三、糖和苷的理化性质二二 旋光性：旋光性：多数多数苷类化合物呈左旋苷类化合物呈左旋，但水解后，由于生成的，但水解后，由于生成的糖常是右旋糖常是右旋的，因而使混合物呈右旋。因此，比较水的，因而使混合物呈右旋。因此，比较水解前后旋光性的变化，也可以用以检识苷类化合物的解前后旋光性的变化，也可以用以检识苷类化合物的存在。但必须注意，有些低聚糖或多糖的分子也都有存在。但必须注意，有些低聚糖或多糖的分子也都有类似的性质，因此一定要在水解产物中肯定苷元的有类似的性质，因此一定要在水解产物中肯定苷元的有无，才能判断苷类的存在。无，才能判断苷类的存在。糖糖小分子极性大，水溶性好，随着聚合度增高，水溶小分子极性大，水溶性好，随着聚合度增高，水溶 性下降。性下降。多糖难溶于冷水，或溶于热水成胶体溶液。多糖难溶于冷水，或溶于热水成胶体溶液。单糖极性单糖极性 双糖极性双糖极性 （与与羟羟基基和和碳碳的的分分担担比比有有关关，即即按按-OH/C-OH/C 的的分分担担情情况而定）况而定）苷苷亲水性（其大小与连接糖的数目、位置有关）。亲水性（其大小与连接糖的数目、位置有关）。苷元苷元为亲脂性。为亲脂性。二二 溶解性：溶解性：(二二)糖的化学性质糖的化学性质1 1 氧化反应氧化反应单糖的分子有醛（酮）、伯醇、仲醇和邻二醇等结构，氧单糖的分子有醛（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：化条件不同其产物也不同，如：化学反应的活泼性：化学反应的活泼性：端基碳原子端基碳原子 伯碳伯碳 仲碳仲碳 （即（即C1-OHC1-OH、C6-OHC6-OH、C2C3C4-OHC2C3C4-OH）过碘酸反应过碘酸反应主要作用于：邻二醇、主要作用于：邻二醇、-氨基醇、氨基醇、-羟基醛（酮）、邻二酮羟基醛（酮）、邻二酮 和某些活性次甲基等结构。和某些活性次甲基等结构。反应特点反应特点 反应定量进行（对开裂邻二醇羟基反应基本是反应定量进行（对开裂邻二醇羟基反应基本是1 1：1 1）；）；在水溶液中进行或有水溶液（否则不反应）；在水溶液中进行或有水溶液（否则不反应）；反应速度：反应速度：顺式顺式 反式反式（中性或弱酸性环境下；因顺式（中性或弱酸性环境下；因顺式易形成环式中间体）；易形成环式中间体）；对固定在环的异边并无扭转余地的邻二醇不起反应，对固定在环的异边并无扭转余地的邻二醇不起反应，如：如：用途：推测糖中邻二-OH多少；（试剂与反应物基本是1：1）对同一分子式的糖来说，推测吡喃糖还是呋喃糖；推测低聚糖和多聚糖的聚合度；推测1,3连接还是1,4连接（糖与糖连接位置）单糖的浓酸(410N)作用下，失三分子水，生成具有呋喃环结构的糠醛类化合物。多糖则在矿酸存在下先水解成单糖，再脱水生成同样的产物。由五碳糖生成的是糠醛（R=H），甲基五碳糖生成的是5-甲糠醛（R=Me)，六碳糖生成的是5-羟甲糠醛(R=CH2OH)。糠醛衍生物和许多芳胺、酚类可缩合成有色物质，可用于糖的显色和检出。如Molish试剂是浓硫酸和-萘酚。2 2 糠醛形成反应糠醛形成反应(Molish(Molish反应反应)样品样品+浓浓H H2 2SOSO4 4 +-+-萘酚萘酚 有色环有色环 多糖、低聚糖、单糖、苷类，与多糖、低聚糖、单糖、苷类，与MolishMolish反应均为（反应均为（+）。）