天然藥物化學(xué)第三章 糖和苷 課件

1、第三章第三章 糖和苷糖和苷知識(shí)要求知識(shí)要求 掌握掌握糖與苷的結(jié)構(gòu)類型、苷鍵的酸催化水解及其糖與苷的結(jié)構(gòu)類型、苷鍵的酸催化水解及其應(yīng)用應(yīng)用 熟悉熟悉苷的一般性狀和溶解性、旋光性、糖的化學(xué)苷的一般性狀和溶解性、旋光性、糖的化學(xué)檢識(shí)；檢識(shí)； 熟悉熟悉苷鍵的堿催化水解、酶催化水解和苷的提取苷鍵的堿催化水解、酶催化水解和苷的提取分離方法分離方法 了解了解苷的氧化開(kāi)裂苷的氧化開(kāi)裂能力目標(biāo)能力目標(biāo) 熟練應(yīng)用苷的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、識(shí)別苷的結(jié)構(gòu)類型；熟熟練應(yīng)用苷的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、識(shí)別苷的結(jié)構(gòu)類型；熟練應(yīng)用苷的酸水解性，制備苷元及鑒別苷類；能夠練應(yīng)用苷的酸水解性，制備苷元及鑒別苷類；能夠應(yīng)用苷和糖應(yīng)用苷和糖 的性質(zhì)進(jìn)行化學(xué)鑒別

2、和色譜鑒別的性質(zhì)進(jìn)行化學(xué)鑒別和色譜鑒別 學(xué)會(huì)利用苷的有關(guān)性質(zhì)對(duì)苷進(jìn)行提取學(xué)會(huì)利用苷的有關(guān)性質(zhì)對(duì)苷進(jìn)行提取第一節(jié)第一節(jié) 結(jié)構(gòu)類型結(jié)構(gòu)類型一、糖的結(jié)構(gòu)與分類一、糖的結(jié)構(gòu)與分類v糖類又稱碳水化合物，是植物光合作用的初生產(chǎn)糖類又稱碳水化合物，是植物光合作用的初生產(chǎn)物，是一類豐富的天然產(chǎn)物，如：蔗糖、糧食物，是一類豐富的天然產(chǎn)物，如：蔗糖、糧食(淀粉淀粉)、棉布的棉纖維等。棉布的棉纖維等。v糖類糖類、核酸核酸、蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)、脂質(zhì)脂質(zhì)生命活動(dòng)所必需生命活動(dòng)所必需的四大類化合物。的四大類化合物。 v化學(xué)結(jié)構(gòu)：化學(xué)結(jié)構(gòu)：多羥基內(nèi)半縮醛多羥基內(nèi)半縮醛(酮酮)及其縮聚物。根及其縮聚物。根據(jù)其分子水解反應(yīng)的情況，可

3、以分為據(jù)其分子水解反應(yīng)的情況，可以分為單糖、低聚糖和單糖、低聚糖和多糖多糖。 結(jié)構(gòu)類型結(jié)構(gòu)類型v糖的表示式糖的表示式 單糖是多羥基醛或酮。從三碳糖至八碳糖天然單糖是多羥基醛或酮。從三碳糖至八碳糖天然界都有存在。以界都有存在。以Fischer式表示如下式表示如下： 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v單糖在水溶液中形成半縮醛環(huán)狀結(jié)構(gòu)，即成呋喃單糖在水溶液中形成半縮醛環(huán)狀結(jié)構(gòu)，即成呋喃糖和吡喃糖。糖和吡喃糖。v具有具有六元六元環(huán)結(jié)構(gòu)的糖環(huán)結(jié)構(gòu)的糖吡喃糖（吡喃糖（pyran

4、ose）v具有具有五元五元環(huán)結(jié)構(gòu)的糖環(huán)結(jié)構(gòu)的糖呋喃糖（呋喃糖（furanose） 糖處游離狀態(tài)時(shí)用糖處游離狀態(tài)時(shí)用Fischer式表示式表示 苷化后成環(huán)用苷化后成環(huán)用Haworth式表示式表示 CHOCH2OHOD-葡萄糖Fischer與與Haworth的轉(zhuǎn)換及其相對(duì)構(gòu)型的轉(zhuǎn)換及其相對(duì)構(gòu)型CHOCH2OHOOCH2OHHOHOCH2OHOHHOD-葡萄糖異側(cè)同側(cè)異側(cè)同側(cè)Haworth式：式：vC1-OH與與C5（或（或C4）上取代基之間的關(guān)系：）上取代基之間的關(guān)系：同側(cè)為同側(cè)為，異側(cè)為，異側(cè)為。 糖的絕對(duì)構(gòu)型（糖的絕對(duì)構(gòu)型（D、L） 以以-OH甘油醛為甘油醛為標(biāo)準(zhǔn)，將單糖分子的編號(hào)最大的不對(duì)稱

