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第三章糖和苷类化合物糖和苷类化合物1一、概述一、概述糖糖类类又又称称碳碳水水化化合合物物（carbohydratescarbohydrates），是是植植物物光光合合作作用用的的初初生生产产物物，是是一一类类丰丰富富的的天天然然产产物物，如如：蔗蔗糖糖、粮粮食食(淀淀粉粉)、棉布的棉纤维等。棉布的棉纤维等。糖糖类类、核核酸酸、蛋蛋白白质质、脂脂质质生生命命活活动动所所必必需需的的四四大大类类化化合合物物。（糖糖占占植植物物干干重重80809090，有有些些在在抗抗肿肿瘤瘤、抗抗肝肝炎炎、抗抗心心血血管管病病、抗抗衰衰老老等等方方面面具具有有独独特特点点生生物物活活性性，如如如如人人参参、灵灵芝芝、黄黄芪芪、枸枸杞杞子子、香香菇菇、刺刺五五加加等等多多糖糖多多为为其其有有效成分效成分 ）v苷苷亦称配糖体，具有多种生理活性。亦称配糖体，具有多种生理活性。2单糖：单糖：不能再被水解成更小分子的糖不能再被水解成更小分子的糖。如葡萄糖等。如葡萄糖等。低聚糖：水解后生成低聚糖：水解后生成 2 9 个单糖分子的糖。个单糖分子的糖。如：蔗糖（如：蔗糖（D-葡萄糖葡萄糖-D果糖）果糖）麦芽糖（葡萄糖麦芽糖（葡萄糖14葡萄糖）葡萄糖）多糖：水解后能生成多个单分子的，称为多糖。多糖：水解后能生成多个单分子的，称为多糖。如：淀粉、纤维素等如：淀粉、纤维素等3 二、糖的结构与分类二、糖的结构与分类糖的构型 绝对构型 端基碳原子的相对构型 依C5-R取向 依C1-OH与C5-R相对位置 D-型（向上）L-型（向下）-型（同侧）-型（异侧）多形成 D葡萄糖-L鼠李糖 4糖的结构与分类糖的结构与分类 五碳醛糖:D-木糖（xyl）;D-核糖（rib）;L-阿拉伯糖（ara）甲基五碳糖:L-鼠李糖（rha）六碳醛糖:D-葡萄糖（glc）;D-半乳糖（gal）六碳酮糖:D-果糖（fru）糖醛酸:D葡萄糖醛酸(glucuronic acid)；D半乳糖醛酸(galacturonic acid)糖醇：D甘露醇(mannitol).去氧糖（强心苷多见）:D洋地黄毒糖digitoxose）氨基糖(动物和菌类）:2氨基2去氧D葡萄糖 （2-amino-2-deoxy-glucose）5重要的双糖重要的双糖：龙胆二糖(gentiobiose)麦芽糖(maltose)芸香糖(rutinose)槐糖 (sophorose)新橙皮糖(neohesperidose)低聚糖由2 9个单糖基组成6植物体内常见糖的哈沃斯（植物体内常见糖的哈沃斯（Haworth）投影式结）投影式结构：构：D木糖（xyl）D核糖（rib）L阿拉伯糖（ara）L鼠李糖（rha）D葡萄糖（glc）D 半乳糖（gal）D 葡萄糖醛酸 D 半乳糖醛酸 7D果糖（fru）D洋地黄糖 2氨基2去氧D葡萄糖 （digitoxose）（2-amino-2-deoxy-glucose）芸香糖(rutinose)龙胆二糖(gentiobiose)8新橙皮糖(neohesperidose)槐 糖(sophorose)9第二节 苷类化合物v（一一）定定义义 糖糖和和非非糖糖物物质质通通过过糖糖的的端端基基C原原子链接而成的化合物。