第三章糖和苷类化合物ppt课件.ppt

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1、第三章,糖和苷类化合物carbohydrates,一、概述,二、单糖的立体化学,三、糖和苷的分类,四、苷类化合物的理化性质,五、苷键的裂解,六、糖的核磁共振性质,七、糖链的结构测定,八、糖和苷的提取分离,第三章 糖和苷,一、 概述,糖又称作碳水化合物(carbohydrates)，是自然界存在的一类重要的天然产物，是生命活动所必需的一类物质，和核酸、蛋白质、脂质一起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。,苷类又称配糖体(glycoside)，是由糖或糖的衍生物等与另一非糖物质通过其端基碳原子联接而成的化合物。,糖和苷类的生理活性是多种多样的，糖是植

2、物光合作用的初生产物，通过它进而合成了植物中的绝大部分成分。所以糖类除了作为植物的贮藏养料和骨架之外，还是其它有机物质的前体。一些具有营养、强壮作用的药物，如山药、何首乌、大枣等均含有大量糖类。苷类种类繁多，结构不一，其生理活性也多种多样，在心血管系统、呼吸系统、消化系统、神经系统以及抗菌消炎，增强机体免疫功能、抗肿瘤等方面都具有不同的活性，苷类已成为当今研究天然药物中不可忽视的一类成分。许多常见的中药例如人参、甘草、柴胡、黄芪、黄芩、桔梗、芍药等都含有苷类。,一、 概述,一、概述,二、单糖的立体化学,三、糖和苷的分类,四、苷类化合物的理化性质,五、苷键的裂解,六、糖的核磁共振性质,七、糖链的

3、结构测定,八、糖和苷的提取分离,第三章 糖和苷,单糖结构的表示方法：,二、单糖的立体化学,Fisher式 Haworth式成环状结构后，多了一个手性碳-端基碳,离端基碳最远的不对称碳原子的构型 D型 L型 (Haworth式限于羰基碳与该原子成环）,二、单糖的立体化学,绝 对 构 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。,二、单糖的立体化学,端基碳(anomeric carbon)的相对构型 型型(Haworth式限于羰基碳与 该原子成环） 是C1相对于C5（C4） 的构型,差向异构体（相对构型）,二、单糖的立体

4、化学,二、单糖的立体化学, Fischer与Haworth的转换及其相对构型,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，反式为。Haworth式：C1-OH与C5（或C4）上取代基之间的关系：同侧为，异侧为。,二、单糖的立体化学,吡喃糖(pyranose，六元环)呋喃糖(furanose，五元环)，吡喃糖的优势构象椅式。,单糖的构象：,二、单糖的立体化学,二、结构类型,环的构象,1式,式,二、单糖的立体化学,一、概述,二、单糖的立体化学,三、糖和苷的分类,四、苷类化合物的理化性质,五、苷键的裂解,六、糖的核磁共振性质,七、糖链的结构测

5、定,八、糖和苷的提取分离,第三章 糖和苷,三、糖和苷的分类,一、单糖: 已发现200多种, 3C8C, 多以结合态存在.可分为以下几类:1 、五碳醛糖(aldopentoses) 有L-阿拉伯糖(L-arabinose)，D-木糖(D-xylose)，D-来苏糖(D-lyxose)，D-核糖(D-ribose)等。,L-阿拉伯糖的结构如下：,三、糖和苷的分类,2 、六碳醛糖(aldohexose) 常见的有D-葡萄糖(D-glucose)，D-甘露糖(D-mannose)，D-阿洛糖(D-allose)，D-半乳糖(D-galactose)等。其中以D-葡萄糖最为常见。,三、糖和苷的分类,3

6、、六碳酮糖(ketohexose, hexulose) 如D-果糖(D-fructose)，L-山梨糖(L-sorbose)等。下图为-D-果糖的结构：返回,4 、甲基五碳糖 常见的有L-鼠李糖(L-rhamnose)，L-夫糖(L-fucose) 和D-鸡纳糖(D-quinovose)。如L-鼠李糖的结构。,5 、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),三、糖和苷的分类,6、 氨基糖(amino sugar) 单糖的一个或几个醇羟基置换成氨基。如庆大霉素的结构：,7 、去氧糖(deoxysugars) 单糖分子的一个或二

7、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。该类糖在强心苷和微生物代谢产物中多见，并有一些特殊的性质。如L-黄花夹竹桃糖(L-thevetose)是2,6-二去氧糖的3-O-甲醚。,三、糖和苷的分类,8、 糖醛酸 (uronic acid) 单糖分子中的伯醇基氧化成羧基，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 acid)。,三、糖和苷的分类,糖醛酸易环合成内酯，在水溶液中呈平衡状态。,三、糖和苷的分类,二、低聚糖(oligosaccharides，寡糖)：由29个单糖

