糖種類和構(gòu)型的確定-2013沈陽藥科大學(xué)

1、1 單糖及其構(gòu)型的鑒定單糖及其構(gòu)型的鑒定 單糖的絕對構(gòu)型和相對構(gòu)型單糖的絕對構(gòu)型和相對構(gòu)型 單糖結(jié)構(gòu)的表示方法單糖結(jié)構(gòu)的表示方法單糖及其構(gòu)型的確定單糖及其構(gòu)型的確定2以以D-葡萄糖（葡萄糖（D-glucose）為例：）為例：CHOOHHHHOOHHOHHCH2OHFischer投影式投影式OHHHHOOHHHCH2OHHOHOOCH2OHOHHHOHOHHHOHHaworth式式OHaworth簡式簡式O優(yōu)勢構(gòu)優(yōu)勢構(gòu)象式象式一、單糖結(jié)構(gòu)的表示方法一、單糖結(jié)構(gòu)的表示方法3CHOOHHCH2OHCHOCH2OHHOHC1、糖鏈碳原子投影在一條上下排列的直線上；、糖鏈碳原子投影在一條上下排列的直線上

2、；CHOOHHCH2OH甘 油 醛甘 油 醛2、氧化度高的基團(tuán)要排列在上端；、氧化度高的基團(tuán)要排列在上端；3、取代基基團(tuán)排列在左右兩側(cè)；、取代基基團(tuán)排列在左右兩側(cè)；4、橫、豎兩條直線的交叉點(diǎn)代表手性碳原子；、橫、豎兩條直線的交叉點(diǎn)代表手性碳原子；5、排在橫線上的基團(tuán)，表示其在平面的上方、排在橫線上的基團(tuán)，表示其在平面的上方6、排在豎線上的基團(tuán)，表示其在平面的下方、排在豎線上的基團(tuán)，表示其在平面的下方 1. 單糖的單糖的Fischer式式4 單糖在水溶液中形成半縮醛環(huán)狀結(jié)構(gòu)，即成呋喃糖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。和吡喃糖。 五元氧環(huán)稱呋喃型糖五元氧環(huán)稱呋喃型糖六元氧環(huán)稱

3、吡喃型糖六元氧環(huán)稱吡喃型糖OOHOHOHCH2OHOHOOHOHOHOHOH 2. 單糖的單糖的Haworth式式5CHOCOHCHHOCOHHCCH2OHOHHHCHOCOHCHHOCOHHCCH2OHOHHHHOHHOHCH2OH456HOH2CHOH456OHCOHCHHOCOHHCHHOH2CHCHOCOHCHHOCOHHCOHHHOH2CHCHOOOHOHOHOHCH2OHHFischer投影式與投影式與Haworth 式的轉(zhuǎn)化式的轉(zhuǎn)化 以以D-葡萄糖（葡萄糖（D-glucose)為例為例:6OOOOOO4C11C41,4BB1,42CO5H441414141245 呋喃型糖呋喃型糖

4、:五元氧環(huán)五元氧環(huán),信封式信封式 吡喃型糖吡喃型糖:椅式構(gòu)象為優(yōu)勢構(gòu)象椅式構(gòu)象為優(yōu)勢構(gòu)象(C1, 1C式式) 3. 單糖的構(gòu)象式單糖的構(gòu)象式71. 絕對構(gòu)型（絕對構(gòu)型（D / L 構(gòu)型法）：構(gòu)型法）：CHOOHHCH2OHCHOHHOCH2OHdexterlaevus甘油醛甘油醛甘油醛甘油醛D-L-最早是用來標(biāo)記甘油醛的立體結(jié)構(gòu)最早是用來標(biāo)記甘油醛的立體結(jié)構(gòu)二、二、單糖的絕對構(gòu)型和相對構(gòu)型單糖的絕對構(gòu)型和相對構(gòu)型8CHOOHHCH2OHCHOHHOCH2OH甘油醛甘油醛D-甘油醛甘油醛L-Fischer投影式投影式 :最后一個(gè)手性中最后一個(gè)手性中心上的心上的OH：在右側(cè)為在右側(cè)為D型糖型糖,

