大學(xué)課件-天然藥物化學(xué)

天然藥物化學(xué)主要參考書目：

1、肖崇厚等.中藥化學(xué).上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，19972、徐任生等.天然產(chǎn)物化學(xué).北京：科學(xué)出版社，20043、姚新生等.有機(jī)化合物波譜解析.北京：中國醫(yī)藥科技出版社，19974、于德泉,楊峻山.分析化學(xué)手冊.第七分冊：核磁共振波譜分析北京：化學(xué)工業(yè)出版社，19995、藥典第一章

總論第二章

糖和苷第三章

苯丙素類第四章

醌類化合物第五章

黃酮類化合物第六章

萜類和揮發(fā)油第七章

三萜及其苷類第八章

甾體及其苷類第九章

生物堿第一章總論

一、緒論三、提取分離方法四、結(jié)構(gòu)研究法二、生物合成第一章總論

天然藥物化學(xué)：藥物化學(xué)的一門分支學(xué)科，是運(yùn)用現(xiàn)代科學(xué)理論與方法研究天然藥物中化學(xué)成分的一門科學(xué)；研究內(nèi)容包括自天然藥物中所分離得到的各類型化學(xué)成分的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、物理化學(xué)性質(zhì)、提取分離方法、結(jié)構(gòu)鑒定、生物合成途徑等。

天然藥物來源:植物（為主）、動物、礦物、微生物；中草藥與中醫(yī)一起構(gòu)成中華民族文化的瑰寶。

物質(zhì)基礎(chǔ)：有效成分（生理活性成分或藥效成分）、無效成分或雜質(zhì)。

第一節(jié)緒論

概念有效成分——能用分子式表示，有一定的物理常數(shù)，從化學(xué)結(jié)構(gòu)上看為單體，臨床上有效的成分，如甘草中的甘草酸。有效部位——為混合成分，，可能是一類或幾類成分組成，在臨床上共同發(fā)揮藥效，如人參中的人參總皂苷。生理活性成分——經(jīng)過不同程度藥效試驗(yàn)或生理活性試驗(yàn)，包括體內(nèi)及體外試驗(yàn)，證明對機(jī)體具有一定生理活性的成分。但是，它們并不一定是真正代表天然藥物臨床療效的有效成分。無效成分

天然藥物中分離有機(jī)化學(xué)成分國外：1769年舍勒酒石酸國內(nèi)：沒食子酸明代《醫(yī)學(xué)入門》五倍子發(fā)酵法

《本草綱目》“生白”“長霜”

樟腦

《集驗(yàn)方》《本草綱目》升華法

醫(yī)藥化學(xué)源于中國

由于現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)進(jìn)步，特別是將波譜解析方法（NMR、MS、IR、UV、X－晶體衍射）用于推導(dǎo)化合物的結(jié)構(gòu)，以及分離手段的進(jìn)步，天然藥化的發(fā)展速度大為加快，所發(fā)現(xiàn)的新化合物數(shù)目大為增加，微量成分、水溶性成分的分離、提純，穩(wěn)定性差的活性物資的分離等也不再是難題。

天然藥物化學(xué)本身也已不再是原先簡單的分離提取、結(jié)構(gòu)鑒定，而是逐步發(fā)展成生物活性指導(dǎo)下的分離提取、結(jié)構(gòu)鑒定，及半合成修飾和全合成緊密結(jié)合的一門學(xué)科。

第二節(jié)生物合成

一、一次代謝與二次代謝一次代謝過程：維持植物生命活動不可缺少的，幾乎存在于所有的綠色植物中。光合作用糖ATP、NADPH、丙酮酸（有機(jī)酸、氨基酸）、PEP、E.4.P、核糖（核酸）。一次代謝產(chǎn)物：對植物機(jī)體生命活動來說不可缺少的物質(zhì)。糖、蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、核酸等二次代謝過程：在特定的條件下，一些重要的一次代謝產(chǎn)物作為原料或前體，如乙酰輔酶A、丙二酸單酰輔酶A、莽草酸及一些氨基酸，又進(jìn)一步經(jīng)歷不同的代謝過程，生成如生物堿、萜類等化合物。非所有植物都能發(fā)生，對維持植物生命活動來說不起重要作用。二次代謝產(chǎn)物：結(jié)構(gòu)富于變化，大多具有明顯的生理活性。天然藥物化學(xué)的主要研究對象。

二、生物合成假說的提出設(shè)想：天然化合物結(jié)構(gòu)之間的聯(lián)系，它們與重要的一次代謝產(chǎn)物之間的關(guān)系。意義：有利于結(jié)構(gòu)分類，推測化合物結(jié)構(gòu)，植物分類學(xué)研究，尋找新的天然藥物資源，仿生合成。如：萜類中不斷重復(fù)出現(xiàn)的C5單位骨架（異戊二烯法則），意味著它們具有某種共同的生物合成途徑。首先學(xué)會在天然化合物中發(fā)現(xiàn)隱藏著的一次代謝產(chǎn)物，從而推測它們的生物合成途徑及來源。

組成天然化合物的基本單位類型（1）C2單位（醋酸單位）：如脂肪酸、酚類、苯醌等聚酮類化合物。（2）C5單位（異戊烯單位）：如萜類、甾類等化合物。（3）C6單位：如香豆素、木脂素等苯丙素類化合物。（4）氨基酸單位：如生物堿類化合物。（5）復(fù)合單位：由上述單位復(fù)合構(gòu)成。

三、主要的生物合成途徑（一）醋酸-丙二酸途徑（acetate-malonatepathway,AA-MA途徑）（1）脂肪酸類（2）酚類（3）蒽酮類

（1）脂肪酸類碳鏈為偶數(shù)：乙酰輔酶A；丙二酸單酰輔酶A；縮合和還原反應(yīng)碳鏈為奇數(shù)：丙酰輔酶A；丙二酸單酰輔酶A；縮合和還原反應(yīng)支鏈脂肪酸：異丁酰輔酶A、α-甲基丁酰輔酶A、甲基丙二酸單酰輔酶A；丙二酸單酰輔酶A；縮合和還原反應(yīng)不飽和脂肪酸：先經(jīng)生物學(xué)氧化為羥基衍生物，再經(jīng)脫水后生成（2）酚類乙酰輔酶A丙二酸單酰輔酶A縮合反應(yīng)，聚酮類中間體經(jīng)不同途徑環(huán)合特點(diǎn)：芳環(huán)上的含氧取代基（-OH、

-OCH3）多互為間位（3）蒽酮類聚酮類化合物根據(jù)分子結(jié)構(gòu)中醋酸單位的數(shù)目：聚戊酮類聚己酮類聚庚酮類（二）甲戊二羥酸途徑

（mevalonicacidpathway,MVA途徑）乙酰輔酶A甲戊二羥酸（MVA）焦磷酸異戊烯酯（IPP）、焦磷酸二甲烯丙酯（DAPP）對應(yīng)的焦磷酸酯單萜，倍半萜，二萜乙酰輔酶A甲戊二羥酸（MVA）焦磷酸異戊烯酯（IPP）、焦磷酸二甲烯丙酯（DAPP）對應(yīng)的焦磷酸酯倍半萜反式角鯊烯三萜，甾類（三）桂皮酸途徑（cinnamicacidathway）

及莽草酸途徑（shikimicacidpathway）

苯丙氨酸脫氨酶苯丙氨酸桂皮酸C6-C3骨架化合物（苯丙素類，香豆素類，木脂體類，黃酮類）

環(huán)化、氧化、還原

C6-C2、C6-C1、C6苯丙素類二氫黃酮類

β-位聚合木質(zhì)素類（四）氨基酸途徑氨基酸（鳥氨酸、賴氨酸；苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸）胺類生物堿類

（五）復(fù)合途徑（1）醋酸-丙二酸——莽草酸途徑（2）醋酸-丙二酸——甲羥戊酸途徑（3）氨基酸——甲羥戊酸途徑（4）氨基酸——醋酸-丙二酸途徑（5）氨基酸——莽草酸途徑

提取前：

1、明確目標(biāo)，進(jìn)行文獻(xiàn)、綜述的檢索

2、對提取分離目標(biāo)——藥材，進(jìn)行鑒定（學(xué)名、產(chǎn)地、藥用部位、采集時間等）

3、天然藥物化學(xué)成分的預(yù)試驗(yàn)