子链接而成的化合物。v非糖部分称为苷元，又称配糖体。非糖部分称为苷元，又称配糖体。10二、苷的结构与分类二、苷的结构与分类1、氧苷：依苷元羟基的类型分为 醇苷：红景天苷 酚苷：天麻苷、白藜芦醇苷 酯苷：山慈姑苷A、B 氰苷：苦杏仁苷 按苷键原子分类：按苷键原子分类：按苷键原子分类：按苷键原子分类：氧苷、硫苷、氮苷、碳苷氧苷、硫苷、氮苷、碳苷氧苷、硫苷、氮苷、碳苷氧苷、硫苷、氮苷、碳苷11红景天苷（醇苷）苦杏仁苷（氰苷）12白藜芦醇苷（酚苷）天麻苷（酚苷）2、硫苷：黑芥子苷、白芥子苷3、氮苷：腺苷、鸟苷等，生化中多见。4、碳苷：芦荟苷.黑芥子苷（硫苷）13腺苷（氮苷）芦荟苷（碳苷）山慈姑苷A R=H山慈姑苷B R=OH(酯苷)14其他分类方法v按苷元类型：黄酮苷、蒽醌苷、香豆素苷v按植物体内存在状态：原生苷、次生苷v按苷特殊性：皂苷v按生理作用：强心苷v按糖的种类和名称：木糖苷、葡萄糖苷v按单糖基的数目：单糖苷、双糖苷v按糖链的数目：单糖链苷、双糖链苷、三糖链苷 15三、苷的理化性质三、苷的理化性质（一）性状：形态 均为固体，含糖基少 可成结晶 含糖基多 无定型粉末，有引湿性 颜色 取决于苷元（共轭系统的大小及助色团的有无）气味 一般无味；个别对黏膜有刺激性（皂苷）（二）旋光性：苷都有旋光性（糖和/或苷元），且呈左旋，糖为右旋。16溶解性 水 甲（乙）醇 乙醚（苯）石油醚苷元（亲脂性）-+（-）苷（亲水性）+-苷键的裂解（酸水解、酶解、碱水解、乙酰解、氧化开裂法等）（一）酸水解：反应机理（以葡萄糖为例）17苷键原子质子化苷键原子质子化 苷键断裂苷键断裂 阳碳离子溶剂化阳碳离子溶剂化 脱去氢离子脱去氢离子 酸水解难易的关键酸水解难易的关键18 苷键原子周围的电子云密度（电子云密度大，易于接受质子，水解容易）空间环境（有利于接受质子，水解就容易）酸水解的规律 1与苷键原子有关:N苷 O苷 S苷 C苷(易于接受质子)（无孤对电子）2 呋喃糖苷（酮糖）吡喃糖苷（醛糖）（分子平面性，张力大）3 五碳糖苷 甲基五碳糖苷 六碳糖苷 七碳糖苷 糖醛酸苷（空间位阻小）（大）4 2氨基糖苷 2羟基糖苷 2去氧糖苷 脂肪族苷（苷元供电性）影响苷影响苷键键原子原子质质子化的因素子化的因素19难水解的碳苷 苷元结构不太稳定的氧苷（皂苷）氧化开裂法 Smith降解法;两相酸水解法（样品+酸水+苯/氯仿）获得真正苷元-D-葡萄糖苷 过碘酸 二元醛 四氢硼钠 二元醇 稀酸室温 苷元（O-苷）（氧化邻二醇）（还原）（稳定性差）（温和）20-D-葡萄糖苷（C-苷）带醛基的苷元 21（二）酶水解：酶水解的特点及意义（二）酶水解：酶水解的特点及意义 条件温和 高度专属性：（水、3040）苷酶 苷 （麦芽糖酶 水解 -葡萄糖苷键）苷酶 苷 （苦杏仁酶 水解 -葡萄糖苷键 和其他六碳糖的苷键）获得真正苷元 苷键构型（、）的判断22（三）碱水解（三）碱水解 v苷键的缩醛结构（苷键原子的负电性）对稀碱（OH-）稳定,故苷很少用碱水解，而酯苷、酚苷、烯醇苷、吸电子基团的苷类（苷键原子的正电性）易为碱水解。