8、通 过苷键键合而成的直链或支链的聚糖称低聚糖。分类：按单糖个数分为 二糖、三糖等； 按有无游离的醛基或酮基分为还原糖和非还原 糖，若两个糖均以端基脱水缩合形成的聚糖 就没有还原性。,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。,三、糖和苷的分类,D-葡萄糖 1 2-D-果糖,樱草糖(primverose, 还原糖),蔗糖(sucrose, 非还原糖),6-O-D-xylopyranosyl-,D-glucopyranose,也可命名 D-木糖 1 6-D-葡萄糖,2-O-D-glucopyranosyl,D-fructofuranose,植物中的三糖大多是以蔗糖为基本结构再接上

9、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。,三、糖和苷的分类,三 、多聚糖(polysaccharides, 多糖) 是由10个以上的单糖基通过苷键连接而成。 聚合度：100以上至几千 性质：与单糖和寡糖不同，无甜味，非还原性 分类： 1. 按功能分 水不溶的，直糖链型,主要形成动植物的支持组织。 ex. 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。 ex. 淀粉，肝糖元,三、糖和苷的分类,三、糖和苷的分类,2. 按组成分 由一种单糖组成均多糖(homosaccharide) 由二种以上单糖组成杂多糖 (heterosaccharide) 系统

10、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.,3. 按来源分（1）植物多糖 纤维素、淀粉、黏液质、果聚糖、树胶（2）菌类多糖 猪苓多糖、茯苓多糖、灵芝多糖（3）动物多糖 肝素、透明质酸、硫酸软骨素、甲壳素,三、糖和苷的分类,四 、苷类 (glycoside) (又称配糖体) 苷类化合物的组成： 苷元(配基)：非糖的物质，常见的有黄酮，蒽醌， 三萜等。苷类 苷键：将二者连接起来的化学键，可通过 O,N,S等原子或直接通过C-C键相连。 糖(或其衍生物，如氨基糖，糖醛酸等) 苷类化合物的

11、命名:以 -in 或 oside 作后缀。,三、糖和苷的分类,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 级苷。 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。 根据苷键原子的不同：氧苷、硫苷、氮苷、 碳苷。,三、糖和苷的分类,一 氧苷： 苷元与糖基通过氧原子相连，根据苷元与糖缩合的基团的性质不同，分为以下几类： 醇苷：是通过醇羟基与糖端基脱水而成的苷。 比较常见，如本书所讲皂苷，强心苷均属此 类。 酚苷：苷元的酚羟基与糖端基脱水而成的苷。 较常见，如黄酮苷、蒽醌苷多属此类。,三、糖和苷的分类,氰苷：主要是指-羟基腈的苷。 该

12、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。,三、糖和苷的分类,三、糖和苷的分类,酯苷：苷元的羟基与糖端基脱水而成的苷。 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中的化合物山慈菇苷A，有抗真菌活性。但该化合物不稳定，放置日久易起酰

13、基重排反应，苷元由C1-OH转至C6-OH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。,三、糖和苷的分类,二 硫苷：是糖的端基OH与苷元上巯基缩合而成的苷。 如萝卜中的萝卜苷。 芥子苷是存在于十字花科植物中的一类硫苷，其通式如下，几乎都是以钾盐的形式存在。经其伴存的芥子酶水解，生成的芥子油含有异硫氰酸酯类、葡萄糖和硫酸盐，具有止痛和消炎作用。,三、糖和苷的分类,三 氮苷： 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。如核苷类化合物。四 碳苷： 是一类糖基的端基碳原子和苷元碳原子直接相连的苷。组成碳苷的苷元多为酚性化合物，如黄酮、查耳酮、色酮、蒽醌和没

14、食子酸等。尤其以黄酮碳苷最为常见。 碳苷常与氧苷共存，它的形成是由苷元酚羟基所活化的邻对位的氢与糖的端基羟基脱水缩合而成。因此，在碳苷分子中，糖总是连在有间二酚或间苯三酚结构的环上。黄酮碳苷的糖基均在A环的6位或8位。碳苷类化合物具有溶解度小、难以水解的特点。,三、糖和苷的分类,如豆科植物葛和野葛的根中含有的葛根素(puerarin)对心血管系统有较强的活性，有明显的扩张冠状动脉，增加冠脉流量，降低血压的作用。该化合物即为异黄酮的碳苷，8位直接与葡萄糖相结合。,三、糖和苷的分类,三、糖和苷的分类,一、概述,二、单糖的立体化学,三、糖和苷的分类,四、苷类化合物的理化性质,五、苷键的裂解,六、糖的