4、預(yù)處理：藥材進(jìn)行干燥，適當(dāng)粉碎第三節(jié)提取分離的方法一、中草藥有效成分的提取

提?。褐赣眠x擇的溶劑或適當(dāng)?shù)姆椒?，將所要的成分溶解出來并同中藥組織脫離的過程。（一）溶劑提取法

1、提取原理：根據(jù)中藥化學(xué)成分與溶劑間“極性相似相溶”的原理，依據(jù)各類成分溶解度的差異，選擇對所提成分溶解度大、對雜質(zhì)溶解度小的溶劑，依據(jù)“濃度差”原理，將所提成分從藥材中溶解出來的方法。2、溶劑的選擇（1）溶劑按極性可分為三類，即水；親水性有機(jī)溶劑；親脂性有機(jī)溶劑。極性大?。核?酸水、堿水)＞甲醇(MeOH)乙醇(EtOH)＞丙酮（Me2CO）＞正丁醇(n-BuOH)＞乙酸乙酯(EtOAc)＞乙醚(Et2O)＞氯仿(CHCl3)

＞二氯化碳(CH2Cl2)＞苯（C6H6)＞四氯化碳(CCl4)＞正己烷≈石油醚(Pet.)這三類溶劑間互溶情況：水和親水性有機(jī)溶劑可互溶，水和親脂性有機(jī)溶劑間不互溶，有機(jī)溶劑間除甲醇和石油醚不互溶外，其它均互溶。（2）提取溶劑的選擇原則：1）要對所提取成分溶解度大；對雜質(zhì)溶解度小。2）要與所提取成分不起意外的化學(xué)變化。3）要廉價、易得、安全。（3）各類溶劑特點(diǎn)水：為極性最大的溶劑，也最常用?？扇芙廛疹?、生物堿鹽、糖類、蛋白質(zhì)、氨基酸、鞣質(zhì)、小分子有機(jī)酸、有機(jī)酸鹽、親水性色素、無機(jī)鹽。其中蛋白質(zhì)不溶于熱水。缺點(diǎn)：用水提取易酶解苷類成分，且易霉壞變質(zhì)。某些含果膠、粘液質(zhì)類成分的中草藥，其水提取液常常很難過濾。沸水提取時，中草藥中的淀粉可被糊化，而增加過濾的困難。故含淀粉量多的中草藥，不宜磨成細(xì)粉后加水煎煮。

親水性的有機(jī)溶劑：以乙醇最常用。乙醇的溶解性能比較好。親水性的成分除蛋白質(zhì)、粘液質(zhì)、果膠、淀粉和部分多糖等外，大多能在乙醇中溶解。優(yōu)點(diǎn)：應(yīng)用范圍廣，易過濾，不霉變，易濃縮回收。缺點(diǎn)：價高、不安全，需回流設(shè)備。親脂性的有機(jī)溶劑：這些溶劑的選擇性能強(qiáng)，用于親脂性成分的提取，如游離生物堿、苷元、揮發(fā)油等。優(yōu)點(diǎn)：提取專屬性強(qiáng)，易回收濃縮。缺點(diǎn)：價高、易燃、有毒，穿透性差；對設(shè)備要求高。

3、提取方法：（1）浸漬法：也叫冷浸法。將藥材粗粉以適當(dāng)溶劑在常溫下浸泡。多以水類或稀醇為溶劑。適于成分遇熱易破壞或含多糖較多的中藥的提取。缺點(diǎn)為浸出效果較差，水提取液易發(fā)霉，提取液體積大，浸出時間長。（2）滲漉法：是浸漬法的改進(jìn)，將中藥粗粉裝于滲漉筒中，不斷添加溶劑滲過藥粉，從滲漉筒下端不斷流出滲漉液。各類溶劑均可。此法由于溶液濃度差大，浸出效果好，提取效率高于浸漬法。但缺點(diǎn)為溶液體積大，時間長。（3）煎煮法：為中藥水提取最常用的方法。將中藥粗粉用水加熱煮沸，保持一定時間，成分即可浸出。煎煮法必須以水為溶劑。此法提取效率高，但遇熱破壞成分要注意。且含多糖多的成分過濾困難。（4）回流法：用于以有機(jī)溶劑加熱提取成分。優(yōu)點(diǎn)為提取效率高，但受熱易破壞成分不宜用此法。缺點(diǎn)為溶劑消耗量大，需回流設(shè)備，需幾次提取方可提取完全。（5）連續(xù)回流法：是回流法的發(fā)展，以索氏提取器（亦稱脂肪抽出器）回流提取?？朔嘶亓鞣ㄈ軇┬枰看蟆⑿鑾状翁崛〉娜秉c(diǎn)。缺點(diǎn)為提取時間長，受熱破壞成分不能用此法。

影響提取效率的因素：

1藥材粉碎度：藥粉越細(xì)、表面積越大，提取效率越高。但太細(xì)，藥粉對成分的吸附也越強(qiáng)。因此水提取宜用粗粉；用有機(jī)溶劑可細(xì)些，以20目為好。

2提取溫度：一般熱提效率高，但要考慮有些成分溫度高易破壞，應(yīng)選擇適宜溫度。

3

提取時間：一般提取時間長提出量大。但被提成分在細(xì)胞內(nèi)外溶解一旦平衡，時間長即無意義。

（二）水蒸汽蒸餾法：適于具有揮發(fā)性、可隨水蒸汽蒸餾、不被破壞、難溶于水的成分。中藥中主要用于揮發(fā)油、某些揮發(fā)性生物堿、少數(shù)揮發(fā)性蒽醌苷元、香豆素苷元的提取。水蒸氣蒸餾提取的裝置有兩種，一是水蒸汽蒸餾裝置，二是共水蒸餾裝置。（三）升華法：中藥中的某些固體成分在受熱低于其熔點(diǎn)的溫度下，不經(jīng)液態(tài)直接成為氣態(tài)，經(jīng)冷卻后又成為固態(tài)，從而與中藥組織分離這種性質(zhì)稱為升華，這種提取方法稱為升華法。中藥成分有少量具有升華性，如游離羥基蒽醌類成分，一些小分子香豆素類，有機(jī)酸類成分等。

（四）超臨界提取法（SFE）

特點(diǎn)：與經(jīng)典溶劑提取法比較，不用有機(jī)溶劑，而是選用一種稱為超臨界流體（SF）的物質(zhì)替代有機(jī)溶劑提取。優(yōu)點(diǎn)：1）可在低溫下提取，“熱敏性”成分尤其適用。2）無溶劑殘留，對作為制劑的中藥提取物的提取是一大優(yōu)勢。3）提取與蒸餾合為一體，無需回收溶劑。4）具選擇性分離。超臨界狀態(tài)是指當(dāng)一種物質(zhì)處于臨界溫度和臨界壓力以上的狀態(tài)下，形成既非液體又非氣體的單一狀態(tài)，稱為“SF”。此時其流體密度近似液體、黏度近似氣體，其擴(kuò)散力比液體大增，介電常數(shù)也隨壓力增加而增加。其浸透性優(yōu)于液體，因而比液體有更佳的溶解力，有利于溶質(zhì)的萃取，特別是性質(zhì)不穩(wěn)定、易熱分解的物質(zhì)的提取。

常見的SF有二氧化碳、一氧化亞氮等。其中最常用的為二氧化碳。二氧化碳的特點(diǎn)：臨界溫度接近室溫（Tc=31.3℃），臨界壓力也較低（Pc=7.37Mpa），無色、無毒、無味，不易燃，化學(xué)惰性，廉價，易制成高純度氣體。故在SFE中最常用。

二氧化碳-超臨界流體的溶解能力規(guī)律：在超臨界狀態(tài)下，CO2對不同溶質(zhì)的溶解能力差別很大。其取決于溶質(zhì)的極性、沸點(diǎn)、分子量。

(1)對親脂性、低沸點(diǎn)成分溶解能力強(qiáng)，如揮發(fā)油、烴類、醚類、酯類等。

(2)成分極性基團(tuán)（如OH、COOH）越多，越難提取。如糖類、氨基酸的萃取壓力要4×104Pa以上。

(3)成分分子量越大，越難提取。

二、中草藥有效成分的分離與精制（1）根據(jù)物質(zhì)溶解度差別進(jìn)行分離（2）根據(jù)物質(zhì)在兩相溶劑中的分配比不同進(jìn)行分離（3）根據(jù)物質(zhì)的吸附性差別進(jìn)行分離（4）根據(jù)物質(zhì)分子大小差別進(jìn)行分離（5）根據(jù)物質(zhì)離解程度不同進(jìn)行分離（1）根據(jù)物質(zhì)溶解度差別進(jìn)行分離a.溫度不同，溶解度改變結(jié)晶，重結(jié)晶b.改變混合溶劑的極性

水/醇法；醇/水法；醇/醚或丙酮法c.調(diào)節(jié)溶液pH值，改變分子的存在狀態(tài)

酸/堿法；堿/酸法；等電點(diǎn)沉淀法d.沉淀法

酸性或堿性化合物（2）根據(jù)物質(zhì)在兩相溶劑中的分配比不

同進(jìn)行分離a.

