糖类(分类与理化性质)ppt课件.ppt

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1、第七章 糖类,Saccharides,糖类又称作碳水化合物(carbohydrates)，是植物光合作用的初生产物，除了作为植物的贮藏养料和骨架成分外，还是天然产物生物合成的前体。,第七章 糖类,第七章 糖类,糖类及其衍生物在自然界广泛存在，在植物中占其干重的80%-90%，和核酸、蛋白质、脂质一起合称为生命活动所必需的四大类化合物。按照其聚合程度可分为单糖、低聚糖（寡糖）和多糖等。,第七章 糖类,糖的理化性质,糖的结构测定,糖的分类,糖的提取分离,糖的分类,一、糖的分类,一、单糖 单糖是多羟基醛或酮类化合物，已发现200多种,含3C8C, 多以结合态存在，以五碳糖和六碳糖最多见。,一、糖的分

2、类,单,糖,1. 五碳醛糖,5. 糖醛酸,2. 六碳醛糖,3. 六碳酮糖,4. 去氧糖,6. 支碳链糖,7. 氨基糖,8. 单糖的衍生物,主要可分为以下几种：,1. 五碳醛糖(aldopentoses) 有L-阿拉伯糖（L-arabinose,Ara），D-木糖(D-xylose,Xyl)，D-来苏糖(D-lyxose,Lyx)，D-核糖(D-ribose)等。,L-阿拉伯糖：,一、糖的分类,一、糖的分类,2. 六碳醛糖(aldohexoses) 常见的有D-葡萄糖（D-glucose,Glu），D-甘露糖(D-mannose,Man)，D-阿洛糖(D-allose,All)，D-半乳糖(D-

3、galactose,Gal)等。其中最常见的是D-葡萄糖：,一、糖的分类,3. 六碳酮糖(ketohexose, hexulose) 如D-果糖(D-fructose,Fru)，L-山梨糖(L-sorbose)等。下图为-D-果糖：,一、糖的分类,4. 去氧糖(deoxysugars) 单糖分子的一个或二个羟基被氢原子取代的糖，常见的有6-去氧糖(甲基五碳糖)、2,6-二去氧糖及其3-O-甲醚等。这类糖有L-鼠李糖(L-rhamaose,Rha)，L-夫糖(L-fucose)和D-鸡纳糖(D-guinovose)，D-毛地黄毒糖(D-digitoxose)，L-夹竹桃糖(L-oleandros

4、e)，D-地芰糖。,一、糖的分类,L-鼠李糖 D-毛地黄毒糖 L-夹竹桃糖(L-rhamaose,Rha) (D-digitoxose) (L-oleandrose),结构如下：,一、糖的分类,5. 糖醛酸 (uronic acid) 单糖分子中的伯醇羟基氧化成羧基，常结合成苷类或多糖存在，常见的如葡萄糖醛酸(glucuronic acid)和半乳糖醛酸(galactocuronic)。,一、糖的分类,6. 支碳链糖 糖链中含有支链，如D-芹糖(D-apiose)和D-金缕梅糖(D-hamamelose), 结构如下：,一、糖的分类,7. 氨基糖(amino sugar) 单糖的一个或几个醇羟

5、基置换成氨基。 如庆大霉素的结构：,绛红糖胺 2-脱氧链酶胺 加洛糖胺,一、糖的分类,8. 单糖的衍生物（1）糖醇单糖的醛基或酮基被还原成羟基,L-卫矛醇 D-山梨醇 ( L-ebonymitol) ( D-sorbitol),一、糖的分类,（2）环醇环状的多羟基化合物,肌醇 D-槲皮醇 (inositols) (quercitol ),一、糖的分类,二、低聚糖(oligosaccharides，寡糖)： 由29个单糖通过苷键键合而成的直链或支链的聚糖称低聚糖。,一、糖的分类,二糖、三糖、四糖等,按单糖基个数分,按有无游离的,醛基或酮基分,糖的分类,还原糖（如槐糖sophodrose，樱草糖p

6、rimverose）非还原糖（如海藻trehalose，蔗糖sucrose）,一、糖的分类,化学命名： 把除末端糖之外的叫糖基，并标明连接位置和苷键构型。,一、糖的分类,蔗糖(sucrose) 非还原糖2-O-D-glucopyranosyl-D-fructofuranoseD-葡萄糖 1 2-D-果糖,樱草糖(primverose) 还原糖6-O-D-xylopyranosyl-D-glucopyranose也可命名 D-木糖 1 6-D-葡萄糖,化学命名举例,一、糖的分类,植物中的三糖大多是以蔗糖为基本结构再接上其它单糖而成的非还原性糖，四糖和五糖是三糖结构再延长，也是非还原性糖。,一、糖