。注注:色谱法显色剂色谱法显色剂:临苯二甲酸和苯胺临苯二甲酸和苯胺2 2 糠醛形成反应糠醛形成反应(Molish(Molish反应反应)3 3、羟基反应、羟基反应包括醚化、酯化、缩醛（缩酮）化、与硼酸的包括醚化、酯化、缩醛（缩酮）化、与硼酸的络合反应络合反应活泼性：半缩醛羟基活泼性：半缩醛羟基伯醇羟基伯醇羟基CC2 2-羟基羟基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生成六元环状物糖+丙酮五元环缩酮称：异丙叉衍生物，即丙酮加成物。糖+丙酮六元环缩酮双异丙叉衍生物。利用缩醛或缩酮反应可以保护游离的羟基。例如：制备3-O-甲基葡萄糖的反应硼酸络合反应糖的邻二-OH可与许多试剂生成络合物，借生成络合物的某些物理常数的改变，可以有助于糖的分离、鉴定和构型推定。重要的如：硼酸络合物、钼酸络合物、铜氨离子络合物等。糖+硼酸络合物（酸性增加、可离子化）分类分类:全裂解和部分裂解全裂解和部分裂解 均相水解和双相水解均相水解和双相水解方法方法:酸水解酸水解、碱水解、乙酰解、酶水解、碱水解、乙酰解、酶水解、氧化氧化开裂开裂等。等。部分裂解试剂及方法部分裂解试剂及方法:8-10%8-10%甲酸甲酸 40-50%40-50%醋酸醋酸 酶解酶解 乙酰解乙酰解 甲醇解甲醇解第四节第四节 苷键的裂解苷键的裂解一一 、酸催化水解：、酸催化水解：苷键属于缩醛结构，易为稀酸催化水解。苷键属于缩醛结构，易为稀酸催化水解。反应一般在水或稀醇溶液中进行。反应一般在水或稀醇溶液中进行。常用的酸有常用的酸有HCl,HHCl,H2 2SOSO4 4,乙酸和甲酸等。乙酸和甲酸等。反应的反应的机理机理是：是：苷原子先质子化，然后断裂生成苷元和阳苷原子先质子化，然后断裂生成苷元和阳碳离子或半椅式的中间体，在水中溶剂化而成糖。碳离子或半椅式的中间体，在水中溶剂化而成糖。以氧苷为例，其机理为：以氧苷为例，其机理为：质子化质子化 脱苷元脱苷元 互变互变 溶剂化溶剂化 脱质脱质子子由上述机理可以看出，影响水解难易程度的关由上述机理可以看出，影响水解难易程度的关键因素在于苷键原子的质子化是否容易进行，有利键因素在于苷键原子的质子化是否容易进行，有利于苷原子质子化的因素，就可使水解容易进行。主于苷原子质子化的因素，就可使水解容易进行。主要包括两个方面的因素：要包括两个方面的因素：(1)(1)苷原子上的电子云密度苷原子上的电子云密度 (2)(2)苷原子的空间环境苷原子的空间环境具体到化合物的结构，则有以下具体到化合物的结构，则有以下规律规律：(1)按苷键原子的不同，酸水解难易程度为：按苷键原子的不同，酸水解难易程度为：C-苷苷S-苷苷O-苷苷N-苷苷原因：原因：N最易接受质子，而最易接受质子，而C上无未共享电子对，不能质子化。上无未共享电子对，不能质子化。(2)N-苷易接受质子，但当苷易接受质子，但当N处于酰胺或嘧啶位置时，处于酰胺或嘧啶位置时，N-苷也难于苷也难于用矿酸水解。用矿酸水解。原因：原因：吸电子共轭效应，减小了吸电子共轭效应，减小了N上的电子云密度。上的电子云密度。