液-液萃取法b.逆流分溶法（CCD）c.液滴逆流色譜法（DCCC）d.高速逆流色譜法（HSCCC）e.氣液分配色譜（GC或GLC）f.液-液分配色譜（LC或LLC）a.

液-液萃取法兩相：互相飽和的水相與有機(jī)相被分離物質(zhì)：分配系數(shù)差異越大，分離效果越高常用系統(tǒng)：極性小石油醚—水極性大正丁醇—水極性中等乙酸乙酯/氯仿/乙醚—水b.逆流分溶法（CCD）分配系數(shù)K：一種溶質(zhì)在一定溫度及壓力下，在兩相溶劑中（互不相溶）的分配比分配因子β：混合溶質(zhì)中，A、B兩種溶質(zhì)在同一溶劑系統(tǒng)中分配系數(shù)的比值應(yīng)用條件：β值＜50（具有相似性質(zhì)的混合物）；中等極性、不穩(wěn)定物質(zhì)；K不受濃度或溫度影響；不易乳化操作：分配系數(shù)差異大的兩種不相混溶的溶劑為固定相，Craig逆流分溶儀（上百個萃取單元組成的全自動連續(xù)液-液萃取裝置）c.液滴逆流色譜法（DCCC）

d.高速逆流色譜法（HSCCC）在逆流分配法基礎(chǔ)上改進(jìn)的兩相溶劑萃取法溶劑系統(tǒng)的選擇基本同逆流分配法，由流動相成液滴，通過作為固定相的液柱而達(dá)到分離移動相形成液滴，在細(xì)的分配萃取管中與固定相有效地接觸、摩擦不斷形成新的表面，促進(jìn)溶質(zhì)在兩相溶劑中的分配；不會產(chǎn)生乳化現(xiàn)象；用氮?dú)鈮候?qū)動移動相，被分離物質(zhì)不會因遇大氣中氧氣而氧化e.氣液分配色譜（GC或GLC）分配色譜法以氣體為流動相；將固定液（高沸點(diǎn)液體）涂漬在擔(dān)體上而構(gòu)成液態(tài)固定相f.液-液分配色譜（LC或LLC）兩相溶劑中的一相涂覆在硅膠等多孔載體上，作為固定相填充在色譜管中，然后加入與固定相不相混溶的另一相（流動相）沖洗色譜柱。被分離物質(zhì)在兩相溶劑中相對作逆流移動，不斷進(jìn)行動態(tài)分配而得以分離。正相色譜與反相色譜：載體主要是硅膠、硅藻土及纖維素粉加壓液相柱色譜：快速，低壓，中壓，高壓（3）根據(jù)物質(zhì)的吸附性差異進(jìn)行分離a.物理吸附：表面吸附，是因構(gòu)成溶液的分子與吸附劑表面分子的分子間力的相互作用所引起。無選擇性、吸附與解吸過程可逆、可快速進(jìn)行硅膠、氧化鋁、活性炭b.化學(xué)吸附：黃酮+堿性氧化鋁，生物堿+酸性硅膠具選擇性、吸附十分牢固、有時不可逆c.半化學(xué)吸附：聚酰胺+酚羥基/羰基氫鍵作用，介于物理與化學(xué)吸附之間

物理吸附基本規(guī)律三要素：吸附劑、溶質(zhì)、溶劑原理：相似者易于吸附極性吸附劑——硅膠、氧化鋁

極性強(qiáng)，吸附力大洗脫力隨洗脫劑的極性增大而增大非極性吸附劑——活性炭

對非極性化合物的吸附力強(qiáng)洗脫力隨洗脫劑的極性降低而增大

極性及其強(qiáng)弱判斷1）官能團(tuán)的極性R-H＜R-X＜R-O-R‘

＜R-CO-OR’

＜R-CO-R‘

＜R-CHO＜R-CO-N-(R‘)R”

＜R-NH2,R-NH-R‘,R-N-(R‘)R”

＜R-OH＜H2O＜Ar-OH＜R-COOH2）分子中官能團(tuán)的種類、數(shù)目及排列方式

P27實(shí)例注意：酸性、堿性及兩性極性化合物3）溶劑極性大小己烷＜石油醚＜四氯化碳＜苯＜二氯甲烷＜無水乙醚＜氯仿＜乙酸乙酯＜正丁醇＜丙酮＜乙醇＜甲醇＜水

常用吸附劑硅膠：較廣泛，天然藥物各類成分均可用此進(jìn)行分離氧化鋁：有一定限制，主要用于堿性或中性親脂性成分的分離，如生物堿、甾類、萜類活性炭：主要用于分離水溶性物質(zhì)，如氨基酸、糖類及某些苷類;簡單吸附進(jìn)行脫色、除臭聚酰胺：主要用于分離酚類、醌類、黃酮類大孔吸附樹脂：主要用于有效部位的分離富集，如苷類

聚酰胺吸附色譜法性質(zhì)：高分子聚合物，不溶于水、醇和有機(jī)溶劑，對堿穩(wěn)定，對酸不穩(wěn)定原理：形成氫鍵締合而產(chǎn)生吸附，酰胺羰基+酚羥基(酚類、黃酮類)，酰胺胺基+羰基(醌類、羧酸)吸附能力：

形成氫鍵的基團(tuán)數(shù)目越多，吸附能力越強(qiáng)分子中芳香程度越高，吸附能力越強(qiáng)易形成分子內(nèi)氫鍵者，吸附能力越弱洗脫能力：水＜甲醇＜丙酮＜NaOH水溶液＜甲酰胺＜二甲基甲酰胺＜尿素水溶液

大孔吸附樹脂性質(zhì)：具多孔結(jié)構(gòu)的固體高分子聚合物，不溶于水、酸、堿、溶媒原理：由于范德華力或氫鍵產(chǎn)生吸附力，由于多孔性結(jié)構(gòu)產(chǎn)生分子篩作用吸附能力：色譜行為具反向的性質(zhì)，被分離物質(zhì)的極性越大，其Rf值越大洗脫能力：極性大的溶劑洗脫能力弱，極性小的溶劑洗脫能力強(qiáng)（4）根據(jù)物質(zhì)分子大小差別進(jìn)行分離

透析法超濾法超速離心法凝膠濾過法

凝膠濾過法定義：凝膠滲透色譜、分子篩濾過、排阻色譜，系利用分子篩分離物質(zhì)的一種方法性質(zhì)：在水或有機(jī)溶媒中不溶，可膨脹的球形顆粒，膨脹后具三維空間的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)原理：大分子不能滲入凝膠顆粒內(nèi)部（排阻），小分子滲入并擴(kuò)散至凝膠顆粒內(nèi)部（程度不同），分子有大到小順序先后流出而得到分離常用類型：

葡聚糖凝膠（Sephadex）

羥丙基葡聚糖凝膠（SephadexLH-20）（5）根據(jù)物質(zhì)離解程度不同進(jìn)行分離電泳法離子交換法原理：（可以簡單的理解為一種高分子不溶性酸或堿）是利用一種不溶性高分子化合物，其分子中具有解離性基團(tuán)（交換基），在水溶液中能與溶液中的其他陰離子或陽離子起交換作用；此交換是可逆的直接從提取液中交換含游離離子基團(tuán)的酸、堿及兩性化合物，使與糖類等無游離基團(tuán)的中性物質(zhì)分開，而被吸附的物質(zhì)也可再用另一洗脫液洗脫下來強(qiáng)酸：