5、碳原子標(biāo)準(zhǔn)，將單糖分子的編號(hào)最大的不對(duì)稱碳原子的構(gòu)型與甘油醛作比較而命名分子構(gòu)型的方法。的構(gòu)型與甘油醛作比較而命名分子構(gòu)型的方法。 CC H2O HO HHC H OCC H2O HHOHC H O -OH甘 油 醛D 型L 型v Fischer式中最后第二個(gè)碳原子上式中最后第二個(gè)碳原子上-OH向右向右的為的為D型，向左的為型，向左的為L(zhǎng)型。型。vHaworth式中式中C5向上為向上為D型，向下為型，向下為L(zhǎng)型。型。 OCCH2OHOHHCHOCHOCH2OHCHOCH3CH3O-OH甘油醛D 型D-葡萄糖L-鼠李糖-D-葡萄糖-L-鼠李糖環(huán)的構(gòu)象 OOO1234(2)(3)(4)(5)OOC

6、1式1C式1234512345v Angyal用總自由能來(lái)分析構(gòu)象式的穩(wěn)定性，用總自由能來(lái)分析構(gòu)象式的穩(wěn)定性，比較二種構(gòu)象式的總自由能差值，能量低的是優(yōu)比較二種構(gòu)象式的總自由能差值，能量低的是優(yōu)勢(shì)構(gòu)象。勢(shì)構(gòu)象。v如：葡萄糖的二種構(gòu)象式的比較：如：葡萄糖的二種構(gòu)象式的比較： OOO-D-葡萄糖C1式1C式糖的主要結(jié)構(gòu)與實(shí)例糖的主要結(jié)構(gòu)與實(shí)例v單糖：不能水解的最簡(jiǎn)單的多羥基內(nèi)半縮醛單糖：不能水解的最簡(jiǎn)單的多羥基內(nèi)半縮醛(酮酮)。糖的最小單位，糖的最小單位，又分為五碳糖、六碳又分為五碳糖、六碳糖、七碳糖。據(jù)取代基不同，又分為去氧糖、糖、七碳糖。據(jù)取代基不同，又分為去氧糖、糖醛酸、羥基糖等糖醛酸、羥基

7、糖等CHOOHHOCH2OHHOL-阿拉伯糖(L-arabionse, Ara)CHOHOHOOHCH2OHD-來(lái)蘇糖(D-lyxose, Lyx)CHOOHHOOHCH2OHD-木糖(D-xylose, Xyl)CHOOHOHOHCH2OHD-核糖(D-ribose, Rib)v五碳醛糖：五碳醛糖：v六碳醛糖：六碳醛糖：CHOOHHOOHOHCH2OHD-葡萄糖(D-glucose, Glc)CHOHOHOOHOHCH2OHD-甘露糖(D-mannose, Man)CHOOHOHHOHOCH2OHD-半乳糖(D-galactose, Gal)CHOOHOHOHOHCH2OHD-阿洛糖(D-a

8、llose, All)OOCH3CH3HOOHOHHOCH3OCH3O夾竹桃糖夾竹桃糖磁麻糖磁麻糖去氧糖去氧糖v 糖醛酸：糖醛酸： glucquronic acid（D-葡萄糖醛酸）葡萄糖醛酸） v 糖醇：糖醇： D-sorbitol（D-山梨醇）山梨醇）BaOHOHHOHOOHOCOOHOHCH2OHOHOHOHOH低聚糖低聚糖v由由29個(gè)單糖個(gè)單糖通過(guò)苷鍵通過(guò)苷鍵結(jié)合而成的直鏈或支鏈結(jié)合而成的直鏈或支鏈聚糖稱為低聚糖。主要聚糖稱為低聚糖。主要有：二糖、三糖、四糖、有：二糖、三糖、四糖、五糖等?？煞譃檫€原性五糖等?？煞譃檫€原性低聚糖與非還原性低聚低聚糖與非還原性低聚糖糖OHOOHOHOHOO