15、核磁共振性质,七、糖链的结构测定,八、糖和苷的提取分离,第三章 糖和苷,一 性状： 形：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。 味：苷类一般是无味的，但也有很苦的和有甜味的，如甜菊苷(stevioside),是从甜叶菊的叶子中提取得到的，属于贝壳杉烷型四环二萜的多糖苷，比蔗糖甜300倍，临床上用于糖尿病患者作甜味剂用，无不良反应。 色：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 。,四、糖和苷的理化性质 (一) 物理性质,二 溶解性： 化合物糖苷化以后，由于糖的引入，结构中增加了亲水性的羟基，因而亲水性增强。 苷类的亲水性

16、与糖基的数目有密切的关系，往往随着糖基的增多而增大，大分子苷元的苷元（如甾醇等）的单糖苷常可溶解于低极性的有机溶剂，如果糖基增多，则苷元占的比例相应变小，亲水性增加，在水中的溶解度也就增加。 因此，用不同极性的溶剂顺次提取药材时，在各提取部分都有发现苷类化合物的可能。 碳苷与氧苷不同，无论在水中还是在其他溶剂中溶解度一般都较小。,四、糖和苷的理化性质 (一) 物理性质,三 旋光性： 多数苷类化合物呈左旋，但水解后，由于生成的糖常是右旋的，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

17、中肯定苷元的有无，才能判断苷类的存在。,四、糖和苷的理化性质 (一) 物理性质,一 、氧化反应： 单糖分子中有醛(酮)、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，一般都无选择性。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。以过碘酸氧化反应为例： 过碘酸反应的基本方式： 作用缓和，选择性高，限于同邻二醇、-氨基醇、 -羟基醛(酮)、邻二酮和某些活性次甲基上，基本反应如下：,四、糖和苷的理化性质 (二) 化学性质,四、糖和苷的理化性质 (二) 化学性质,(2) 糖的裂解,四、糖和苷的理化性质 (二) 化学性质,(3) 作用机理：先生成五元环状酯的中间体。在酸性或碱性介质中

18、，过碘酸以一价的H2IO5（水合离子）作用。结构式见书(天然药物化学)。 上述机理可以解释在弱酸或中性介质中，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。 在连续有三个邻羟基的化合物中，如有一对顺式的邻羟基的，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，半乳糖和甘露糖苷的氧化速率比葡萄糖苷高。,四、糖和苷的理化性质 (二) 化学性质,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。(4) 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

19、置，和聚合度的决定，都有很大的用处。,四、糖和苷的理化性质 (二) 化学性质,二、糠醛形成反应： 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（P49）。,四、糖和苷的理化性质 (二) 化学性质,一、概述,二、单糖的立体化学,三、糖和苷的分类,四、苷类化合物的理化性质,五、苷键的裂解,六、糖

20、的核磁共振性质,七、糖链的结构测定,八、糖和苷的提取分离,第三章 糖和苷,苷键的裂解反应是一类研究多糖和苷类化合物的重要反应。通过该反应，可以使苷键切断，从而更方便地了解苷元的结构、所连糖的种类和组成、苷元与糖的连接方式、糖与糖的连接方式。 常用的方法有酸水解、碱水解、酶水解、氧化开裂等。 一 、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。 常用的酸有HCl, H2SO4, 乙酸和甲酸等。 反应的机理是：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。以氧苷为例，其机理为：,五、苷键的裂解,机理质子化 脱苷元 互变 溶剂化

21、脱质子 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： (1) 苷原子上的电子云密度 (2) 苷原子的空间环境,五、苷键的裂解,具体到化合物的结构，则有以下规律：按苷键原子的不同，酸水解难易程度为：N- 苷 O-苷S-苷C-苷 原因：N最易接受质子，而C上无未共享电子对，不能质子化。(2) 呋喃糖苷较吡喃糖苷易水解，水解速率大50 100倍。 原因：呋喃环平面性，各键重叠，张力大。 图(3) 酮糖较醛糖易水解。 原因：酮糖多呋喃环结构，且端基上接大基团-CH2OH 。图,五、苷键的裂解,五、