-SO3H強(qiáng)堿：

-N+(CH3)3Cl-弱酸：

-CO2H弱堿：

-NH2(NH，N)應(yīng)用：P35

一、化合物的純度測定

有無均勻的晶形、色澤明確、敏銳的熔點(diǎn)，較小的熔距

TLC或PC檢測

GC檢測

HPLC檢測第四節(jié)結(jié)構(gòu)研究法

二、結(jié)構(gòu)研究的主要程序初步推斷化合物類型進(jìn)行光譜測定推斷分子式，官能團(tuán)，結(jié)構(gòu)片段分子的平面結(jié)構(gòu)分子的立體結(jié)構(gòu)（構(gòu)型、構(gòu)象）與已知化合物進(jìn)行對照

三、結(jié)構(gòu)研究中采用的主要方法（一）確定分子式，計(jì)算不飽和度（二）質(zhì)譜（三）紅外光譜（四）紫外－可見吸收光譜（五）核磁共振光譜（六）旋光光譜*文獻(xiàn)

第二章糖和苷carbohydrates一、概述二、單糖的立體化學(xué)三、糖和苷的分類四、糖的化學(xué)性質(zhì)五、苷鍵的裂解六、糖的核磁共振性質(zhì)七、糖鏈的結(jié)構(gòu)測定八、糖和苷的提取分離

第二章糖和苷一、概述

糖又稱作碳水化合物(carbohydrates)，是自然界存在的一類重要的天然產(chǎn)物，是生命活動所必需的一類物質(zhì)；和核酸、蛋白質(zhì)、脂質(zhì)一起稱為生命活動所必需的四大類化合物。按照其聚合程度可分為單糖、低聚糖（寡糖）和多糖等。

苷類又稱配糖體(glycoside)，是由糖或糖的衍生物等與另一非糖物質(zhì)（苷元或配基）通過其端基碳原子（苷鍵——半縮醛或半縮酮）聯(lián)接而成的化合物。糖和苷類的生理活性是多種多樣的，糖是植物光合作用的初生產(chǎn)物，除了作為植物的貯藏養(yǎng)料和骨架之外，還是其它有機(jī)物質(zhì)的前體。一些具有營養(yǎng)、強(qiáng)壯作用的藥物，如山藥、何首烏、大棗等均含有大量糖類。苷類種類繁多，結(jié)構(gòu)不一，其生理活性也多種多樣，在心血管系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)、消化系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)以及抗菌消炎，增強(qiáng)機(jī)體免疫功能、抗腫瘤等方面都具有不同的活性，許多常見的中藥例如人參、甘草、柴胡、黃芪、黃芩、桔梗、芍藥等都含有苷類。

一、概述一、概述二、單糖的立體化學(xué)三、糖和苷的分類四、糖的化學(xué)性質(zhì)五、苷鍵的裂解六、糖的核磁共振性質(zhì)七、糖鏈的結(jié)構(gòu)測定八、糖和苷的提取分離第二章糖和苷單糖結(jié)構(gòu)的表示方法：二、單糖的立體化學(xué)Fisher式Haworth式優(yōu)勢構(gòu)象式成環(huán)狀結(jié)構(gòu)后，多了一個手性碳------端基碳

離端基碳最遠(yuǎn)的碳原子的構(gòu)型

D型／L型

(Haworth式限于羰基碳與該原子成環(huán)的）二、單糖的立體化學(xué)絕對構(gòu)型：在Fischer投影式中：對于五碳吡喃型糖，C4位羥基在面下的為D型糖，在面上的則為L型糖對于甲基五碳、六碳吡喃型糖和五碳呋喃型糖，根據(jù)C4-R（五碳呋喃型糖）或C5-R（甲基五碳、六碳吡喃型糖）的取向判斷，即當(dāng)C4-R或C5-R在面下時為L型糖，在面上時為D型糖

端基碳(anomericcarbon)的相對構(gòu)型

α型／β型(Haworth式限于羰基碳與該原子成環(huán)的）

是C1相對于C5的構(gòu)型，因此β-D-糖和α-L-糖的端基碳原子的構(gòu)型是一樣的。差向異構(gòu)體：二、單糖的立體化學(xué)在Haworth投影式中：對于五碳吡喃型糖，其端基碳上的羥基與C4位羥基在同側(cè)者為α型，異側(cè)者為β型對于甲基五碳、六碳吡喃型糖和五碳呋喃型糖，根據(jù)C4-R（五碳呋喃型糖）或C5-R（甲基五碳、六碳吡喃型糖）與端基碳上的羥基取向判斷，即同側(cè)者為β

型，異側(cè)者為α型

吡喃糖(pyranose，六員環(huán))／呋喃糖(furanose，五員環(huán))，吡喃糖的優(yōu)勢構(gòu)象－－椅式。單糖的構(gòu)象：二、單糖的立體化學(xué)一、概述二、單糖的立體化學(xué)三、糖和苷的分類四、糖的化學(xué)性質(zhì)五、苷鍵的裂解六、糖的核磁共振性質(zhì)七、糖鏈的結(jié)構(gòu)測定八、糖和苷的提取分離第二章糖和苷三、糖和苷的分類

一、單糖:

已發(fā)現(xiàn)200多種,3C~8C,多以結(jié)合態(tài)存在.

可分為以下幾類:1、五碳醛碳(aldopentoses)

L-阿拉伯糖(L-arabinose)，D-木糖(D-xylose)，D-來蘇糖(D-lyxose)，D-核糖(D-ribose)等。L-阿拉伯糖的結(jié)構(gòu)如下：三、糖和苷的分類2、六碳醛糖(aldohexose)

常見的有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-葡萄糖最為常見。三、糖和苷的分類3、六碳酮糖(ketohexose,hexulose)

如D-果糖(D-fructose)，L-山梨糖(L-sorbose)

下圖為α-D-果糖的結(jié)構(gòu)：4、甲基五碳糖

常見的有L-鼠李糖(L-rhamnose)，L-夫糖(L-fucose)

和D-雞納糖(D-quinovose)。如L-鼠李糖的結(jié)構(gòu)5、支碳鏈糖糖鏈中含有支鏈，如D-芹糖(D-apiose)和D-金縷梅糖(D-hamamelose），結(jié)構(gòu)如下：三、糖和苷的分類6、氨基糖(aminosugar):單糖的一個或幾個醇羥基置換成氨基。如慶大霉素的結(jié)構(gòu)：7、去氧糖(deoxysugars):單糖分子的一個或二個羥基被氫原子取代的糖，常見的有6-去氧糖、甲基五碳糖、2,6-二去氧糖及其3-O-甲醚等。該類糖在強(qiáng)心苷和微生物代謝產(chǎn)物中多見，并有一些特殊的性質(zhì)。如L-黃花夾竹桃糖(L-thevetose)是2,6-二去氧糖的3-O-甲醚三、糖和苷的分類8、糖醛酸(uronicacid):

單糖分子中的伯醇基氧化成羧基，常結(jié)合成苷類或多糖存在，常見如葡萄糖醛酸(glucuronicacid)和半乳糖醛酸(galactocuronicacid)三、糖和苷的分類9、糖醇：單糖中的羰基被還原成羥基，是天然界分布很廣的一類成分

如L-衛(wèi)矛醇，D-山梨醇，D-甘露醇，赤醇10、環(huán)醇：環(huán)狀的多羥基化合物，以游離態(tài)或成苷的形式存在于動植物中，具有很大的水溶性如環(huán)己六醇（肌醇）

二、低聚糖(oligosaccharides，寡糖)三、糖和苷的分類定義：由2～9個單糖，通過苷鍵鍵合而成的直鏈或支鏈的聚糖稱低聚糖分類：按單糖個數(shù)分為單糖、二糖、三糖等；按有無游離的醛基或酮基分為還原糖和非還原糖，具游離醛基或酮基的稱還原糖，如槐糖、櫻草糖；若兩個單糖均以端基脫水縮合形成的聚糖，就沒有還原性，如海藻糖、蔗糖化學(xué)命名：把除末端糖之外的叫糖基，并標(biāo)明連接位置和苷鍵構(gòu)型。三、糖和苷的分類D-葡萄糖1α2β-D-果糖櫻草糖(primverose,還原糖)蔗糖(sucrose,非還原糖)6-O-β-D-xylopyranosyl-D-glucopyranoseD-木糖1β6-D-葡萄糖2-O-β-D-glucopyranosylD-fructofuranose