7、的分类,三、多聚糖(polysaccharides, 多糖),定义,聚合度,性质,举例,一、糖的分类,水不溶的，直糖链型，主要形成动植物的支持组织。如 纤维素，甲壳素 溶于热水，形成胶体溶液，多支链型，动植物的贮存养料。,由一种单糖组成均多糖(homosaccharide) 由二种以上单糖组成杂多糖 (heterosaccharide),按功能分,一、糖的分类,系统命名： 均多糖：在糖名后加字尾-an，如葡聚糖为glucan。 杂多糖：几种糖名按字母顺序排列后，再加字尾-an，如葡萄甘露聚糖为glucomannan.,第七章 糖类,糖的理化性质,糖的结构测定,糖的分类,糖的提取分离,糖的理化性

8、质,二、糖的理化性质,羟基多，极性大，易溶于水。难溶于低极性的有机溶剂，呈晶形，有甜味。,与单糖性质相似。,随着聚合度的增加，性质与单糖相差越来越大。多为无定形粉末，无甜味，一般不具还原性，有旋光活性，可水解成单糖，在水中的溶解度常随分子量的增加而降低。,单 糖,低聚糖,多 糖,(一)物理性质,二、糖的理化性质,低聚糖,多糖,单糖,二、糖的理化性质,(二) 单糖的立体化学1. 单糖的氧环 空间位置合适时，分子内的羰基易与羟基发生羟醛缩合反应，生成半缩醛（酮）类化合物。单糖在水溶液中主要是以半缩醛（酮）的形式存在的。 由于五、六元环张力最小，所以天然糖都以五元氧环(呋喃糖)或六元氧环(吡喃糖)的

9、形式存在。,二、糖的理化性质,2. 单糖的绝对构型,Fischer式 Haworth式,成环状结构后，多了一个手性碳端基碳,二、糖的理化性质,绝对构型：根据离端基碳最远的手性碳原子的构型确定D型L型 (Haworth式限于羰基碳与该原子成环的）,D型,L型,-OH在右侧为D型,-OH在左侧为L型,二、糖的理化性质,C5上取代基向上为D型,D型,C5上取代基向下为L型,L型,二、糖的理化性质,3. 单糖差向异构体 只有一个手性碳原子相反，其余结构均相同。端基碳(anomeric carbon)的相对构型分为型型(Haworth式限于羰基碳与该原子成环的）,二、糖的理化性质,-D- -L- -D-

10、 -L-,是C1相对于C5的构型，因此-D-糖和-L-糖的端基碳原子的构型是一样的。,二、糖的理化性质,4. 单糖的构象：吡喃糖(pyranose，六元环)呋喃糖(furanose，五元环)，吡喃糖的优势构象椅式（C1或1C式）。,二、糖的理化性质,氧化反应,与硼酸的络合反应,醚化反应,酰化反应,糠醛形成反应,糖的基本反应,二、糖的理化性质,(三) 氧化反应： 单糖分子中有醛(酮)羰基、醇羟基和邻二醇等结构，均可以与一定的氧化剂发生氧化反应，一般无选择性。但过碘酸和四醋酸铅的选择性较高，一般只作用于邻二羟基上。例如银镜反应（以Ag+作为氧化剂)，和斐林反应(以Cu2+作为氧化剂)。,二、糖的理

11、化性质,二、糖的理化性质,（1) 过碘酸反应 基本方式：作用缓和，选择性高，限于邻二醇、-氨基醇、-羟基醛(酮)、邻二酮和某些活性次甲基。,二、糖的理化性质,基本反应如下：,二、糖的理化性质,糖的裂解：,二、糖的理化性质,作用机理：先形成五元环状酯的中间体。在酸性或中性介质中，过碘酸以一价的H2IO5 （水合离子）作用。 上述机理可以解释在酸性或中性介质中，顺式1,2-二元醇比反式的反应快得多，因为顺式结构有利于五元环中间体的形成。,二、糖的理化性质,在具有三个连续邻羟基的化合物中，有一对顺式邻羟基的就比三个互为反式的容易氧化得多。故对同样的六碳吡喃糖苷：半乳糖苷和甘露糖苷的氧化速率要比葡萄糖