9、OHOHOHHOD-葡萄糖12-D-果糖 (蔗糖)多糖多糖v由由10個(gè)以上個(gè)以上單糖通過(guò)苷鍵連接而成的糖類單糖通過(guò)苷鍵連接而成的糖類稱做多聚糖或多糖。稱做多聚糖或多糖。v植物多糖植物多糖：淀粉、纖維素、半纖維素、樹(shù)：淀粉、纖維素、半纖維素、樹(shù)膠、粘液質(zhì)等。膠、粘液質(zhì)等。v動(dòng)物多糖動(dòng)物多糖：糖原、甲殼素、肝素、硫酸軟：糖原、甲殼素、肝素、硫酸軟骨素、透明質(zhì)酸等。骨素、透明質(zhì)酸等。二、苷的結(jié)構(gòu)與分類二、苷的結(jié)構(gòu)與分類v苷類也稱苷或配糖體，是糖或糖的衍生物苷類也稱苷或配糖體，是糖或糖的衍生物端基碳端基碳原子上的羥基原子上的羥基與另一非糖物質(zhì)（與另一非糖物質(zhì)（苷元苷元）通過(guò)糖的）通過(guò)糖的半縮醛或半縮酮

10、羥基半縮醛或半縮酮羥基與苷元脫水（與苷元脫水（苷鍵苷鍵）形成的）形成的一類化合物。一類化合物。v苷的分類：根據(jù)苷鍵上的原子（苷鍵原子）不同苷的分類：根據(jù)苷鍵上的原子（苷鍵原子）不同分為：氧苷、氮苷、硫苷、碳苷等；分為：氧苷、氮苷、硫苷、碳苷等；v根據(jù)苷鍵的構(gòu)型不同有根據(jù)苷鍵的構(gòu)型不同有-苷和苷和-苷之分，天然苷之分，天然界常見(jiàn)的多為界常見(jiàn)的多為-構(gòu)型構(gòu)型。v根據(jù)苷元結(jié)構(gòu)類型分為：黃酮苷、生物堿苷、單根據(jù)苷元結(jié)構(gòu)類型分為：黃酮苷、生物堿苷、單萜苷、二萜苷、三萜苷等；萜苷、二萜苷、三萜苷等；v根據(jù)用途分為：強(qiáng)心苷、皂苷等。根據(jù)用途分為：強(qiáng)心苷、皂苷等。 如：紅景天苷，皂苷。如：紅景天苷，皂苷。是通

11、過(guò)是通過(guò)醇羥基與醇羥基與糖端糖端基羥基脫水基羥基脫水而成的苷。而成的苷。紅景天苷紅景天苷OCH2OHOHOHHOOOH 如：蒽醌苷、香豆素苷等都屬于酚苷。如：蒽醌苷、香豆素苷等都屬于酚苷。OCH2OHOHOHHOOCH2OH 指一類指一類-羥腈的苷。羥腈的苷。 OC H2O HO HO HH OOCN CHOO HO HH OC H2O HOO HO HH OOOCN CH苦 杏 仁 酶-葡 萄 糖 4 4酯苷酯苷 苷元以羧基和糖的端基碳相連接。苷元以羧基和糖的端基碳相連接。 吲哚苷吲哚苷山慈菇苷山慈菇苷AOCH2OHOHOHHOOCH2OHCH2O OCH2OHOHOHHOSCNCH2CHC

12、H2OSO3K 巴豆苷巴豆苷 OOHOHHOH2CNNNNNH2HO OOHOHOOHOHHOOHHCH2OH第二節(jié)第二節(jié) 理化性質(zhì)理化性質(zhì)v苷類多為無(wú)形性粉末，糖基少的可為結(jié)晶性苷類多為無(wú)形性粉末，糖基少的可為結(jié)晶性固體，具有吸濕性。多數(shù)無(wú)色，一般無(wú)味。固體，具有吸濕性。多數(shù)無(wú)色，一般無(wú)味。v糖基數(shù)目多，苷元上極性基團(tuán)多則親水性大，糖基數(shù)目多，苷元上極性基團(tuán)多則親水性大，C-苷和苷和O-苷在所有溶劑中均難溶或不溶苷在所有溶劑中均難溶或不溶v苷元部分因不含糖，顯親脂性，不溶或難溶苷元部分因不含糖，顯親脂性，不溶或難溶于水于水二、旋光性二、旋光性v苷類均具有旋光性，苷類均具有旋光性，天然苷類多具