植物中的三糖大多是以蔗糖為基本結(jié)構(gòu)再接上其它單糖而成的非還原性糖，四糖和五糖是三糖結(jié)構(gòu)再延長，也是非還原性糖。三、糖和苷的分類

三、多聚糖(polysaccharides,多糖)

定義：由10個以上的單糖基通過苷鍵連接而成

聚合度：100以上至幾千

性質(zhì)：無甜味，非還原性

分類：

1.按功能分

水不溶的，直糖鏈型，主要形成動植物的支持組織，eg.纖維素，甲殼素

溶于熱水形成膠體溶液，多支鏈型，動植物的貯存養(yǎng)料，eg.淀粉，肝糖元三、糖和苷的分類2.按組成分

由一種單糖組成－－均多糖(homosaccharide)

由二種以上單糖組成－－雜多糖

(heterosaccharide)

系統(tǒng)命名：

均多糖：在糖名后加字尾-an，如葡聚糖為glucan。

雜多糖：幾種糖名按字母順序排列后，再加字尾-an，

如葡萄甘露聚糖為glucomannan。（一）植物多糖淀粉：遇碘變色（紅紫紫藍(lán)藍(lán)）纖維素：能被β-苷鍵酶水解果聚糖：菊淀粉半纖維素：支鏈多連糖醛酸，酸性多糖，不溶于水能被稀堿溶出，植物支持組織樹膠：植物受傷后或被毒菌類侵襲后的分泌物，如阿拉伯膠，西黃蓍膠粘液質(zhì)和粘膠質(zhì)：雜多糖，如人參果膠（二）動物多糖糖原：遇碘呈紅褐色甲殼素肝素：很強(qiáng)的抗凝血作用，鈉鹽用于治療和預(yù)防血栓硫酸軟骨素：降低血糖、改善動脈粥樣硬化作用，是動物組織的基礎(chǔ)物質(zhì)，有硫酸軟骨素A、B、C等數(shù)種透明質(zhì)酸：酸性粘多糖，皮膚中的天然成分四、苷類(glycoside)(又稱配糖體)

苷類化合物的組成：苷元(配基)：非糖的物質(zhì)，常見的有黃酮，蒽醌，生物堿，三萜等苷類苷鍵：將二者連接起來的化學(xué)鍵，可通過

O,N,S等原子或直接通過C-C鍵相連糖(或其衍生物，如氨基糖，糖醛酸等)

苷類化合物的命名：以-in或–oside作后綴。三、糖和苷的分類苷類化合物的分類：根據(jù)生物體內(nèi)的存在形式：分為原生苷、次級苷。根據(jù)連接單糖基的個數(shù)：單糖苷、二糖苷、三糖苷……。根據(jù)苷元連接糖基的位置數(shù)：單糖鏈苷、二糖鏈苷……。根據(jù)苷鍵原子的不同：氧苷、硫苷、氮苷、碳苷。

三、糖和苷的分類一氧苷：苷元與糖基通過氧原子相連，根據(jù)苷元與糖縮合的基團(tuán)的性質(zhì)不同，分為以下幾類：

醇苷：是通過醇羥基與糖端基脫水而成的苷。比較常見，如本書所講皂苷，強(qiáng)心苷均屬此類。

酚苷：苷元的酚羥基與糖端基脫水而成的苷。較常見，如黃酮苷、蒽醌苷多屬此類。三、糖和苷的分類

氰苷：主要是指α-羥基腈的苷水溶性，不易結(jié)晶；酸和酶催化時易于水解，生成的苷元α-羥基腈很不穩(wěn)定，立即分解為醛(酮)和氫氰酸；堿性條件下，不易水解，異構(gòu)化為羧酸類化合物如苦杏仁可用于鎮(zhèn)咳，正是由于其中的苦杏仁苷(amygdalin)分解后可釋放少量HCN的結(jié)果三、糖和苷的分類三、糖和苷的分類酯苷（酰苷）：苷元的羧基與糖端基脫水而成

特點(diǎn)：苷鍵既有縮醛的性質(zhì)，又有酯的性質(zhì)，易為稀酸和稀堿水解

三、糖和苷的分類(5)吲哚苷：吲哚醇和糖形成的苷，在豆科和蓼科有分布；常見的是靛苷、菘藍(lán)苷三、糖和苷的分類二硫苷：是糖的端基OH與苷元上巰基縮合而成的苷，如蘿卜中的蘿卜苷芥子苷是存在于十字花科植物中的一類硫苷，其通式如下，幾乎都是以鉀鹽的形式存在。經(jīng)其伴存的芥子酶水解，生成的芥子油含有異硫氰酸酯類、葡萄糖和硫酸鹽，具有止痛和消炎作用。三、糖和苷的分類

三氮苷：糖的端基碳與苷元上氮原子相連的苷稱氮苷，是生物化學(xué)領(lǐng)域中的重要物質(zhì)，如核苷類化合物四碳苷：是一類糖基和苷元直接相連的苷，具有溶解度小、難以水解的特點(diǎn)組成碳苷的苷元多為酚性化合物，如黃酮類、蒽醌類及酚酸類等；尤以黃酮碳苷最為常見，糖基均在A環(huán)的6位或8位，如葛根素三、糖和苷的分類

豆科植物葛和野葛的根中含有，對心血管系統(tǒng)有較強(qiáng)的活性，有明顯的擴(kuò)張冠狀動脈，增加冠脈流量，降低血壓的作用。該化合物結(jié)構(gòu)為異黃酮的碳苷，8位直接與葡萄糖相結(jié)合。三、糖和苷的分類一、概述二、單糖的立體化學(xué)三、糖和苷的分類四、糖的化學(xué)性質(zhì)五、苷鍵的裂解六、糖的核磁共振性質(zhì)七、糖鏈的結(jié)構(gòu)測定八、糖和苷的提取分離第二章糖和苷

一、氧化反應(yīng)：醛(酮)基、醇羥基和鄰二醇基過碘酸和四醋酸鉛的選擇性較高，一般只作用于鄰二羥基上，因此這兩種方法可了解糖的結(jié)構(gòu)的信息過碘酸氧化反應(yīng)為例：

（1）過碘酸反應(yīng)的基本方式：限于鄰二醇、α-氨基醇、α-羥基醛(酮)、鄰二酮和某些活性次甲基等結(jié)構(gòu)基本反應(yīng)如下：

四、糖的化學(xué)性質(zhì)

四、糖的化學(xué)性質(zhì)

四、糖的化學(xué)性質(zhì)(2)作用機(jī)理：過碘酸先與鄰二醇羥基生成五元環(huán)狀酯的中間體，再將醇羥基氧化成羰基在酸性或堿性介質(zhì)中，順式1,2-二元醇比反式的反應(yīng)快（弱酸或中性介質(zhì)中，過碘酸以一價的H2IO5－（水合離子）作用，結(jié)構(gòu)見P73，順式結(jié)構(gòu)有利于五元環(huán)中間體的形成）在堿性條件下，順式和反式的反應(yīng)速度相同（堿性條件下，碘離子是八面體，結(jié)構(gòu)見P73）

四、糖的化學(xué)性質(zhì)

二、糠醛形成反應(yīng)：

單糖的濃酸(4~10N)作用下，失三分子水，生成具有呋喃環(huán)結(jié)構(gòu)的糠醛類化合物。多糖和苷類在濃酸作用下先水解成單糖，再脫水生成同樣的產(chǎn)物

五碳糖糠醛（R=H），甲基五碳糖5-甲糠醛（R=Me），六碳糖5-羥甲糠醛（R=CH2OH），六碳糖醛酸5-羧基糠醛（R=COOH）糠醛衍生物和許多芳胺、酚類以及具有活性次甲基的化合物縮合生成有色化合物用于糖類和苷的檢測反應(yīng)——Molish反應(yīng)濃硫酸和α-萘酚常用的酸——硫酸、磷酸，三氯乙酸、鄰苯二甲酸、草酸常用的色譜顯色劑——鄰苯二甲酸和苯胺常用的酚——苯酚、間苯二酚、α-萘酚、β-萘酚常用的具有活性次甲基的化合物——蒽酮

三、羥基反應(yīng)醚化反應(yīng)：甲醚化、三甲基硅醚化、三苯甲醚化酰化反應(yīng)：乙?；⒓妆交酋；佐軇?，吡啶、氯化鋅、醋酸鈉催化劑縮酮和縮醛化反應(yīng)硼酸的絡(luò)合反應(yīng)一、概述二、單糖的立體化學(xué)三、糖和苷的分類四、糖的化學(xué)性質(zhì)五、苷鍵的裂解六、糖的核磁共振性質(zhì)七、糖鏈的結(jié)構(gòu)測定八、糖和苷的提取分離第二章糖和苷