23（四）乙酰解多糖苷 醋酐+酸（浓硫酸、高氯酸、氯化锌）乙酰化单糖、乙酰化低聚糖 选择性水解 1,6-苷键 1,4-苷键和1,3-苷键 1,2-苷键 依鉴定结果+裂解规律 推断多糖苷中糖与糖之间的连接位置 鉴定 薄层色谱气相色谱 24四、四、苷的提取与分离苷的提取与分离提取：苷的存在状态 苷与酶共存 提取目的（原生苷、次生苷、苷元）原生苷 （科研、生产）溶解性差异 酶解 次生苷、苷元 （生产）25提取原生苷提取原生苷 提取次生苷、苷元提取次生苷、苷元 设法抑制酶的活性（加热、拌碳酸钙、醇）避免与酸、碱接触 极性溶剂（甲醇、乙醇、沸水）提取 利用酶的活性（加水、3040、2448）加酸水解或碱水解、预发酵等 有机溶剂（醇、苯、氯仿、石油醚）提取 提取液 浓缩浓缩液（含大量极性杂质）26溶剂法（溶剂沉淀-水液加丙酮或乙醚；溶剂萃取法-乙酸乙酯、正丁醇）大孔树脂法（先水洗-无机盐、糖、肽类，不同浓度的乙醇洗苷类）分离：色谱方法（为主）反相硅胶色谱：Rp-18、Rp-8（极性成分适用）；水-甲醇或水-乙腈为流动相葡聚糖凝胶色谱：SephedexLH-20(有机相适用)不同浓度的乙醇为洗脱剂各种单体成分 27五、五、苷的检识苷的检识一化学检识一化学检识一化学检识一化学检识 水解苷 糖 +苷元 （鉴别特点和意义）菲林试剂 阴性（-）阳性（+）（-）还原糖特有多伦试剂 阴性（-）阳性（+）（-）还原糖特有Molish反应 阳性（+）阳性（+）（-）苷与苷元的鉴别（-萘酚、浓硫酸）28二色谱检识二色谱检识 1 薄层色谱（分配原理）硅胶正相色谱 硅胶反相色谱固定相 硅胶表面吸附的水 Rp-18、Rp-8展开剂 正丁醇-乙酸-水（4：1：5，上层）氯仿-甲醇 氯仿-甲醇-水（65：35：10，下层）甲醇-水 （三元系统）（二元系统）适用范围 大多数苷（极性偏大）极性较小的苷 29v固定相 水v展开剂 正丁醇-乙酸-水（4：5：1，上层）v正丁醇-乙醇-水（4：2：1）v水饱和的苯酚v显色剂 苯胺-邻苯二甲酸试剂，间苯二酚-盐酸试剂（薄层、纸层均可）v茴香醛-硫酸、间苯二酚-硫酸、-萘酚-硫酸（仅薄层适宜）v（主要针对苷中糖及糖的显色，针对苷元的显色见各章节）2纸色谱（分配原理）纸色谱（分配原理）30六、六、苷类的结构研究苷类的结构研究苷类结构研究的一般程序：苷类结构研究的一般程序：1.物理常数的测定。Mp.等。2.分子式的测定质谱分析法（广泛采用）v电子轰击质谱（EI-MS）：不易获得分子离子峰（极性大）v化学电离质谱（CI-MS）v场解吸质谱（FD-MS）：常用v快原子轰击质谱（FAB-MS）：常用v高分辨快原子轰击质谱（HR-FAB-MS）：能直接测出分子式 313.组成苷的苷元、糖的鉴定组成苷的苷元、糖的鉴定（1）苷元的结构鉴定（见各章节）（2）糖的种类鉴定v纸色谱（PC）：分配原理，BAW系统，与对照品共色谱鉴定v薄层色谱（TLC）：硅胶（硼酸溶液或无机盐溶液制-增加上样量）v气相色谱（GLC）：水解、制备TMS衍生物（具挥发性），用对照品tR鉴定v超导FT-NMR光谱:苷中各糖的不同质子的、J 与标准糖数据进行比较鉴定v苷中各糖的不同碳原子的 与标准糖数据进行比较鉴定32（3）糖的数目的测定）糖的数目的测定 