例：例：P91朱砂莲苷朱砂莲苷酰胺酰胺(3)芳香属苷（如酚苷）因苷元部分有供电子结构，水解比脂芳香属苷（如酚苷）因苷元部分有供电子结构，水解比脂肪肪属苷（如萜苷、甾苷等）容易得多。某些酚苷，如蒽醌属苷（如萜苷、甾苷等）容易得多。某些酚苷，如蒽醌苷、苷、香豆素苷不用酸，只加热也可能水解。即芳香苷香豆素苷不用酸，只加热也可能水解。即芳香苷脂肪苷脂肪苷原因原因：苷元的供电子效应使苷原子的电子云密度增大。：苷元的供电子效应使苷原子的电子云密度增大。(4)2 2、6-6-去氧糖去氧糖 2-2-去氧糖去氧糖 6-6-去氧糖去氧糖2-2-羟基糖羟基糖2-2-氨基糖氨基糖 原因原因：羟基及氨基与苷原子对质子的竞争性吸引：羟基及氨基与苷原子对质子的竞争性吸引(5)呋喃糖苷较吡喃糖苷易水解，水解速率大呋喃糖苷较吡喃糖苷易水解，水解速率大50-10050-100倍。倍。原因原因：呋喃环平面性，各键重叠，张力大。：呋喃环平面性，各键重叠，张力大。(6)(6)酮糖较醛糖易水解。酮糖较醛糖易水解。原因：原因：酮糖多呋喃环结构，且端基上接大基团酮糖多呋喃环结构，且端基上接大基团-CH2OH -CH2OH 。（7 7）吡喃糖苷中，吡喃环）吡喃糖苷中，吡喃环C5C5上的取代基越大上的取代基越大越难水解越难水解,故有：故有：五碳糖五碳糖 甲基五碳糖甲基五碳糖 六碳糖六碳糖 七碳糖七碳糖55位位接接-COOH-COOH的糖的糖 原因：原因：吡喃环吡喃环C5C5上的取代基对质子进攻有立上的取代基对质子进攻有立体阻碍。体阻碍。(8)(8)苷元为小基团者，苷键横键的比苷键竖键的易于水解，因苷元为小基团者，苷键横键的比苷键竖键的易于水解，因 为横键上原子易于质子化；苷元为大基团者，苷键竖键的为横键上原子易于质子化；苷元为大基团者，苷键竖键的 比苷键横键的易于水解，这是由于苷的不稳定性促使水解。比苷键横键的易于水解，这是由于苷的不稳定性促使水解。原因原因：小苷元在竖键时，环对质子进攻有立体阻碍。：小苷元在竖键时，环对质子进攻有立体阻碍。注意注意：对酸不稳定的苷元，为了防止水解引起：对酸不稳定的苷元，为了防止水解引起苷元结构的改变，可用两相水解反应。（例苷元结构的改变，可用两相水解反应。（例 仙客来皂苷的水解仙客来皂苷的水解 P92 P92）二二 、乙酰解反应、乙酰解反应1 1常用试剂：醋酐常用试剂：醋酐+酸酸 所用酸如：所用酸如：H H2 2SOSO4 4、HClOHClO4 4、CFCF3 3COOHCOOH或或LewisLewis酸（酸（ZnClZnCl2 2、BF BF3 3）等。）等。2 2反应条件：一般是在室温放置数天。反应条件：一般是在室温放置数天。3 3反应机理：反应机理：与酸催化水解相似，以与酸催化水解相似，以CHCH3 3COCO+（即（即 乙酰基，乙酰基，AcAc）为进攻）为进攻基团。基团。注意注意：乙酰解反应易发生糖的端基异构化。乙酰解反应易发生糖的端基异构化。4 4反应速率：反应速率：苷键邻位有电负性强的基团（如环氧基）可使反应变慢。苷键邻位有电负性强的基团（如环氧基）可使反应变慢。-苷键的葡萄糖双糖的反应速率：（乙酰解易难程度）苷键的葡萄糖双糖的反应速率：（乙酰解易难程度）（1616）（1414）（1313）（1212）5 5用途用途 酰化可以保护苷元上的酰化可以保护苷元上的-OH-OH，使苷元增加亲脂性，可用于，使苷元增加亲脂性，可用于 提纯和鉴定。