22、苷键的裂解,(4) 吡喃糖苷中，吡喃环C5上的取代基越大越难水解， 故有：五碳糖甲基五碳糖六碳糖七碳糖5 位接-COOH的糖 原因：吡喃环C5上的取代基对质子进攻有立体阻 碍。图(5) 2-去氧糖2-羟基糖2-氨基糖 原因：2位羟基对苷原子的吸电子效应及2位氨基 对质子的竞争性吸引,(6) 芳香属苷（如酚苷）因苷元部分有供电子结构，水解比脂肪属苷（如萜苷、甾苷等）容易得多。某些酚苷，如蒽醌苷、香豆素苷不用酸，只加热也可能水解。即芳香苷脂肪苷 原因：苷元的供电子效应使苷原子的电子云密度增大。,五、苷键的裂解,(7) 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

23、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。 原因：小苷元在竖键时，环对质子进攻有立体阻碍。,五、苷键的裂解,（8） N-苷易接受质子，但当N处于酰胺或嘧啶位置 时，N-苷也难于用矿酸水解。 原因：吸电子共轭效应，减小了N上的电子云 密度。 例： 朱砂莲苷 酰胺 注意：对酸不稳定的苷元，为了防止水解引起皂元结构的改变，可用两相水解反应。（例 仙客来皂苷的水解 ）,五、苷键的裂解,二 、乙酰解反应,在多糖苷的结构研究中，为了确定糖与糖之间的连接位置常应用乙酰解开裂一部分苷键，保留另一部分苷键，然后用薄层或气相色谱鉴定在水解产物中得到的乙酰化单糖和乙酰化低聚糖。

24、反应用的试剂为乙酸酐与不同酸的混合液， 常用的酸有硫酸、高氯酸或Lewis酸(如氯化锌、三氟化硼等)。 乙酰解的反应机理与酸催化水解相似，它是以CH3CO+为进攻基团。,五、苷键的裂解,苷发生乙酰解的速度与糖苷键的位置有关。如果在苷键的邻位有可乙酰化的羟基，则由于电负性，可使乙酰解的速度减慢。 从二糖的乙酰解速率可以看出，苷键的乙酰解一般以1-6苷键最易断裂，其次为1-4苷键和1-3 苷键，而以1-2苷键最难开裂。 下列为一种五糖苷的乙酰解过程，其分子组成中含有D-木糖、D-葡萄糖、D-鸡纳糖和D-葡萄糖-3-甲醚。当用醋酐-ZnCl2乙酰解后，TLC检出了单糖、四糖和三糖的乙酰化物，并与标准

25、品对照进行鉴定，由此可推出苷分子中糖的连接方式。,五、苷键的裂解,五、苷键的裂解,五、苷键的裂解,乙酰化反应的操作较为简单，条件较温和。一般可将苷类溶于醋酐或醋酐与冰醋酸的混合液中，加入3一5量的浓硫酸，在室温下放置110天，将反应液倒入冰水中并以碳酸氢钠中和至pH34，再用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TLC或GC进行鉴定。,三、碱催化水解： 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。但是，酯苷、酚苷、氰苷、烯醇苷和-吸电子基取代的苷易为碱所水解,如藏红花苦苷、靛苷、蜀黍苷都都可为碱所水解。但有时得到的是脱水苷元。例如藏

26、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。,五、苷键的裂解,四、酶催化水解酶水解的优点: 专属性高,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。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 转化糖酶-水解-果糖苷键 麦芽糖酶-水解-葡萄糖苷键 杏仁苷酶-水解-葡萄糖苷键,专属性较低 纤维素酶-水解-葡萄糖苷键目前使用的多为未提纯的混合酶。,五、苷键的裂解,五、过碘酸裂解反应,用过碘酸氧化1,2-二元

27、醇的反应可以用于苷键的水解,称为Smith裂解,是一种温和的水解方法. 适用的情况:苷元结构不稳定, C-苷 不适用的情况: 苷元上也有1,2-二元醇反应的基本方法:,五、苷键的裂解,应用于碳苷的情况:,五、苷键的裂解,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.,五、苷键的裂解,五、

28、苷键的裂解,一、概述,二、单糖的立体化学,三、糖和苷的分类,四、苷类化合物的理化性质,五、苷键的裂解,六、糖的核磁共振性质,七、糖链的结构测定,八、糖和苷的提取分离,第三章 糖和苷,NMR技术的发展，使得苷类化合物的结构鉴定比较容易进行。 糖和苷类化合物NMR谱解析的难点： 1 信号分布范围窄； 2 偶合关系复杂。,六、糖的NMR特征,一 、糖的1HNMR特征,化学位移规律： 端基质子： 4.36.0ppm 特点：比较容易辨认 用途：1 确定糖基的个数 2 确定糖基的种类 3 2D-NMR谱上糖信号的归属 4 糖的位置的判断,六、糖的NMR特征,六、糖的NMR特征,六、糖的NMR特征,甲基质子