光密度扫描法测定各糖斑点含量，计算各糖分子比，推算组成苷的糖的数目质谱法测定苷及苷元的分子离子峰（分子量），计算其差值，求出糖的数目 1H-NMR谱:端基质子的信号（大-处于低场）数目全乙酰化或全甲基化物乙酰氧基、甲氧基信号（、J）的数目 13C-NMR谱:端基碳原子信号（90112ppm）的数目 苷分子总碳信号数目减去苷元的碳信号数目,推算糖的数目 334、苷元与糖、糖与糖之间连接位置的测定、苷元与糖、糖与糖之间连接位置的测定（1）苷元与糖之间连接位置的测定）苷元与糖之间连接位置的测定 13C-NMR谱法：利用苷化位移规律，将苷与苷元的碳谱相比较即可鉴别v醇羟基苷化，苷元-碳向低场位移（+410ppm），-碳向高场位移（-0.9-4.6ppm）v酚羟基苷化,苷元-碳向高场位移，-碳向低场位移34 化学方法:将苷的全甲基化物进行甲醇解，鉴定（与对照品共色谱）未全甲醚化的单糖，游离羟基所在位置即糖与糖之间的连接位置。v13C-NMR谱法：利用苷化位移规律，将苷与相应单糖的碳谱数据相比较即可鉴别。糖与糖相连，内侧糖连接糖的碳原子移向低场（47 ppm）相邻碳原子移向高场（-1-4 ppm）（2）糖与糖之间连接位置的测定）糖与糖之间连接位置的测定355、糖与糖之间连接顺序的确定、糖与糖之间连接顺序的确定 苷 缓和酸水解、酶解 乙酰解 全甲基化甲醇解 部分苷键断裂的裂解产物 推 断 分 析 36波谱分析法波谱分析法 质谱（MS）法:主要利用质谱中归属于有关糖基的碎片离子峰或各种分子离子脱糖基的碎片离子峰，可对糖的连接顺序作出判断。EI-MS (需作成全甲基化、乙酰化或三甲基硅醚化物)常见各单糖及双糖的全乙酰化物、TMS衍生物碎片离子峰见书。FD-MS 或FAB-MS：常出现各种脱去不同程度糖基的 碎片离子峰。核磁共振（NMR）法：13C-NMR谱碳原子的自旋-弛豫时间（T1）的大小推断。NT1 随糖链距离的增加而增大376、苷键构型的确定、苷键构型的确定v（1）利用酶水解法(酶的专属性)v（2）利用开勒（Klyne）经验公式进行计算vMD =M D苷-M D苷元与各糖的一对甲苷（-、-）的分子比旋度相比较，与-甲苷接近，则该苷键构型为-构型与-甲苷接近，则该苷键构型为-构型38（3）利用核磁共振（）利用核磁共振（NMR）确定苷键构型）确定苷键构型13C-NMR谱：利用端基碳原子的化学位移判断苷键构型：除D-甘露糖、L-鼠李糖外，绝大多数单糖甲苷，其-型与-型的化学位移相差4ppm.利用端基碳原子与端基质子的偶合常数判断苷键构型：-甲苷 JC1-H1170Hz-甲苷JC1-H1160Hz 10ppm391H-NMR谱：谱：利用端基质子偶合常数的大小判断苷键构型利用端基质子偶合常数的大小判断苷键构型依据依据相邻碳原子上质子偶合常数的大小与二者之间的立体夹角有关 H-2为键的糖（葡萄糖、木糖、半乳糖）H-2为e键的糖（鼠李糖、甘露糖）-苷键 -苷键 -苷键 -苷键J12=23.5Hz J12=69Hz J12=2 Hz J122 Hz(Jae、60O)（Jaa、180）（Jee、60）（Jae、60O）J12不相等 J12相等 意义 可以用于构型的判断 不能用于构型的判断 40-D-葡萄糖苷 -L-鼠李糖苷 J12=Jae=23 Hz J12=Jae=2 Hz -D-葡萄糖苷 -L-鼠李糖苷 J12=Jaa=69 Hz J12=Jae=2 Hz 41 波谱分析在糖苷结构测定中的应用总结波谱分析在糖苷结构测定中的应用总结 MS 1H-NMR 13C-NMR糖种类 糖各质子的、J 糖的碳信号 （与标准糖对照）（与标准糖对照）糖数目 分子量之差 端基质子信号数 端基碳信号数 （苷-苷元）（位于低场）（90112ppm）衍生物信号数 碳信号之差 （甲氧基特征）（苷-苷元信号差）（乙酰氧基特征）42苷元与糖 苷化位移规律连接位置 （苷与苷元碳谱相比较）糖与糖 苷化位移规律连接位置 （苷与各糖碳谱相比较）糖与糖 各糖碎片离子峰 自旋-弛豫时间连接顺序 （与特征性末端糖 （末端糖的NT1最大）双糖数据相比较）苷键构型 端基质子J1-2 端基碳 -型23Hz (、相差4ppm)-型69Hz 端基碳JC-H （H-2为键）-甲苷 170Hz -甲苷 160Hz （10ppm）43思考题思考题1、掌握苷的组成特点（含义）。2、熟悉糖的分类，掌握重要糖的结构及构型（绝对、相对构型）的判断方法。3、熟悉苷的分类方法，掌握重要的分类方法及代表化合物。4、熟悉苷类的一般性状、旋光性，掌握其溶解性的一般规律。5、熟悉苷类裂解的一般方法。6、掌握酸水解的原理、关键及影响酸水解的因素（水解规律）。447、熟悉二相酸水解的方法，掌握该法在苷键裂解中的意义。8、掌握酶解的特点及在苷键裂解中的重要意义。9、掌握酶解的最佳条件及意义。10、掌握抑制或杀灭酶活性的常用方法及意义。11、熟悉常用的乙酰解试剂、方法及在低聚糖苷结构研究中的作用。12、掌握氧化开裂法（Smith降解法）用于苷键裂解的原理及意义。13、掌握以提取苷为目的时应该注意的问题及提取方法。14、掌握以提取苷元为目的时应该采取的措施及提取方法。4515、掌握大孔树脂法在富集、纯化总苷类成分的原理和方法。16、掌握反相色谱法分离苷类成分的原理、条件和方法。17、掌握SephedexLH-20分离苷类成分的原理、条件和方法。18、掌握糖和苷理化检识的方法、特点及鉴别意义。19、掌握色谱法检识糖和苷的原理、条件和方法。20、熟悉苷类结构研究的一般程序。21、总结并掌握质谱法在苷类结构中的作用。22、掌握纸色谱法用于鉴别组成苷的糖的种类的原理、条件和方法。4623、熟悉核磁共振氢谱、碳谱用于糖的种类鉴别的依据。24、熟悉质谱、氢谱及碳谱用于苷中糖的数目测定的依据。25、掌握苷化位移规律的概念、位移规律及在结构测定中的应用。26、掌握碳谱用于测定苷元与糖之间连接位置的依据和方法。27、掌握化学方法用于测定糖与糖连接位置的原理和方法。28、掌握碳谱用于糖与糖之间连接位置原理和方法。29、熟悉苷类常用的甲基化反应试剂和方法。4730、熟悉水解法、质谱法、碳谱法用于测定糖与糖连接顺序的依据和方法。31、掌握酶解法用于苷键构型判断的依据和方法。32、掌握用开勒经验公式计算判断苷键构型的方法。33、掌握核磁共振氢谱法用于苷键构型确定的原理、方法及适应范围。34、熟悉核磁共振碳谱法用于苷键构型确定的依据和方法。35、综述碳谱法在糖苷结构测定中的应用。4849