5、在左在左側(cè)為側(cè)為L型糖型糖。D-CHOOHHOOHOHCH2OHHHL-9糖的糖的C1位形成差向異構(gòu)體位形成差向異構(gòu)體 C1-OH與最后一個(gè)手性中心上的與最后一個(gè)手性中心上的OH在同側(cè)為在同側(cè)為 構(gòu)型構(gòu)型, 在異側(cè)為在異側(cè)為 構(gòu)型；構(gòu)型；+2. 相對構(gòu)型（相對構(gòu)型（ ，構(gòu)型構(gòu)型）103. 絕對構(gòu)型與相對構(gòu)型的關(guān)系絕對構(gòu)型與相對構(gòu)型的關(guān)系D/L / 末端手性碳上羥基末端手性碳上羥基 末端手性碳上末端手性碳上羥基與羥基與端基碳端基碳上羥基的相對上羥基的相對關(guān)系關(guān)系絕對構(gòu)型絕對構(gòu)型相對構(gòu)型相對構(gòu)型描述的位置：描述的位置：描述的方式：描述的方式：兩種方法：兩種方法：11葡萄糖葡萄糖L-吡喃吡喃-六元環(huán)

6、形成氧環(huán)的大小：形成氧環(huán)的大?。?五元五元-呋喃，六元吡喃呋喃，六元吡喃末端手性碳取代羥基取向：末端手性碳取代羥基取向： 左左-L型，右型，右-D型型端基碳上羥基的相對位置：端基碳上羥基的相對位置： 與末端手性碳與末端手性碳-OH 同側(cè)同側(cè)- - 異側(cè)異側(cè)- -CCH2OHHOOHHOOOHH121) 五碳醛糖和六碳酮糖構(gòu)成的吡喃糖五碳醛糖和六碳酮糖構(gòu)成的吡喃糖：在二者吡喃型在二者吡喃型Haworth式，因原結(jié)構(gòu)中式，因原結(jié)構(gòu)中C4和和C5-OH不參與成環(huán)，故可直接根據(jù)其位置判斷構(gòu)型。不參與成環(huán)，故可直接根據(jù)其位置判斷構(gòu)型。五碳糖五碳糖的的C4或或六碳酮糖六碳酮糖的的C5-OH處于環(huán)上者為處于

7、環(huán)上者為L構(gòu)構(gòu)型；環(huán)下者為型；環(huán)下者為D構(gòu)型。構(gòu)型。 C1-OH與與C4 或或C5-OH處于處于同側(cè)同側(cè)為為 ，異側(cè)異側(cè)為為。OORRCH2OHOCH2OHCHOCH2OH45(2) Haworth式中，構(gòu)型的判定：式中，構(gòu)型的判定：13(2) Haworth式中，構(gòu)型的判定：式中，構(gòu)型的判定：2)五碳呋喃碳、六碳醛糖或甲基五碳醛糖構(gòu)成的吡喃五碳呋喃碳、六碳醛糖或甲基五碳醛糖構(gòu)成的吡喃糖：糖：C4（C5）上的取代基：向）上的取代基：向上上為為D型，向型，向下下為為L型。型。OOHCH2OHHD- L-D- L-C1-OH與與C4（C5）上取代基之間的關(guān)系：上取代基之間的關(guān)系： 同側(cè)同側(cè)為為，異

8、側(cè)異側(cè)為為。14(2) Haworth式中，構(gòu)型的判定：式中，構(gòu)型的判定： 3) 六碳醛糖或甲基五碳糖構(gòu)成的呋喃糖：六碳醛糖或甲基五碳糖構(gòu)成的呋喃糖： 因因C5、C6部分成為環(huán)外側(cè)鏈，由于對于部分成為環(huán)外側(cè)鏈，由于對于5位羥基的位羥基的寫法并無約定俗成的規(guī)定，因此，寫法并無約定俗成的規(guī)定，因此，無法通過無法通過Haworth式判斷它們的絕對構(gòu)型及相對構(gòu)型。式判斷它們的絕對構(gòu)型及相對構(gòu)型。OOHHOHOHOHOH15CHOOHHHHOOHHOHHCH2OHD-glucoseCHOHHOOHHHHOHHOCH2OHL-glucoseD型糖型糖L型糖型糖RSRRSSRS 以以DL-葡葡萄萄糖糖為為例

9、例總總結(jié)：結(jié)：OOHOHOHOHOHCH2OH -D -D -LOOHOHOHOHOHCH2OH -L-D-DOHOHOOHOHOHOH -L -LOHOH2CHOHOOHOHOH16171.化學(xué)位移化學(xué)位移： 糖端基質(zhì)子：糖端基質(zhì)子： 4.3-6.0 C6-CH3（鼠李糖）（鼠李糖）: 1.0(3H,d,J=6Hz), 其它碳上質(zhì)子其它碳上質(zhì)子: 3.2-4.22.偶合常數(shù)偶合常數(shù): J1,2判斷苷鍵構(gòu)型判斷苷鍵構(gòu)型 吡喃型糖吡喃型糖C1式式(1C式式) 苷鍵為苷鍵為 -D ( -L型型), 當(dāng)當(dāng)端基質(zhì)子端基質(zhì)子和和C2-H為豎鍵為豎鍵, J=6-8Hz; 苷鍵為苷鍵為 -D( -L)型型,