常用方法：酸水解、乙酰解、堿水解、酶水解、過碘酸裂解、糖醛酸苷的選擇性水解。

一、酸催化水解：苷鍵屬于縮醛結(jié)構(gòu)，易為稀酸催化水解一般在水或稀醇溶液中進(jìn)行常用的酸有稀HCl，稀H2SO4，乙酸、甲酸反應(yīng)的機(jī)理：苷原子先質(zhì)子化，然后苷鍵斷裂形成糖基正離子和陽碳離子或半椅式的中間體，該中間體再與水結(jié)合形成糖，并釋放催化劑質(zhì)子以葡萄糖氧苷為例：

五、苷鍵的裂解

機(jī)理：質(zhì)子化脫苷元互變?nèi)軇┗撡|(zhì)子由上述機(jī)理可以看出，影響水解難易程度的關(guān)鍵因素在于苷鍵原子的質(zhì)子化是否容易進(jìn)行，有利于苷原子質(zhì)子化的因素，就可使水解容易進(jìn)行，主要包括兩個方面的因素：

(1)苷原子上的電子云密度

(2)苷原子的空間環(huán)境

五、苷鍵的裂解

苷水解的難易程度有以下規(guī)律：(1)按苷鍵原子的不同，酸水解難易程度為：N-苷

>O-苷>S-苷>C-苷原因：N最易接受質(zhì)子，而C上無未共享電子對，不能質(zhì)子化(2)呋喃糖苷較吡喃糖苷易水解原因：呋喃環(huán)平面性，各鍵重疊，張力大。(3)酮糖較醛糖易水解原因：酮糖多呋喃環(huán)結(jié)構(gòu)，且端基上接大基團(tuán)-CH2OH

五、苷鍵的裂解五、苷鍵的裂解(4)吡喃糖苷中，吡喃環(huán)C5上的取代基越大越難水解故：五碳糖>甲基五碳糖>六碳糖>七碳糖>5

位-COOH的糖吡喃環(huán)C5上的取代基對質(zhì)子進(jìn)攻有立體阻礙(5)2-去氧糖>2-羥基糖>2-氨基糖原因：2位羥基對苷原子的吸電子效應(yīng)及2位氨基對質(zhì)子的競爭性吸引(6)芳香屬苷（如酚苷）因苷元部分有供電子結(jié)構(gòu)，水解比脂肪屬苷（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，只加熱也可能水解。即芳香苷>脂肪苷原因：苷元的供電子效應(yīng)使苷原子的電子云密度增大。五、苷鍵的裂解(7)苷元為小基團(tuán)者，苷鍵橫鍵的比苷鍵豎鍵的易于水解，因?yàn)闄M鍵上原子易于質(zhì)子化；苷元為大基團(tuán)者，苷鍵豎鍵的比苷鍵橫鍵的易于水解，這是由于苷的不穩(wěn)定性促使水解。原因：小苷元在豎鍵時，環(huán)對質(zhì)子進(jìn)攻有立體阻礙五、苷鍵的裂解（8）

N-苷易接受質(zhì)子，但當(dāng)N處于酰胺或嘧啶位置時，N-苷也難于用礦酸水解。原因：吸電子共軛效應(yīng)，減小了N上的電子云密度。如：P79朱砂蓮苷酰胺注意：對酸不穩(wěn)定的苷元，為了防止水解引起皂元結(jié)構(gòu)的改變，可用兩相水解反應(yīng)（

P80仙客來皂苷的水解）五、苷鍵的裂解

二、乙酰解反應(yīng)

在多糖苷的結(jié)構(gòu)研究中，為了確定糖與糖之間的連接位置．常應(yīng)用乙酰解開裂一部分苷鍵，保留另一部分苷鍵，然后用薄層或氣相色譜鑒定在水解產(chǎn)物中得到的乙酰化單糖和乙?；途厶?。常用試劑：醋酐與酸常用酸：硫酸、高氯酸、三氟乙酸或Lewis酸（如氯化鋅、三氟化硼等）乙酰解的反應(yīng)機(jī)理與酸催化水解相似，它是以CH3CO+為進(jìn)攻基團(tuán)

乙酰解的速度與糖苷鍵的位置有關(guān)。如果在苷鍵的鄰位有可乙?；牧u基，則由于電負(fù)性，可使乙酰解的速度減慢。從二糖的乙酰解速率可以看出，苷鍵的乙酰解一般以1--6苷鍵最易斷裂，其次為1--4苷鍵和1--3

苷鍵，而以1--2苷鍵最難開裂如：五糖苷的乙酰解過程，其分子組成中含有D-木糖、D-葡萄糖、D-雞納糖和D-葡萄糖-3-甲醚，當(dāng)用醋酐-ZnCl2乙酰解后，TLC檢出了單糖、四糖和三糖的乙?；铮⑴c標(biāo)準(zhǔn)品對照進(jìn)行鑒定，由此可推出苷分子中糖的連接方式。五、苷鍵的裂解

五、苷鍵的裂解

乙酰化反應(yīng)的操作較為簡單，條件較溫和。一般可將苷類溶于醋酐或醋酐與冰醋酸的混合液中，加入3％一5％量的濃硫酸，在室溫下放置1—10天，將反應(yīng)液倒入冰水中．并以碳酸氫鈉中和至pH3~4，再用氯仿萃取其中的乙酰化糖，然后通過柱色譜分離，就可獲得單一的成分，這些單一成分再用TLC或GC進(jìn)行鑒定。

三、堿催化水解：一般的苷對堿是穩(wěn)定的，不易被堿催化水解，故多數(shù)苷是采用稀酸水解。但是，酯苷、酚苷、氰苷、烯醇苷和β-吸電子基取代的苷易為堿所水解，如藏紅花苦苷、靛苷、蜀黍苷都都可為堿所水解如藏紅花苦苷的水解：

原因：藏紅花苦苷苷鍵的鄰位碳原子上有受吸電子基團(tuán)活化的氫原子，當(dāng)用堿水解時引起β-消除反應(yīng)而生成雙烯結(jié)構(gòu)。

四、酶催化水解

優(yōu)點(diǎn)：專屬性高，條件溫和，可獲知苷鍵的構(gòu)型，可以保持苷元的結(jié)構(gòu)不變，還可以保留部分苷鍵得到次級苷或低聚糖，以便獲知苷元和糖、糖和糖之間的連接方式。

效果：酶的純度、酶的專一性的認(rèn)識

轉(zhuǎn)化糖酶--------水解β-果糖苷鍵

麥芽糖酶--------水解α-D-葡萄糖苷鍵

杏仁苷酶--------水解β-六碳醛糖苷鍵,專屬性較低

纖維素酶--------水解β-D-葡萄糖苷鍵目前使用的多為未提純的混合酶

五、過碘酸裂解反應(yīng)

用過碘酸氧化1,2-二元醇的反應(yīng)可以用于苷鍵的水解,稱為Smith裂解,是一種溫和的水解方法.