提纯和鉴定。乙酰解法可以开裂一部分苷键而保留另一部分苷键乙酰解法可以开裂一部分苷键而保留另一部分苷键。苷键的裂解苷键的裂解 乙酰化反应的乙酰化反应的操作操作较为简单，条件较温和。一较为简单，条件较温和。一般可将苷类溶于般可将苷类溶于醋酐或醋酐与冰醋酸醋酐或醋酐与冰醋酸的混合液中，加的混合液中，加入入3 3一一5 5量的浓硫酸，在室温下放置量的浓硫酸，在室温下放置1-101-10天，将反天，将反应液倒入冰水中并以碳酸氢钠中和至应液倒入冰水中并以碳酸氢钠中和至pH3-4pH3-4，再用，再用氯仿萃取其中的乙酰化糖，然后通过柱色谱分离，就氯仿萃取其中的乙酰化糖，然后通过柱色谱分离，就可获得单一的成分，这些单一成分再用可获得单一的成分，这些单一成分再用TLCTLC或或GCGC进行进行鉴定。鉴定。三、碱催化水解和三、碱催化水解和-消除反应：消除反应：一般的苷对碱是稳定的，不易被碱催化水解，故多数苷是采一般的苷对碱是稳定的，不易被碱催化水解，故多数苷是采用稀酸水解。用稀酸水解。酯苷、酚苷、氰苷、烯醇苷和酯苷、酚苷、氰苷、烯醇苷和-吸电子基取代的吸电子基取代的苷苷易为碱所水解易为碱所水解,如藏红花苦苷、靛苷、蜀黍苷都都可为碱所水如藏红花苦苷、靛苷、蜀黍苷都都可为碱所水解。但解。但有时得到的是脱水苷元有时得到的是脱水苷元。例如藏红花苦苷的水解：。例如藏红花苦苷的水解：原因：其中藏红花苦苷苷键的邻位碳原子上有受吸电子基原因：其中藏红花苦苷苷键的邻位碳原子上有受吸电子基团活化的氢原子，当用碱水解时引起消除反应而生成双烯结构。团活化的氢原子，当用碱水解时引起消除反应而生成双烯结构。苷苷键键的的-位位有有吸吸电电子子基基团团者者，使使-位位氢氢活活化化，在在碱碱液液中与苷键起消除反应而开裂，称中与苷键起消除反应而开裂，称-消除反应消除反应。作用机理作用机理：在在1313或或1414连连接接的的聚聚糖糖中中，还还原原端端的的游游离离醛醛（或或酮酮）邻邻位位氢氢活活化化而而与与3-O-3-O-或或4-O-4-O-苷苷键键起起消消除除反反应应。这这样样碱碱能能使使多多糖糖还还原原端端的的单单糖糖逐逐个个被被剥剥落落，对对非非还还原原端端则则无无影影响响。剥剥落落生生成成的是的是-羟基糖酸。羟基糖酸。四、酶催化水解四、酶催化水解酶水解的酶水解的优点优点:专属性高专属性高,条件温和条件温和.用酶水解苷键可以获知苷键的构型，可以保持苷元的结构用酶水解苷键可以获知苷键的构型，可以保持苷元的结构不变，还可以保留部分苷键得到次级苷或低聚糖，以便获知苷不变，还可以保留部分苷键得到次级苷或低聚糖，以便获知苷元和糖、糖和糖之间的连接方式。元和糖、糖和糖之间的连接方式。酶降解反应的效果取决于酶的纯度以及对酶的专一性的认识酶降解反应的效果取决于酶的纯度以及对酶的专一性的认识.例例 P86 P86 转化糖酶转化糖酶-水解水解-果糖苷键果糖苷键 麦芽糖酶麦芽糖酶-水解水解-葡萄糖苷键葡萄糖苷键 杏仁苷酶杏仁苷酶-水解水解-葡萄糖苷键葡萄糖苷键,专属性较低专属性较低 纤维素酶纤维素酶-水解水解-葡萄糖苷键葡萄糖苷键目前使用的多为未提纯的混合酶。目前使用的多为未提纯的混合酶。