29、： 1.0ppm 特点：比较容易辨认 用途：1 确定甲基五碳糖的个数2 确定甲基五碳糖的种类3 确定甲基五碳糖的位置4 2D-NMR谱上甲基五碳糖 信号的归属,六、糖的NMR特征,其余质子信号： 3.24.2ppm 特点: 信号集中,难以解析 归属: 往往需借助2D-NMR技术.,六、糖的NMR特征,偶合常数：与两面角有关 两面角90度 J=0Hz；两面角0或180度 J8Hz；两面角60度 J4Hz对于糖质子 当2-H为直立键时，1位苷键的取向不同，1-H与2-H的两面角不同，偶合常数亦不同： -D-和-L-型糖的1-H和2-H键 为双直立键，=180，J=68Hz -D-和-L-型糖的1-

30、H为平伏键， 2-H双直立键，=60，J=24Hz,六、糖的NMR特征,因此，六碳醛糖的优势构象为C1型，其中C2构型与D-葡萄糖相同的D-半乳糖、D-阿洛糖的优势构象中2-H均为直立键，其成苷键时，端基质子与2-H的偶合常数均为4Hz左右；而当其成苷时，端基质子与2-H的偶合常数均为8Hz左右。,六、糖的NMR特征,- D-葡萄糖苷 -D-半乳糖苷 -D-阿洛糖苷,例如： - D-葡萄糖和-D-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，偶合常数差别也很明显。其中- D-葡萄糖的端基质子信号为4.6，J=8Hz。而- D-葡萄糖的端基质子信号为5.2，J=4Hz。,六、糖

31、的NMR特征,但是当2-H为平伏键的情况下，1-H无论处于平伏键还是直立键，与2-H的两面夹角均约60度，故不能用该法判断苷键构型。,六、糖的NMR特征,因此，六碳醛糖中C2构型与葡萄糖不一致的D-甘露糖的苷键，就不能用端基质子的偶合常数来判断其构型。,-D-甘露糖苷 -D-甘露糖苷,例如： - D-甘露糖和-D-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，但偶合常数差别很不明显。,六、糖的NMR特征,同样，甲基五碳糖中的L-鼠李糖的C2构型虽与D-葡萄糖相同，但其优势构象为1C式，2-H为平伏键，其苷键的构型亦不能用该方法判断。,六、糖的NMR特征,对于这类糖的苷，可以利用

32、糖苷的1-H的化学位移不同来区别。另外，用门控偶技术可以得到端基质子和端基碳的偶合常数，即1JC1-H1来区别。如吡喃糖苷的1-H是横键质子(-苷键)时，该J值为170Hz，而1-H是竖键质子( -苷键)时，该J值为160Hz。,六、糖的NMR特征,二、 糖的13CNMR特征,糖上碳信号可分为几类，大致范围为： 1. CH3 18ppm 甲基五碳糖的C6，一般有几个信号(扣除苷元中的甲基)可表示有几个甲基五碳糖存在。 2. CH2OH 62ppm C5或C6 3. CHOH 7085ppm 糖氧环上的C2C4 4. -O-CH-O- 98100ppm 端基C1或C2,，在此范围内有几个信号可视

33、为有几种糖存在于糖链的重复单位中。,六、糖的NMR特征,一般来说，碳原子上有-OH的较带-OH的，信号较在高场处。如具有C1构象的D-葡萄糖苷的端基碳信号，-型的为97101，而-型的为103106ppm，便此可区别-和-异构体。,六、糖的NMR特征,三、苷化位移,概念：(见教材P68)1. 苷化位移值和苷元的结构有关，与糖的种类无关。例如： C1 位移 C2 位移 - D-葡萄糖 96.7 75.1甲基- D-葡萄糖苷 104.0 +8.3 74.1 -1.0- D-半乳糖 97.3 72.9甲基- D-半乳糖 104.5 +8.3 71.7 -0.8-L-鼠李吡喃糖 95.1 71.9甲基

34、- -L-鼠李糖苷 102.6 +7.5 72.1 -0.2,六、糖的NMR特征,苷元 端基碳 苷元碳 苷元碳-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 -2.5-3.0,六、糖的NMR特征,2. 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，但对苷元的碳和碳的苷化位移影响不大，例如：同为葡萄糖的苷，苷元不同，其苷化位移范围(ppm)为,3.苷元为环醇时的苷化位移规律 若羟基的位