13、左旋光性，天然苷類多具左旋光性，水解后生成糖而呈右旋。水解后生成糖而呈右旋。三、糖的檢識(shí)三、糖的檢識(shí)v（一）化學(xué)鑒定（一）化學(xué)鑒定1、Molish反應(yīng)（反應(yīng)（-萘酚萘酚-濃硫酸反應(yīng)）濃硫酸反應(yīng)） 取供試液，加取供試液，加3% -萘酚乙醇溶液搖勻，沿萘酚乙醇溶液搖勻，沿管壁加濃硫酸，出現(xiàn)兩液層，液層交界面呈紫管壁加濃硫酸，出現(xiàn)兩液層，液層交界面呈紫紅色環(huán)（又稱紫環(huán)反應(yīng)）。紅色環(huán)（又稱紫環(huán)反應(yīng)）。Molisch反應(yīng)可以反應(yīng)可以鑒定鑒定單糖單糖的存在。的存在。 2、Fehling（菲林）反應(yīng)（菲林）反應(yīng) 為還原性糖的反應(yīng)，產(chǎn)生磚紅色氧化亞銅沉淀為還原性糖的反應(yīng)，產(chǎn)生磚紅色氧化亞銅沉淀 菲林試劑菲林試

14、劑：硫酸銅與酒石酸鉀鈉的堿溶液：硫酸銅與酒石酸鉀鈉的堿溶液3、Tollen（多倫）反應(yīng)（銀鏡反應(yīng)）（多倫）反應(yīng)（銀鏡反應(yīng)） 用于還原性糖的檢識(shí)，析出的銀在試管壁用于還原性糖的檢識(shí)，析出的銀在試管壁上呈光亮銀鏡上呈光亮銀鏡v多倫試劑又叫多倫試劑又叫銀氨溶液銀氨溶液，化學(xué)式為，化學(xué)式為Ag(NH3)2OH(二二)色譜鑒定色譜鑒定1、紙色譜、紙色譜 糖類極性大，適合進(jìn)行紙色譜法糖類極性大，適合進(jìn)行紙色譜法常用展開(kāi)劑：正丁醇常用展開(kāi)劑：正丁醇-乙酸乙酸-水（水（4：1：5，取上層），取上層）常用顯色劑：硝酸銀試劑，顯棕褐色斑點(diǎn)常用顯色劑：硝酸銀試劑，顯棕褐色斑點(diǎn)Rf判斷判斷單糖中，碳原子越少，單糖中，

15、碳原子越少，Rf越大越大去氧糖去氧糖酮糖酮糖醛糖醛糖2、薄層色譜、薄層色譜常用固定相：硅膠常用固定相：硅膠常用展開(kāi)劑：極性較大的溶劑，如：正丁醇常用展開(kāi)劑：極性較大的溶劑，如：正丁醇-乙酸乙酸-水（水（4：5：1，取上層），三氯甲烷，取上層），三氯甲烷-甲醇甲醇-水（水（65：35：10，取下層）取下層）常用顯色劑：硝酸銀，硫酸的水或乙醇溶液、茴香醛常用顯色劑：硝酸銀，硫酸的水或乙醇溶液、茴香醛-濃濃硫酸硫酸注意：注意： 糖的極性大，點(diǎn)樣量不宜過(guò)大糖的極性大，點(diǎn)樣量不宜過(guò)大 用用鹽溶液代替水鹽溶液代替水制備薄層，能增加糖在固定相中的溶制備薄層，能增加糖在固定相中的溶解度，同時(shí)使硅膠薄層吸附力下

16、降，使斑點(diǎn)集中。解度，同時(shí)使硅膠薄層吸附力下降，使斑點(diǎn)集中。第三節(jié)第三節(jié) 苷鍵的裂解苷鍵的裂解一、酸催化水解反應(yīng)一、酸催化水解反應(yīng) 苷鍵屬于縮醛結(jié)構(gòu)，易為苷鍵屬于縮醛結(jié)構(gòu)，易為稀酸稀酸催化水解。水解催化水解。水解反應(yīng)是苷原子先質(zhì)子化，然后斷鍵生成陽(yáng)碳離子反應(yīng)是苷原子先質(zhì)子化，然后斷鍵生成陽(yáng)碳離子或半椅型的中間體，在水中溶劑化，脫去氫離子或半椅型的中間體，在水中溶劑化，脫去氫離子成糖。成糖。 OO ROO ROHOHOOH2OH,OH H+ H+- ROH+陽(yáng)碳離子半 椅 式中間體+H2O+- H+ 常用的酸為稀鹽酸、稀硫酸、常用的酸為稀鹽酸、稀硫酸、8%-10%甲酸、甲酸、40%-50%乙酸等