五、过碘酸裂解反应五、过碘酸裂解反应用过碘酸氧化用过碘酸氧化1,2-1,2-二元醇的反应可以用于苷键的水解二元醇的反应可以用于苷键的水解,称为称为SmithSmith裂裂解解,是一种温和的水解方法是一种温和的水解方法.可得到原苷元可得到原苷元。（除酶解外，其它方法可能得到的是次级苷元）（除酶解外，其它方法可能得到的是次级苷元）试剂试剂：过碘酸（：过碘酸（HIO4HIO4）、四氢硼钠（）、四氢硼钠（NaBH4NaBH4）、稀酸）、稀酸 应用应用:尤其适于裂解苷元不稳定的苷及碳苷尤其适于裂解苷元不稳定的苷及碳苷 不适用的情况不适用的情况:苷元上也有苷元上也有1,2-1,2-二元醇二元醇即氧化开裂法（即氧化开裂法（SmithSmith降解法）降解法）反应过程：反应过程：掌握掌握 P96 P96 人参皂苷的各种水解过程及结果人参皂苷的各种水解过程及结果该反应的应用:苷元不稳定的苷,以及碳苷用此法进行水解,可得到完整的苷元,这对苷元的研究具有重要的意义.此外,从降解得到的多元醇,还可确定苷中糖的类型.如联有葡萄糖,甘露糖,半乳糖或果糖的C-苷经过降解后,其降解产物中有丙三醇;联有阿拉伯糖,木糖的C-苷经过降解后,其降解产物中有乙二醇;而联有鼠李糖,夫糖或鸡纳糖的C-苷经过降解后,其降解产物中应有丙二醇.糖和苷类化合物糖和苷类化合物NMRNMR谱解析的难点：谱解析的难点：1 1 信号分布范围窄；信号分布范围窄；2 2 偶合关系复杂。偶合关系复杂。第五节第五节 糖的糖的NMRNMR性质性质一一 、糖的、糖的1 1HNMRHNMR特征特征化学位移规律：化学位移规律：P98 端基质子端基质子：4.3-6.0ppm4.3-6.0ppm 特点：比较容易辨认特点：比较容易辨认 用途：用途：1 1 确定糖基的个数确定糖基的个数 2 2 确定糖基的种类确定糖基的种类 3 2D-NMR 3 2D-NMR谱上糖信号谱上糖信号的归属的归属 4 4 糖的连接位置的判断糖的连接位置的判断甲基质子甲基质子：1.0ppm 1.0ppm 特点：比较容易辨认特点：比较容易辨认 用途：用途：1 1 确定甲基五碳糖的个数确定甲基五碳糖的个数 2 2 确定甲基五碳糖的种类确定甲基五碳糖的种类 3 3 确定甲基五碳糖的位置确定甲基五碳糖的位置 4 2D-NMR 4 2D-NMR谱上甲基五碳糖信号的归属谱上甲基五碳糖信号的归属其余质子信号其余质子信号：3.24.2ppm 特点特点:信号集中信号集中,难以解析难以解析 归属归属:往往需借助往往需借助2D-NMR2D-NMR技术技术.偶合常数偶合常数：与相互偶合的质子形成的两面角有关与相互偶合的质子形成的两面角有关 0-90 0-90度度 随着角度变小，耦合常数变大随着角度变小，耦合常数变大 两面角两面角9090度度 J=0Hz 90-180 90-180度度 随角度增大，耦合常数变大随角度增大，耦合常数变大两面角两面角0 0或或180180度度 J=6 8Hz；两面角两面角9090度度 J=0Hz；两面角两面角6060度度 J=2 4Hz4Hz对于对于糖质子糖质子，可通过，可通过C C1 1-H-H与与C C2 2-H-H的偶合常数，来判的偶合常数，来判断苷键构型（断苷键构型（、）：）：1.-D-1.