35、无烷基取代，则碳与端基碳的苷化位移值与开链的仲醇相似。如果羟基的位有烷基取代，那么碳和端基碳的苷化位移与苷元的碳的手性及糖的端基手性都有关系。具体可分为两种情况：1) 苷元的碳的手性及糖的端基手性R或S，即二者相同，则碳与端基碳的苷化位移值与位无烷基取代的环醇时相同，即与开链的仲醇相似，即5ppm左右。,六、糖的NMR特征,六、糖的NMR特征,2) 苷元的碳的手性及糖的端基手性不相同，则碳与端基碳的苷化位移值比位无烷基取代的环醇相应的碳的苷化位移大3.5ppm左右，即大约10ppm。3) 同五异十其余七：4) 同小异大：指碳5) 酯苷和酚苷：特殊，-C向高场位移。,一、概述,二、单糖的立体化学

36、,三、糖和苷的分类,四、苷类化合物的理化性质,五、苷键的裂解,六、糖的核磁共振性质,七、糖链的结构测定,八、糖和苷的提取分离,第三章 糖和苷,多糖的结构测定与常见天然产物有许多不同之处,本节不做详细介绍.天然产物中的苷类成分多为固体化合物其结构鉴定应通过以下各项程序进行： 一 、 纯度的测定 TLC，熔点，色谱鉴别 二 、 分子量及分子式的测定 近年来广泛应用质谱分析的方法则定分子量和分子式。苷类化合物一般极性较大，无挥发性，遇热气化时易于分解，采用电子轰击质谱(EIMS)常常不能获得分子离子峰。 现多采用化学电离质谱(CI-MS)、场解吸质谱(FD-MS)、快原子轰击质谱(FAB-MS)和电

37、喷雾质谱(ESI-MS)等方法来获得分子离子蜂，尤其是ESI-MS及FAB-MS两种质谱法更是目前测定苷类分子量常用的方法。,七、糖链结构的测定,电喷雾质谱(ESI-MS)的基本原理 ESI是在毛细管的出口处施加一高电压，所产生的高电场使从毛细管流出的液体雾化成细小的带电液滴，随着溶剂蒸发，液滴表面积缩小，导致分析物以单电荷或多电荷离子的形式进入气相。电喷雾离子化的特点是产生多电荷离子而不是碎片离子，使质量电荷比降低到多数质量分析仪都可以检测的范围，因而大大扩张了分子量的分析范围。离子的真实分子量可以根据质荷比及所带电荷数计算出，一般由计算机软件完成。电喷雾质谱可忍受少量的盐和缓冲液，但盐和缓

38、冲液的存在会使仪器的灵敏度降低。电喷雾质谱的优点是它可以方便地与多种分离技术联用，如液质联用和毛细管电泳-质谱联用等。,七、糖链结构的测定,三、 组成苷的苷元和单糖的鉴定 将苷用稀酸或酶进行水解，使生成苷元和各种单糖，然后再对这些水解产物进行签定。 (一) 苷元的结构鉴定 苷元的结构类型不一，需要通过某些化学反应先确定其结构类型和基本母核结构，再按照所属类型分别进行研究，其方法将在有关章节中逐一介绍。 (二) 组成苷中糖的种类鉴定 通常采用PC、TLC等方法对水解液进行鉴定，也可以直接通过解析苷的或二维NMR谱进行鉴定。 糖类的PC常用的展开剂大多为含水的溶剂系统，如正丁醇-醋酸-水(4:1:

39、5)，EtOAc-吡啶-水(2:1:2)等，其Rf值与溶剂的含水量有关，因此配制展开剂时必须注意，尤其对于三元组成的展开刑，其混合比例更应力求正确，并需用标准品同时点样作为对照。,七、糖链结构的测定,糖类的TLC常选用硅胶薄层，由于糖的极性强，一般点样量不能大于5ug，但这一缺点在用硼酸溶液或一些无机盐的水溶液代替水调制吸附剂进行铺板，就能显著提高上样量，并改善分离效果。制备这种硅胶薄层时，所用的盐一般是强碱弱酸(或中强酸)的盐，如0.3mol/L的磷酸氢二钠或磷酸二氢钠的水溶液。用这种盐溶液制备的硅胶板分离糖时，其上样量可达400500ug。糖类硅胶薄层色谱常用的展开剂为正丁醇-丙酮-水、正