17、乙酸等 酸水解反應(yīng)劇烈，水解產(chǎn)物一般為苷元和糖酸水解反應(yīng)劇烈，水解產(chǎn)物一般為苷元和糖 苷原子的堿度苷原子的堿度，即苷原子的電子云密度即苷原子的電子云密度影響水解反應(yīng)因素：影響水解反應(yīng)因素：OOROOR 因五元呋喃環(huán)的因五元呋喃環(huán)的平面性平面性使各取代基處在重疊位置，使各取代基處在重疊位置，形成水解中間體可使張力減小，故有利于水解。形成水解中間體可使張力減小，故有利于水解。 4 4、吡喃糖苷中吡喃糖苷中： 易難順序：易難順序： 2,6-2,6-二去氧糖二去氧糖 2- 2-去氧糖去氧糖 6-6-去氧糖去氧糖 2- 2-羥基糖羥基糖 2- 2-氨基糖氨基糖 （因苷元部分有供電結(jié)構(gòu)，而脂肪屬苷元無(wú)供電

18、結(jié)構(gòu)）（因苷元部分有供電結(jié)構(gòu)，而脂肪屬苷元無(wú)供電結(jié)構(gòu)）7、苷元大小的影響苷元大小的影響 OOCH3OHOCH3OOOOv兩相酸水解法：兩相酸水解法： 向待水解液中加入與之不相混溶的有機(jī)溶劑，向待水解液中加入與之不相混溶的有機(jī)溶劑，使使 苷元生成后馬上轉(zhuǎn)溶于有機(jī)溶劑中，苷元生成后馬上轉(zhuǎn)溶于有機(jī)溶劑中，避免避免與酸的接觸時(shí)間過(guò)長(zhǎng)與酸的接觸時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，從而獲得真正的苷元。，從而獲得真正的苷元。二、堿水解法二、堿水解法 苷鍵為縮醛型醚鍵，理當(dāng)對(duì)堿穩(wěn)定，不易發(fā)生堿苷鍵為縮醛型醚鍵，理當(dāng)對(duì)堿穩(wěn)定，不易發(fā)生堿水解，但若苷元為酯苷、酚苷、烯醇苷和水解，但若苷元為酯苷、酚苷、烯醇苷和位有吸位有吸電子取代基時(shí)（苷鍵

19、便具有一定的電子取代基時(shí)（苷鍵便具有一定的酯酯的性質(zhì)），的性質(zhì)）， 能能被堿催化水解。如：被堿催化水解。如：OOOOHCH OH2OHHOOHOH-+Glc. 四、氧化裂解法（四、氧化裂解法（Smith降解法）降解法）v可得到原苷元可得到原苷元v（除酶解外，其它方法可能得到的是次級(jí)苷元）（除酶解外，其它方法可能得到的是次級(jí)苷元）v試劑：過(guò)碘酸試劑：過(guò)碘酸(HIO4)、四氫硼鈉、四氫硼鈉(NaBH4)、稀酸、稀酸v反應(yīng)過(guò)程：反應(yīng)過(guò)程： OO ROO RO H CO H CH O H2CC H2O HOO RR O HC H2O HC H OC H2O HH O H2CO H+IO4-B H4-H

20、+氧 化還 原水 解苷二 元 醛二 元 醇苷 元人參、柴胡、遠(yuǎn)志等的皂苷，用人參、柴胡、遠(yuǎn)志等的皂苷，用Smith降解法獲降解法獲得了真正的苷元得了真正的苷元 第五節(jié)第五節(jié) 苷的提取分離苷的提取分離 自植物中提取糖和苷類，一般都是利用自植物中提取糖和苷類，一般都是利用水或醇水或醇進(jìn)行抽提。進(jìn)行抽提。 一、提取一、提取 天然藥物中常見(jiàn)多糖的提取天然藥物中常見(jiàn)多糖的提取 多糖按其在生物體內(nèi)的功能可分為兩類多糖按其在生物體內(nèi)的功能可分為兩類; 一類是起一類是起支持作用支持作用的，該類成分一般不溶于的，該類成分一般不溶于水，分子呈直鏈型，如植物中的纖維素，甲水，分子呈直鏈型，如植物中的纖維素，甲殼類動(dòng)物的甲殼素等，它們?cè)谔崛∵^(guò)程中不殼類動(dòng)物的甲殼素等，它們?cè)谔崛∵^(guò)程中不必特殊處理。必特殊處理。 另一類是動(dòng)植物的另一類是動(dòng)植物的貯存養(yǎng)料貯存養(yǎng)料，該類成分可溶，該類成分可溶于熱水呈膠體溶液。如淀粉、果膠、樹(shù)膠、于熱水呈膠體溶液。如淀粉、果膠、樹(shù)膠、黏液質(zhì)等。黏液質(zhì)等。 水溶性多糖的一般提取流程水溶性多糖的一般提取流程:天然藥物粗粉天然藥物粗粉乙醇溶液乙醇溶