-D-和和-L-L-型糖的型糖的1-H1-H和和2-H2-H键为双直立键，键为双直立键，=180，J=68Hz 2.-D-2.-D-和和-L-L-型糖的型糖的1-H1-H为平伏键，为平伏键，2-H 2-H为直为直 立键，立键，=60，J=24Hz葡萄糖葡萄糖六碳醛糖的优势构象为六碳醛糖的优势构象为C C1 1型，型，其中其中C2C2构型与构型与D-D-葡萄糖相同的葡萄糖相同的D-D-半乳糖、半乳糖、D-D-阿洛糖阿洛糖的优势构象中的优势构象中2-H2-H均为直立键，其成均为直立键，其成苷键时，端基质子与苷键时，端基质子与2-H2-H的偶合的偶合常数均为常数均为4Hz4Hz左右；而当其成左右；而当其成苷时，端基质子与苷时，端基质子与2-2-H H的偶合常数均为的偶合常数均为8Hz8Hz左右。左右。-D-葡萄糖苷葡萄糖苷 -D-半乳糖苷半乳糖苷 -D-阿洛糖苷阿洛糖苷例如：例如：-D-D-葡萄糖和葡萄糖和-D-D-葡萄糖的混合物在氢谱葡萄糖的混合物在氢谱上显示两个端基质子信号，不仅化学位移有差别，偶合常上显示两个端基质子信号，不仅化学位移有差别，偶合常数差别也很明显。其中数差别也很明显。其中-D-D-葡萄糖的端基质子信号为葡萄糖的端基质子信号为4.64.6，J=8HzJ=8Hz。而。而-D-D-葡萄糖的端基质子信号为葡萄糖的端基质子信号为5.25.2，J=4HzJ=4Hz。但是当但是当2-H2-H为平伏键为平伏键的情况下，的情况下，1-H1-H无论处于平伏键无论处于平伏键还是直立键，与还是直立键，与2-H2-H的两面夹角均约的两面夹角均约6060度，故不能用度，故不能用该法判断苷键构型。该法判断苷键构型。因此，六碳醛糖中因此，六碳醛糖中C2C2构型与葡萄糖不一致的构型与葡萄糖不一致的D-D-甘露糖甘露糖的苷键，就不能用端基质子的偶合常数的苷键，就不能用端基质子的偶合常数来判断其构型。来判断其构型。-D-甘露糖苷甘露糖苷 -D-甘露糖苷甘露糖苷例如：例如：-D-D-甘露糖和甘露糖和-D-D-甘露糖的混合物在氢谱甘露糖的混合物在氢谱上虽显示两个端基质子信号，化学位移有差别，但偶上虽显示两个端基质子信号，化学位移有差别，但偶合常数差别很不明显。合常数差别很不明显。同样，同样，甲基五碳糖甲基五碳糖中的中的L-L-鼠李糖的鼠李糖的C2C2构型虽与构型虽与D-D-葡萄糖相同，但其葡萄糖相同，但其优势构象为优势构象为1C1C式式，2-H2-H为平伏为平伏键，其苷键的构型亦不能用该方法判断。键，其苷键的构型亦不能用该方法判断。二、二、糖的糖的1313CNMRCNMR特征特征糖上碳信号可分为几类，大致范围为：糖上碳信号可分为几类，大致范围为：1.CH 1.CH3 3 18ppm 甲基五碳糖的甲基五碳糖的C6C6，一般有几个信号，一般有几个信号(扣除苷元中扣除苷元中的甲基的甲基)可表示有几个甲基五碳糖存在。可表示有几个甲基五碳糖存在。2.CH 2.CH2 2OH OH 62ppm C5 C5或或C6C6 3.CHOH 3.CHOH 6885ppm 糖氧环上的糖氧环上的C2-C4C2-C4 4.-O-CH-O-4.-O-CH-O-98100ppm 端基端基C1C1或或C2,C2,在此范围内有几个信号可视为有几种糖存在于在此范围内有几个信号可视为有几种糖存在于糖链的重复单位中。