40、丁醇-醋酸-水或正丁醇-吡啶-水。 糖的PC或TLC所用的显色剂有些是相同的，其显色原理主要是利用糖的还原性或由于形成糖醛后引起的呈色反应。有些显色剂不仅可以决定糖的斑点的位置，尚可区分其类型。常用的显色剂有苯胺-邻苯二甲酸试剂、三苯四氮盐试剂(TTC试剂)、间苯二酚-盐酸试剂、双甲酮-磷酸试剂等。这些显色剂对不同的糖往往显不同的颜色，如苯胺-邻苯二甲酸试剂对已醛糖和糖醛酸显棕色，对戊醛糖显红色。间苯二酚-盐酸试剂对已醛糖显紫色，对糖醛酸和戊醛糖显蓝色。,七、糖链结构的测定,有些显色剂中含有硫酸，因此只能用于TLC。例如茴香醛-硫酸试剂、间苯二酚-硫酸试剂、-萘酚-硫酸试剂、百里酚-硫酸试剂、

41、酚- 硫酸试剂等。喷后一般要在100左右加热数分钟至斑点显现。以CMC-Na为粘合剂的硅胶薄层，在使用含浓硫酸的显色剂时亦应注意加热的温度与时间。 利用近年发展起来的二维NMR谱，也可以有效地鉴定苷分子中糖的种类。如二维1H-1H相关谱(1H-1H COSY)、1H-13C相关谱(1H-13C COSY)等亦可用来鉴定苷中组成糖的种类。,七、糖链结构的测定,(三)苷中糖的数目的测定 利用PC或TLC法鉴定苷水解液中糖的种类，还可进一步采用光密度扫描法测定备单糖斑点的含量，算出各单糖的分子比，以推测组成苷的糖的数目。 近年测定苷中糖的数目大多是通过光谱测定完成的。例如，利用质谱测定苷和苷元的分子

42、量，然后计算其差值，并由此求出糖的数目。利用氢谱，根据出现的糖端基质子的信号数目来确定苷中糖分子的数目；或是将苷制成全乙酰化或全甲基化衍生物，根据在氢谱中出现的乙酰氧基或甲氧基信号的数目，推测出所含糖的数目。常见的是利用碳谱，根据出现的糖端基碳信号的数目(一般位于90 112ppm处)，或者根据苷分子总的碳信号数目与苷元碳信号数目的差值，推断出糖的数目。此外利用二维1H-1H相关谱和1H-13C相关谱，也是确定苷中糖的数目的有效方法。,七、糖链结构的测定,四、苷分子中苷元和糖、糖和糖之间连接位置的确定 (一)苷元和糖之间连接位置的确定 以前通过分析由化学降解或酶解得到的产物来确定糖与苷元之间的

43、连接位置，现在这种方法逐渐被NMR谱的解析所取代。 13C-NMR谱是确定苷元与糖之间连接位置的有效方法。在碳谱中，苷元羟基因与糖结合成苷，故可产生苷化位移。利用苷化位移规律，将苷和苷元的碳谱相比较，就可以很容易地辨别出苷元的哪个碳原子与糖相连接。 近年二维NOE相关谱和远程同核(或异核)相关谱(如13C-1H COSY及HMBC谱)等技术亦广泛用于确定苷元的连糖位置。,七、糖链结构的测定,(二)糖与糖之间连接位置的确定 可采用化学方法或光谱(NMR)分析法进行。 1化学方法部分水解法 以缓和酸水解和酶水解法最为常用。缓和酸水解多使用低浓度的无机强酸或中强度的有机酸(如草酸)进行水解，可使苷中

44、的部分糖水解脱去。例如：,七、糖链结构的测定,由于在水解产物中检出木糖因此可以确定木糖连接在末端。 利用苷的乙酰解，使开裂一部分苷键，保留另一部分苷键，分析水解产物中得到的乙酰化低聚糖，也可以确定糖的连接顺序。 此外还可以将苷的全甲基化物进行甲醇解，然后分析其甲醇解产物，也可以获得有关糖与糖之间连接顺序的信息。,七、糖链结构的测定,一般方法是：先将苷进行全甲基化，然后用含69盐酸的甲醇进行甲醇解，即可得到末完全甲醚化的各种单糖，而连接在最末端的一定是全甲醚化的单糖。根据这些甲醚化的单糖中羟基的位置，即可对糖与糖之间的连接位置作出判断。,采用的方法通常是将这些甲醚化的单糖进行了TLC鉴定，并与标