適用的情況：苷元結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定,C-苷不適用的情況：苷元上也有1,2-二元醇或易氧化基團(tuán)反應(yīng)的基本方法：應(yīng)用于碳苷的情況:該反應(yīng)的應(yīng)用:

苷元不穩(wěn)定的苷,以及碳苷用此法進(jìn)行水解,可得到完整的苷元,這對苷元的研究具有重要的意義.此外,從降解得到的多元醇,還可確定苷中糖的類型.如聯(lián)有葡萄糖,甘露糖,半乳糖或果糖的C-苷經(jīng)過降解后,其降解產(chǎn)物中有丙三醇;聯(lián)有阿拉伯糖,木糖的C-苷經(jīng)過降解后,其降解產(chǎn)物中有乙二醇;而聯(lián)有鼠李糖,夫糖或雞納糖的C-苷經(jīng)過降解后,其降解產(chǎn)物中應(yīng)有丙二醇.五、苷鍵的裂解一、概述二、單糖的立體化學(xué)三、糖和苷的分類四、糖的化學(xué)性質(zhì)五、苷鍵的裂解六、糖的核磁共振性質(zhì)七、糖鏈的結(jié)構(gòu)測定八、糖和苷的提取分離第二章糖和苷

作用

糖及其苷類化合物的苷鍵構(gòu)型氧環(huán)的大小優(yōu)勢構(gòu)象糖的種類糖與糖的連接位置糖與糖的連接順序

糖和苷類化合物NMR譜解析的難點(diǎn)：

1

信號分布范圍窄；2

偶合關(guān)系復(fù)雜

六、糖的NMR特征

一、糖的1HNMR特征

化學(xué)位移規(guī)律：端基質(zhì)子：4.3~6.0ppm

特點(diǎn)：比較容易辨認(rèn)用途：1確定糖基的個數(shù)

2確定糖基的種類

32D-NMR譜上糖信號的歸屬

4糖的位置的判斷

六、糖的NMR特征六、糖的NMR特征六、糖的NMR特征用途：甲基五碳糖的甲基：1.0ppm1確定甲基五碳糖的個數(shù)、種類、位置

22D-NMR譜上甲基五碳糖信號的歸屬

其余質(zhì)子信號：3.2~4.2ppm

特點(diǎn)：信號集中,難以解析

歸屬：往往需借助2D-NMR技術(shù)六、糖的NMR特征

鄰位的質(zhì)子偶合常數(shù)與兩面角有關(guān)：

φ=90°J=0Hz;φ=0或180°J~8Hz;φ=60°J~4Hz

對于糖質(zhì)子：

當(dāng)優(yōu)勢構(gòu)象C1式且2-H為直立鍵的吡喃型糖時，1位苷鍵的取向不同，1-H與2-H的兩面角不同，偶合常數(shù)亦不同

β-D-和α-L-型：

1-H和2-H鍵為雙直立鍵，φ=180°，J=6~8Hz

α-D-和β--L-型：

1-H為平伏鍵，

2-H雙直立鍵，φ=60，J=2~4Hz

六碳醛糖的優(yōu)勢構(gòu)象為C1型，C2-H直立鍵的D-葡萄糖、D-半乳糖、D-阿洛糖，其成α苷鍵時，端基質(zhì)子與2-H的偶合常數(shù)均~4Hz；而當(dāng)其成β苷時，端基質(zhì)子與2-H的偶合常數(shù)均~8Hz六、糖的NMR特征β-D-葡萄糖苷α-D-半乳糖苷β-D-阿洛糖苷

例如：β-D-葡萄糖和α-D-葡萄糖的混合物在氫譜上顯示兩個端基質(zhì)子信號，不僅化學(xué)位移有差別，偶合常數(shù)差別也很明顯。其中β-D-葡萄糖的端基質(zhì)子信號為δ4.6，J=8Hz。而α-D-葡萄糖的端基質(zhì)子信號為δ5.2，J=4Hz。

當(dāng)2-H為平伏鍵的情況下，1-H無論處于平伏鍵還是直立鍵，與2-H的兩面夾角均約60度，故不能用該法判斷苷鍵構(gòu)型。

因此，六碳醛糖中C2構(gòu)型與葡萄糖不一致的D-甘露糖（2-H為平伏鍵），其苷鍵就不能用端基質(zhì)子的偶合常數(shù)來判斷其構(gòu)型。β-D-甘露糖苷α-D-甘露糖苷

例如：β-D-甘露糖和α-D-甘露糖的混合物在氫譜上雖顯示兩個端基質(zhì)子信號，化學(xué)位移有差別，但偶合常數(shù)差別很不明顯。

甲基五碳糖中的L-鼠李糖，其優(yōu)勢構(gòu)象為1C式，2-H為平伏鍵，其苷鍵的構(gòu)型亦不能用該方法判斷

對于這類糖的苷，可以利用糖苷的1-H的化學(xué)位移不同來區(qū)別。另外，用門控偶技術(shù)可以得到端基質(zhì)子和端基碳的偶合常數(shù)，即1JC1-H1來區(qū)別。如吡喃糖苷的1-H是橫鍵質(zhì)子(α-D或β-L苷鍵)時，該J值為170~175Hz，而1-H是豎鍵質(zhì)子(β-D或α-L苷鍵)時，該J值為160~165Hz（P89）如L-鼠李糖，α-L為170~175Hzβ-D為160~165Hz六、糖的NMR特征對于呋喃型糖：其成α苷鍵時和成β苷時，端基質(zhì)子與2-H的偶合常數(shù)均0~5Hz也無法用端基碳的1JC1-H1來判斷苷鍵構(gòu)型

二、糖的13CNMR特征

糖上碳信號可分為幾類，大致范圍為：

1.CH3~18ppm甲基五碳糖的C6，一般有幾個信號(扣除苷元中的甲基)可表示有幾個甲基五碳糖存在。

2.CH2OH~62ppmC5或C63.CHOH68~85ppm*糖氧環(huán)上的C2~C44.-O-CH-O-95~105ppm端基C1或C2，在此范圍內(nèi)有幾個信號，可視為有幾種糖存在于糖鏈的重復(fù)單位中

β-D或α-L：端基碳δ>100ppm

α-D或β-L：端基碳δ<100ppm

一般來說，碳原子上有α-OH的較帶β-OH的信號較在高場處。如具有C1構(gòu)象的D-葡萄糖苷的端基碳信號，α-型的為97~101ppm，而β-型的為103~106ppm，便此可區(qū)別α-和β-異構(gòu)體

六、糖的NMR特征

三、苷化位移

概念：(見教材)1.苷化位移值和苷元的結(jié)構(gòu)有關(guān)，與糖的種類無關(guān)。例如：C1位移C2位移

β-D-葡萄糖96.775.1

甲基-β-D-葡萄糖苷104.0+8.374.1-1.0β-D-半乳糖97.372.9

甲基-β-D-半乳糖苷104.5+8.371.7-0.8α-L-鼠李吡喃糖95.171.9

甲基-α-L-鼠李糖苷102.6+7.572.1-0.2

苷元端基碳苷元α碳苷元β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

苷化位移2.苷元若為鏈狀結(jié)構(gòu)，端基碳的苷化位移隨著苷元為伯、仲、叔基而遞減，但對苷元的α碳和β碳的苷化位移影響不大，例如：同為葡萄糖的苷，苷元不同，其苷化位移范圍(ppm)為3.苷元為環(huán)醇時的苷化位移規(guī)律（P90~91）若羥基的β位無烷基取代，則α碳與端基碳的苷化位移值與開鏈的仲醇相似。如果羥基的β位有烷基取代，那么α碳和端基碳的苷化位移與苷元的α碳的手性及糖的端基手性都有關(guān)系。具體可分為兩種情況：1)苷元的α碳的手性及糖的端基手性R或S，即二者相同，則α碳與端基碳的苷化位移值與β位無烷基取代的環(huán)醇時相同，即與開鏈的仲醇相似，即5ppm左右。

苷化位移六、糖的NMR特征2)苷元的α碳的手性及糖的端基手性不相同，則α碳與端基碳的苷化位移值比β位無烷基取代的環(huán)醇相應(yīng)的碳的苷化位移大3.5ppm左右，即大約10ppm。3)同五異十其余七：4)同小異大：指β碳5)酯苷和酚苷：特殊，α-C向高場位移。一、概述二、單糖的立體化學(xué)三、糖和苷的分類四、糖的化學(xué)性質(zhì)五、苷鍵的裂解六、糖的核磁共振性質(zhì)七、糖鏈的結(jié)構(gòu)測定八、糖和苷的提取分離第二章糖和苷

測定包括單糖的組成、糖的氧環(huán)、糖與糖的連接位置與順序、苷鍵的構(gòu)型等其結(jié)構(gòu)鑒定應(yīng)通過以下各項(xiàng)程序進(jìn)行：

一、純度的測定

TLC，熔點(diǎn)，色譜鑒別

二、分子量及分子式的測定近年來廣泛應(yīng)用質(zhì)譜分析的方法則定分子量和分子式。苷類化合物一般極性較大，無揮發(fā)性，遇熱氣化時易于分解，采用電子轟擊質(zhì)譜(EI—MS)常常不能獲得分子離子峰。

現(xiàn)多采用化學(xué)電離質(zhì)譜(CI-MS)、場解吸質(zhì)譜(FD-MS)、快原子轟擊質(zhì)譜(FAB-MS)和電噴霧質(zhì)譜(ESI-MS)等方法來獲得分子離子蜂，尤其是ESI-MS及FAB-MS兩種質(zhì)譜法更是目前測定苷類分子量常用的方法。七、糖鏈結(jié)構(gòu)的測定