糖链的重复单位中。一一般来说，碳原子上有般来说，碳原子上有-OH-OH的较带的较带-OH-OH的，的，信号在较高场处。如具有信号在较高场处。如具有C1C1构象的构象的D-D-葡萄糖苷的葡萄糖苷的端基碳信号，端基碳信号，-型的为型的为97101，而，而-型的为型的为103106ppm，便此可区别，便此可区别-和和-异构体。异构体。三、苷化位移三、苷化位移 糖苷化后，端基碳和苷元糖苷化后，端基碳和苷元-C-C化学位移值均向化学位移值均向低场移动，而邻碳稍向高场移动（偶而也有向低场低场移动，而邻碳稍向高场移动（偶而也有向低场移动的），对其余碳的影响不大，这种苷化前后的移动的），对其余碳的影响不大，这种苷化前后的化学位移变化，称苷化位移。化学位移变化，称苷化位移。(P101P101)（glycosidationshift）端基碳、苷元端基碳、苷元碳碳向低场向低场 苷元苷元-碳碳向高场位移向高场位移例：1.苷化位移值和苷元的结构有关，与糖的种类关系不大。苷化位移值和苷元的结构有关，与糖的种类关系不大。例如：例如：C1位移位移C2位移位移-D-葡萄糖葡萄糖96.775.1甲基甲基-D-葡萄糖苷葡萄糖苷104.0+8.374.1-1.0-D-半乳糖半乳糖97.372.9甲基甲基-D-半乳糖半乳糖104.5+8.371.7-0.8-L-鼠李吡喃糖鼠李吡喃糖95.171.9甲基甲基-L-鼠李糖苷鼠李糖苷102.6+7.572.1-0.2苷元苷元 端基碳端基碳 苷元苷元碳碳 苷元苷元碳碳-CH3+5.0+7.5+6.0+7.5-CH2CH2R+5.0+6.5+5.0+6.5-3.5-5.0-CH(CH2R)2+3.4+4.5+5.0+8.0-3.0-3.5-C(CH2R)3-0.5+0.5+6.5+7.5-2.5-3.0 2.2.苷元若为链状结构，端基碳的苷化位移随着苷元苷元若为链状结构，端基碳的苷化位移随着苷元为伯、仲、叔基而递减，但对苷元的为伯、仲、叔基而递减，但对苷元的碳和碳和碳的苷碳的苷化位移影响不大，例如：同为葡萄糖的苷，苷元不同，化位移影响不大，例如：同为葡萄糖的苷，苷元不同，其苷化位移范围其苷化位移范围(ppm)(ppm)为为六、糖的六、糖的NMR特征特征3.3.同五异十其余七：同五异十其余七：4.4.4.4.同小异大：指同小异大：指碳碳5.5.酯苷和酚苷：特殊，糖的端基碳向低场位移酯苷和酚苷：特殊，糖的端基碳向低场位移,6.6.而苷元而苷元-C-C向高场位移。向高场位移。第六节第六节 糖链的结构测定糖链的结构测定一、纯度测定一、纯度测定 1 1、超离心法、超离心法 2 2、高压电泳法、高压电泳法 3 3、凝胶柱色谱法、凝胶柱色谱法 4 4、旋光测定法、旋光测定法 5 5、其他、其他二、分子量测定二、分子量测定 质谱法质谱法三、单糖的鉴定三、单糖的鉴定 全水解、纸色谱、气相、液相全水解、纸色谱、气相、液相四、单糖绝对构型的测定四、单糖绝对构型的测定五、糖连接位置的测定五、糖连接位置的测定 全甲基化、水解全甲基化、水解 核磁核磁六、糖链连接顺序的确定六、糖链连接顺序的确定 部分水解部分水解 核磁核磁13C-NMR 13C-NMR 驰豫时间驰豫时间 质谱质谱七、苷键构型及氧环确定七、苷键构型及氧环确定 核磁、酶解、红外、分子旋光差核磁、酶解、红外、分子旋光差 提取提取 主要为溶剂法主要为溶剂法水、稀醇水、稀醇（单糖、低聚糖、多糖）（单糖、低聚糖、多糖）糖糖类类的的提提取取可可根根据据它它们们对对乙乙醇醇和和水水的的溶溶解解度度不不同同，而而采用冷热水、冷热稀醇等条件。