45、准品对照。近来亦有用GC-MS联用仪对其进行鉴定的报道。全甲基化苷的甲醇解反应如下：,七、糖链结构的测定,如： 上式中，苷通过全甲基化及甲醇解反应后，将甲醇解的产物进行TLC鉴定，可知除苷元以外所得到的两种甲醚化单糖为2,3,4-三-O-甲基吡喃木糖甲苷和2,4,6-三-O-甲基吡喃葡萄糖甲苷。由于前者是全甲基化的木糖，因此可推断木糖是在末端，而后者是未完全甲醚化的葡萄糖，在其C3位上有一羟基，因此可推断它不仅与苷元相连，并在C3位上与木糖相连接。,七、糖链结构的测定,苷的甲基化反应常用的方法主要有以下四种，前两种为经典的方法,后两种是半微量的现代方法。 (1)Haworth法：用硫酸二甲酯和

46、氢氧化钠(或碳酸钠、碳酸钾)，可使醇羟基甲基化。其缺点是甲基化能力较弱，如果欲进行全甲基化反应，必须进行多次反应才能达到目的， (2)Purdie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)，可使醇羟基甲基化，但因氧化银具有氧化作用，只能用于苷的甲基化而不能用于还原糖的甲基化。,七、糖链结构的测定,(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)，在搅拌下进行甲基化。本法的缺点是反应较缓慢。(4) Hakomari法(箱守法)：在二甲基亚砜(DMSO)溶液中，加入氢化钠，以碘甲烷进行甲基化反应。其反应机理是二甲亚砜与氢化钠

47、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基化反应，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，从而使全甲基化反应可以迅速完成，二甲亚砜只起催化作用:,七、糖链结构的测定,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基化方法。但因在反应中，所用二甲亚砜和NaH均呈强碱性，故分子中有酯键的苷类不宜用本法，而应采用Kuhn改良法进行全甲基化。,七、糖链结构的测定,(二)波谱分析法 1MS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。在EI-MS中，由于苷类是非挥发性的，常制

48、备成全乙酰化物、全甲基化物或全三甲基硅醚化物等进行测定。在它们的MS谱中，常出现各种特征性的糖基离子蜂全乙酰化的单糖及低聚糖的特征性碎片离子峰，这些特征峰的存在均可提示该糖处于糖链的末端位置。 利用苷的FD-MS谱或FAB-MS谱，有时亦能确定糖与糖之间的连接顺序。,七、糖链结构的测定,五、苷键构型的确定 糖与苷元之间的苷键及糖与糖之间的苷键属于缩醛键，因而都存在有糖端基碳原子的构型问题。确定苷键构型的方法主要有以下几种。 (一)利用酶水解进行测定 如麦芽糖酶一般能水解的为-苷键，能被苦杏仁苷酶水解的大多为-苷键。利用酶解法推断苷键构型时需注意并非所有的-苷键都能被苦杏仁苷酶所水解。 (二)利

49、用NMR谱法测定 1 利用端基质子的偶合常数 2 利用-苷键和-苷键的端基碳的化学位移差别 3 利用2D NMR谱,七、糖链结构的测定,一、概述,二、单糖的立体化学,三、糖和苷的分类,四、苷类化合物的理化性质,五、苷键的裂解,六、糖的核磁共振性质,七、糖链的结构测定,八、糖和苷的提取分离,第三章 糖和苷,一 、提取 植物体内，苷类常与水解苷类的酶共存，因此在提取时，必须抑制酶的活性，常用的方法是在中药中加入CaCO3,或用甲醇、乙醇或沸水提取，同时提取过程中要尽量勿与酸或碱接触，以免苷类水解，如不加注意，则往往提到的就不是原生苷。在提取时还必明确提取的目的即要求提取的是原生苷、次生苷，还是苷元

50、，然后根据要求进行提取，因为其提取方法是有差别的。 各种苷类，由于苷元的结构不同，所联接的糖也不一样，很难有统一的提取方法，如用极性不同的溶剂循极性从小到大次序提取，则在每一提取部分，都可能有苷的存在。以下是最常用的提取方法。,八、糖及苷类的提取和分离,流程图,八、糖及苷类的提取和分离,二 、 分离方法 1 溶剂处理法 2 铅盐沉淀法 3 大孔树脂处理法 4 柱色谱分离法三 、 检识方法（一）理化检识 1.Molish反应 2. Felling反应及Tollens反应 3.水解反应（二）色谱检识 Pc and TLC 糖显色：苯胺-邻苯二甲酸,八、糖及苷类的提取和分离,思考题,1、掌握苷的组成