10、 端基質(zhì)子為橫鍵端基質(zhì)子為橫鍵, J=2-4Hz. 三、糖的波譜特征三、糖的波譜特征18OORHHOHOORHHOH18060。-D-glucose-D-glucoseC1-HC2-H近180 （ 雙面角）J=68 Hz。C1-HC2-H近60（ 雙面角）J=34 Hz。D-葡萄糖葡萄糖可通過可通過J J值來判定端基碳構(gòu)型值來判定端基碳構(gòu)型19無法通過無法通過J值來判定值來判定C1-HC2-H都約為60o (雙面角）-L-鼠李糖 -L-鼠李糖 20所以無法通過所以無法通過J值來判斷構(gòu)型值來判斷構(gòu)型 呋喃型糖偶合常數(shù)變化不大呋喃型糖偶合常數(shù)變化不大, ,不能用端基質(zhì)子不能用端基質(zhì)子偶合常數(shù)判斷苷

11、鍵構(gòu)型偶合常數(shù)判斷苷鍵構(gòu)型 -D-甘露糖 -D-甘露糖C1-HC2-H都約為60o (雙面角）21偶合常數(shù)偶合常數(shù)1JC1-H1:吡喃糖吡喃糖:(優(yōu)勢構(gòu)象優(yōu)勢構(gòu)象1C 或或C1式式) 端基氫處于平伏鍵，端基氫處于平伏鍵， 160-170Hz，多為，多為 -型苷鍵型苷鍵;端基氫處于直立鍵，端基氫處于直立鍵， 150-160Hz，多為，多為 -型苷鍵。型苷鍵。上述規(guī)律可用于優(yōu)勢構(gòu)象為上述規(guī)律可用于優(yōu)勢構(gòu)象為C1或或1C式糖苷鍵構(gòu)型的判定。式糖苷鍵構(gòu)型的判定。鼠李糖鼠李糖優(yōu)勢構(gòu)象優(yōu)勢構(gòu)象1C式式, -L型型, 160-170Hz, -L型型150-160Hz；甘；甘露糖優(yōu)勢構(gòu)象露糖優(yōu)勢構(gòu)象C1式式,

12、 -D型型, 160-170Hz, -D型型, 150-160Hz。-L-鼠李糖苷鼠李糖苷-D-甘露糖苷甘露糖苷22 1. 化學(xué)位移及化學(xué)位移及偶合常數(shù)偶合常數(shù) 端基碳：端基碳： 95-105; CH-OH (C2、C3、C4) 7085 CH2-OH (C6) 62 左右左右 CH3 20232.苷化位移苷化位移(Glycosylation shift, GS) 定義定義：糖與苷元成苷后：糖與苷元成苷后, 苷元的苷元的 -C, -C和糖的和糖的端基碳的化學(xué)位移值發(fā)生了變化端基碳的化學(xué)位移值發(fā)生了變化, 這種變化稱這種變化稱苷化位移苷化位移. 應(yīng)用應(yīng)用: 推測糖與苷元推測糖與苷元,糖與糖的連接

13、位置糖與糖的連接位置, 苷元苷元被苷化碳的絕對構(gòu)型及碳?xì)湫盘枤w屬被苷化碳的絕對構(gòu)型及碳?xì)湫盘枤w屬.OOCH2CH2R+5.06.5 -3.55.024苷元為環(huán)醇，若苷元為環(huán)醇，若-C無烷基取代，與鏈狀仲醇的苷無烷基取代，與鏈狀仲醇的苷化位移規(guī)律一致；有烷基取代，苷化位移與苷元化位移規(guī)律一致；有烷基取代，苷化位移與苷元位及糖的端基碳手性有關(guān)。位及糖的端基碳手性有關(guān)。苷元位及糖的端基碳構(gòu)型相同，-C向低場位移約6ppm，糖端基碳向低場位移4ppm左右。苷元位及糖的端基碳構(gòu)型不同， -C向低場位移約10ppm，糖端基碳向低場位移7ppm左右。25TLCHPLCGC單糖的鑒定方法單糖的鑒定方法26標(biāo)準(zhǔn)