12、苷高。,二、糖的理化性质,另外，有些结构刚性较强，使得反式邻二醇固定在环的两侧而无扭转的可能，此时虽有邻二醇也不能发生过碘酸反应。因此，对阴性结果的判断应慎重。,二、糖的理化性质,应 用： 对糖的结构的推测，如糖和苷中氧环的形式，碳原子的构型，多糖中糖的连接位置和聚合度的决定，都有很大的用处。,二、糖的理化性质,(2) 四醋酸铅反应 需在非水溶液如醋酸、二氧六环等溶剂中进行。 对立体结构要求更严格，两个邻羟基必须处在同一平面上才能较快作用。,二、糖的理化性质,五元环上顺反邻二羟基的氧化难易程度相差很大，六元环不显著。苏型开环二元醇较赤型快。,二、糖的理化性质,(四) 与硼酸的络合反应 糖的邻二

13、羟基可与硼酸形成络合物 与硼酸的络合反应对羟基位置的要求比较严格，只有处在同一平面上的羟基才能形成稳定的化合物。开链化合物中邻二羟基往往成对位交叉式，不利于络合。醇羟基越多，越有利于络合。,二、糖的理化性质,芳环邻位羟基容易络合，五元脂环顺邻二羟基能形成稳定络合物，六元环1，3二竖键羟基络合物的稳定性大于顺邻二羟基。,二、糖的理化性质,呋喃糖苷,单 糖,吡喃糖苷,络合能力：,应用：,糖自动分析仪（sugar analyzer）原理制成硼酸络合物后进行离子交换色谱分离,二、糖的理化性质,五、醚化反应 糖及苷的甲醚化反应：主要有以下四种，前两种为经典的方法,后两种是半微量的现代方法。,(3)Kuh

14、n改良法,经典,现代,(4) Hakomori法,(1) Haworth法,(2) Purdic法,二、糖的理化性质,(1) Haworth法： 用硫酸二甲酯和氢氧化钠(或碳酸钠、碳酸钾)，可使醇羟基甲醚化。其缺点是甲醚化能力较弱，欲进行全甲醚化反应，必须进行多次反应才能达到目的。,二、糖的理化性质,(2) Purdic法： 用碘甲烷和氧化银为试剂(一般可在丙酮或四氢呋喃中进行)，可使醇羟基甲醚化，但因氧化银具有氧化作用，只能用于苷的甲醚化，而不能用于还原糖的甲醚化。,二、糖的理化性质,(3) Kuhn改良法： 在二甲基甲酰胺(DMF)溶液中，加入碘甲烷和氧化银或硫酸二甲酯及氢氧比钡(或氧化钡

15、)，在搅拌下进行甲醚化。本法的缺点是反应较缓慢。,二、糖的理化性质,(4) Hakomori法(箱守法)： 反应步骤在二甲基亚砜(DMSO)溶液中，加入氢化钠，以碘甲烷进行甲醚化反应。,二、糖的理化性质,反应机理: 二甲亚砜与氢化钠首先生成甲基亚磺酰阴碳离子，然后在甲基亚磺酰阴碳离子的存在下进行甲醚化反应。由于亚磺酰阴碳离子具有强脱质子作用，使苷中糖上的醇羟基脱氢，从而使全甲醚化反应可以迅速完成，二甲亚砜只起催化作用。,二、糖的理化性质,二甲亚砜,甲基亚磺酰阴碳离子,苷,甲苷,步骤如下：,二、糖的理化性质,此法反应迅速、完全、无需特殊装置、可在室温下连续反应，是目前最常用的全甲醚化方法。但因在

16、反应中，所用NaH呈强碱性，故分子中有酯键的苷类不宜用本法，而应采用Kuhn改良法进行全甲醚化。,二、糖的理化性质,(六) 酰化反应 最常用的是乙酰化和对甲苯磺酰化 乙酰化试剂为乙酸酐与不同酸的混合液， 常用的酸有硫酸、高氯酸及Lewis酸(如氯化锌、三氟化硼等)。,乙酰化反应在分离，鉴定和合成糖类时最常用。糖乙酰化反应无选择性，但端基羟基的乙酰化条件不同可得不同的立体异构体：,二、糖的理化性质,D-葡萄糖：醋酐氯化锌 a -乙酰化物 醋酐醋酸钠 -乙酰化物,二、糖的理化性质,糖与丙酮生成五元环状缩酮异丙叉衍生物,苯甲醛与糖生成六元环状缩醛苯甲叉衍生物,(七) 缩酮和缩醛化反应,丙酮,二、糖的

17、理化性质,缩酮和缩醛衍生物对碱稳定对酸不稳定，可以作为某些羟基的保护剂，也可以用于推测结构中有无顺邻二醇羟基或1，3-二醇羟基，还可以推测特定的氧环大小。,二、糖的理化性质,(八) 糠醛形成反应 单糖在浓酸(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-甲基糠醛（R=Me)，六碳糖生成的是5-羟甲基糠醛(R=CH2OH )。,二、糖的理化性质,糠醛形成反应：,二、糖的理化性质,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。,