采用冷热水、冷热稀醇等条件。苷苷类类分分子子的的极极性性随随着着糖糖基基的的增增多多而而增增大大。可可根根据据其其极极性大小，来选择相适应的溶剂。性大小，来选择相适应的溶剂。提取过程中要尽量勿与酸或碱接触，以免苷类水解，提取过程中要尽量勿与酸或碱接触，以免苷类水解，由由于于植植物物体体内内有有水水解解酶酶共共存存，必必须须采采用用适适当当的的破破坏坏或或抑制酶抑制酶的方法，才能提制出的方法，才能提制出原生原生糖和苷。方法：糖和苷。方法：采集新鲜材料采集新鲜材料迅速加热干燥迅速加热干燥冷冻保存等。冷冻保存等。第七节第七节 糖及苷类的提取和分离糖及苷类的提取和分离(二二)分离分离1 1季铵氢氧化物沉淀法季铵氢氧化物沉淀法2 2分级沉淀或分级溶解法分级沉淀或分级溶解法3 3离子交换柱色谱离子交换柱色谱 4 4纤维素色谱纤维素色谱5 5凝胶柱色谱凝胶柱色谱6 6制备性区域电泳制备性区域电泳7 7蛋白质除去法蛋白质除去法 8.8.活性炭柱色谱活性炭柱色谱1 1季铵盐沉淀法季铵盐沉淀法季季铵铵盐盐及及其其氢氢氧氧化化物物是是一一类类乳乳化化剂剂,可可与与酸酸性性糖糖形形成成不不溶性沉淀。溶性沉淀。当溶液当溶液PHPH值增高或加入硼砂缓冲液时可沉淀中性多糖值增高或加入硼砂缓冲液时可沉淀中性多糖 常用的季铵盐常用的季铵盐:CTAB CTA-OH CP-OH CTAB CTA-OH CP-OH 浓度浓度:1-10%(W/V):1-10%(W/V)2 2分级沉淀或分级溶解法分级沉淀或分级溶解法 水水醇法醇法 在在糖糖的的水水溶溶液液中中，逐逐步步加加入入乙乙醇醇，即即逐逐渐渐增增大大EtOHEtOH浓浓度度，可得到各部分的沉淀物。可得到各部分的沉淀物。注注:反应在反应在中性中性条件下进行条件下进行(酸性多糖在酸性多糖在PHPH为为2424条件下条件下)3 3离子交换柱色谱离子交换柱色谱 阳离子交换纤维素适于分离酸性阳离子交换纤维素适于分离酸性、中性多糖和粘多糖中性多糖和粘多糖 吸附特点吸附特点:多糖分子中酸性基团多者吸附性强多糖分子中酸性基团多者吸附性强 直链分子易吸附直链分子易吸附,且直链分子中分子量大者易吸附且直链分子中分子量大者易吸附4 4纤维素色谱纤维素色谱 原理原理:属属分配色谱及吸附色谱分配色谱及吸附色谱。溶剂系统：溶剂系统：水、不同浓度的乙醇、丙酮、水饱和的水、不同浓度的乙醇、丙酮、水饱和的 正丁醇等。正丁醇等。色谱行为色谱行为:水溶性大的先出柱水溶性大的先出柱 (1)(1)常用商品名称及型号：常用商品名称及型号：葡聚糖凝胶葡聚糖凝胶琼脂糖凝胶琼脂糖凝胶聚丙烯酰胺凝胶聚丙烯酰胺凝胶(2)(2)常用洗脱剂常用洗脱剂:各种浓度的盐溶液及缓冲液各种浓度的盐溶液及缓冲液(3)(3)洗脱行为洗脱行为:大分子的先出柱大分子的先出柱注注:先用孔隙小的凝胶除去小分子杂质先用孔隙小的凝胶除去小分子杂质 凝胶在酸性环境中能水解，在碱中稳定。凝胶在酸