14、糖糖腈乙酸酯衍生物的制備標(biāo)準(zhǔn)糖糖腈乙酸酯衍生物的制備(1) 反應(yīng)原理反應(yīng)原理 單糖和鹽酸羥胺在吡啶中經(jīng)加熱后，反應(yīng)生成糖肟，糖肟與乙酸酐在加熱條件下，繼續(xù)反應(yīng)生成具有揮發(fā)性的糖腈乙酸酯衍生物。反應(yīng)式如下：（用于確定糖的種類）（用于確定糖的種類） 27(2) 實(shí)驗(yàn)方法實(shí)驗(yàn)方法 1 mg標(biāo)準(zhǔn)糖與5 mg鹽酸羥胺均勻混合，加入0.4 ml的吡啶，90恒溫水浴加熱1小時(shí)，生成糖醇。反應(yīng)物冷卻至室溫后，加入0.6 ml乙酸酐，90水浴加熱1小時(shí)，即生成糖腈乙酸酯衍生物溶液，所得樣品即可用GC分析。282. GC實(shí)驗(yàn)條件實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)樣器溫度：270進(jìn) 樣 量：1.0L分 流 比：10：1載 氣：氦氣柱 流

15、速：1.0ml/min色 譜 柱：DM-5（30mm），內(nèi)徑0.25mm，膜厚0.25m柱 溫：160(2/min) 195(10/min,6min) 230(5min) 檢 測 器：FID 280(氮?dú)怏w積流量： 30 ml/min，氫氣體積流量：40 ml/min空氣體積流量： 3400ml/min）293. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)驗(yàn)結(jié)果對標(biāo)準(zhǔn)糖D-半乳糖進(jìn)行了檢測，得到結(jié)果如下：測試化合物測試化合物D-半乳糖標(biāo)準(zhǔn)品半乳糖標(biāo)準(zhǔn)品30（確定糖的種類及絕對構(gòu)型）反應(yīng)原理 單糖和L-半胱氨酸甲酯鹽酸鹽在吡啶中加熱反應(yīng)生成2-（多羥基烴)-噻唑-4-羧酸甲酯，與三甲基硅烷咪唑在加熱的條件下，繼續(xù)反應(yīng)生成相應(yīng)的

16、具有揮發(fā)性的三甲基硅醚化衍生物。Duan and Qiu* et al. J. Nat. Prod. 2009, 72, 實(shí)驗(yàn)方法1mg 標(biāo)準(zhǔn)單糖加入1 mL 無水吡啶和2 mg L-半胱氨酸甲酯鹽酸鹽，混合均勻，60加熱2 h, 反應(yīng)產(chǎn)物吹干，干燥，加入0.2 mL三甲基硅烷咪唑， 60加熱2 h后，將反應(yīng)液轉(zhuǎn)移至2 mL 水中，用等體積環(huán)己烷萃取三次，合并萃取液濃縮，制成單糖的糖噻唑三甲基硅醚衍生物，取0.5mL 環(huán)己烷溶解，即可用于氣相分析。323. GC實(shí)驗(yàn)條件實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)樣器溫度：270進(jìn) 樣 量：1.0L分 流 比：10：1載 氣：氦氣柱 流 速：1.0ml

17、/min色 譜 柱：HP-5（30mm），內(nèi)徑0.32mm，膜厚0.25m柱 溫：160(4/min) 200(keep5min,10/min) 240(keep10min) 檢 測 器：FID 280(氮?dú)怏w積流量： 30 ml/min)氫氣體積流量：40 ml/min空氣體積流量： 3400ml/min）3334 由于芹糖是支鏈碳糖，在形成呋喃環(huán)的過程中，3位會成為不對稱的碳原子，因此會形成以下四種形式的異構(gòu)體：HCHOOHOHHOH2CCH2OH-D-erythro-OHOCH2OHOHOH-D-erythro- -L-threo-OHOOHCH2OHOH -L-threo-（三）芹糖構(gòu)

18、型的確定（三）芹糖構(gòu)型的確定35 日本學(xué)者Tadashi等人研究以上四種形式的呋喃糖甲苷的氫核磁共振性質(zhì)，其中端基氫化學(xué)位移和偶合常數(shù)及端基碳化學(xué)位移如下所示：-D-erythro-OHOCH2OHOHOCH3-D-erythro- -L-threo-OHOOHCH2OHOCH3 -L-threo-1234NO.HC12345.01(4.9Hz)4.99(3.7Hz)5.20(4.3Hz)4.97(1.2Hz)103.9110.2105.4111.236 從芹菜中分離的得到含芹糖的化合物A，其端基氫信號位于5.35(1H,brs)，碳信號位于108.2，可以確定芹糖為-D-赤式或者-L-蘇式中的一種，此時(shí)通過NOE效應(yīng)來確定。5.35 (1H,br s)108.