電噴霧質(zhì)譜(ESI-MS)的基本原理

ESI是在毛細(xì)管的出口處施加一高電壓，所產(chǎn)生的高電場使從毛細(xì)管流出的液體霧化成細(xì)小的帶電液滴，隨著溶劑蒸發(fā)，液滴表面積縮小，導(dǎo)致分析物以單電荷或多電荷離子的形式進(jìn)入氣相。電噴霧離子化的特點(diǎn)是產(chǎn)生多電荷離子而不是碎片離子，使質(zhì)量電荷比降低到多數(shù)質(zhì)量分析儀都可以檢測的范圍，因而大大擴(kuò)張了分子量的分析范圍。離子的真實(shí)分子量可以根據(jù)質(zhì)荷比及所帶電荷數(shù)計(jì)算出，一般由計(jì)算機(jī)軟件完成。電噴霧質(zhì)譜可忍受少量的鹽和緩沖液，但鹽和緩沖液的存在會使儀器的靈敏度降低。電噴霧質(zhì)譜的優(yōu)點(diǎn)是它可以方便地與多種分離技術(shù)聯(lián)用，如液質(zhì)聯(lián)用和毛細(xì)管電泳-質(zhì)譜聯(lián)用等。七、糖鏈結(jié)構(gòu)的測定

三、組成苷的苷元和單糖的鑒定將苷用稀酸或酶進(jìn)行水解，使生成苷元和各種單糖，然后再對這些水解產(chǎn)物進(jìn)行簽定。

(一)苷元的結(jié)構(gòu)鑒定苷元的結(jié)構(gòu)類型不一，需要通過某些化學(xué)反應(yīng)先確定其結(jié)構(gòu)類型和基本母核結(jié)構(gòu)，再按照所屬類型分別進(jìn)行研究，其方法將在有關(guān)章節(jié)中逐一介紹。

(二)組成苷中糖的種類鑒定通常采用PC、TLC等方法對水解液進(jìn)行鑒定，也可以直接通過解析苷的或二維NMR譜進(jìn)行鑒定。糖類的PC常用的展開劑大多為含水的溶劑系統(tǒng)，如正丁醇-醋酸-水(4:1:5)，EtOAc-吡啶-水(2:1:2)等，其Rf值與溶劑的含水量有關(guān)，因此配制展開劑時必須注意，尤其對于三元組成的展開刑，其混合比例更應(yīng)力求正確，并需用標(biāo)準(zhǔn)品同時點(diǎn)樣作為對照。七、糖鏈結(jié)構(gòu)的測定

糖類的TLC常選用硅膠薄層，由于糖的極性強(qiáng)，一般點(diǎn)樣量不能大于5ug，但這一缺點(diǎn)在用硼酸溶液或一些無機(jī)鹽的水溶液代替水調(diào)制吸附劑進(jìn)行鋪板，就能顯著提高上樣量，并改善分離效果。制備這種硅膠薄層時，所用的鹽一般是強(qiáng)堿弱酸(或中強(qiáng)酸)的鹽，如0.3mol/L的磷酸氫二鈉或磷酸二氫鈉的水溶液。用這種鹽溶液制備的硅膠板分離糖時，其上樣量可達(dá)400~500ug。糖類硅膠薄層色譜常用的展開劑為正丁醇-丙酮-水、正丁醇-醋酸-水或正丁醇-吡啶-水。糖的PC或TLC所用的顯色劑有些是相同的，其顯色原理主要是利用糖的還原性或由于形成糖醛后引起的呈色反應(yīng)。有些顯色劑不僅可以決定糖的斑點(diǎn)的位置，尚可區(qū)分其類型。常用的顯色劑有苯胺-鄰苯二甲酸試劑、三苯四氮鹽試劑(TTC試劑)、間苯二酚-鹽酸試劑、雙甲酮-磷酸試劑等。這些顯色劑對不同的糖往往顯不同的顏色，如苯胺-鄰苯二甲酸試劑對已醛糖和糖醛酸顯棕色，對戊醛糖顯紅色。間苯二酚-鹽酸試劑對已醛糖顯紫色，對糖醛酸和戊醛糖顯藍(lán)色。七、糖鏈結(jié)構(gòu)的測定

有些顯色劑中含有硫酸，因此只能用于以CMC-Na為粘合劑的硅膠薄層，如茴香醛-硫酸試劑、間苯二酚-硫酸試劑、α-萘酚-硫酸試劑、百里酚-硫酸試劑、酚-硫酸試劑等，一般要在100℃左右加熱數(shù)分鐘至斑點(diǎn)顯現(xiàn)。利用近年發(fā)展起來的二維NMR譜，也可以有效地鑒定苷分子中糖的種類。如二維1H-1H相關(guān)譜(1H-1HCOSY)、1H-13C相關(guān)譜(1H-13CCOSY)等亦可用來鑒定苷中組成糖的種類。七、糖鏈結(jié)構(gòu)的測定

(三)苷中糖的數(shù)目的測定利用PC或TLC法鑒定苷水解液中糖的種類，還可進(jìn)一步采用光密度掃描法測定備單糖斑點(diǎn)的含量，算出各單糖的分子比，以推測組成苷的糖的數(shù)目。近年測定苷中糖的數(shù)目大多是通過光譜測定完成的。例如，利用質(zhì)譜測定苷和苷元的分子量，然后計(jì)算其差值，并由此求出糖的數(shù)目。利用氫譜，根據(jù)出現(xiàn)的糖端基質(zhì)子的信號數(shù)目來確定苷中糖分子的數(shù)目；或是將苷制成全乙酰化或全甲基化衍生物，根據(jù)在氫譜中出現(xiàn)的乙酰氧基或甲氧基信號的數(shù)目，推測出所含糖的數(shù)目。常見的是利用碳譜，根據(jù)出現(xiàn)的糖端基碳信號的數(shù)目(一般位于90~112ppm處)，或者根據(jù)苷分子總的碳信號數(shù)目與苷元碳信號數(shù)目的差值，推斷出糖的數(shù)目。此外利用二維1H-1H相關(guān)譜和1H-13C相關(guān)譜，也是確定苷中糖的數(shù)目的有效方法。七、糖鏈結(jié)構(gòu)的測定

四、苷分子中苷元和糖、糖和糖之間連接位置的確定

(一)苷元和糖之間連接位置的確定以前通過分析由化學(xué)降解或酶解得到的產(chǎn)物來確定糖與苷元之間的連接位置，現(xiàn)在這種方法逐漸被NMR譜的解析所取代。

13C-NMR譜是確定苷元與糖之間連接位置的有效方法。在碳譜中，苷元羥基因與糖結(jié)合成苷，故可產(chǎn)生苷化位移。利用苷化位移規(guī)律，將苷和苷元的碳譜相比較，就可以很容易地辨別出苷元的哪個碳原子與糖相連接。近年二維NOE相關(guān)譜和遠(yuǎn)程同核(或異核)相關(guān)譜(如13C-1HCOSY及HMBC譜)等技術(shù)亦廣泛用于確定苷元的連糖位置。七、糖鏈結(jié)構(gòu)的測定

(二)糖與糖之間連接位置的確定

可采用化學(xué)方法或光譜(NMR)分析法進(jìn)行。

1．化學(xué)方法部分水解法以緩和酸水解和酶水解法最為常用。緩和酸水解多使用低濃度的無機(jī)強(qiáng)酸或中強(qiáng)度的有機(jī)酸(如草酸)進(jìn)行水解，可使苷中的部分糖水解脫去。例如：

七、糖鏈結(jié)構(gòu)的測定

由于在水解產(chǎn)物中檢出木糖．因此可以確定木糖連接在末端。利用苷的乙酰解，使開裂一部分苷鍵，保留另一部分苷鍵，分析水解產(chǎn)物中得到的乙酰化低聚糖，也可以確定糖的連接順序。此外還可以將苷的全甲基化物進(jìn)行甲醇解，然后分析其甲醇解產(chǎn)物，也可以獲得有關(guān)糖與糖之間連接順序的信息。七、糖鏈結(jié)構(gòu)的測定

一般方法是：先將苷進(jìn)行全甲基化，然后用含6％~9％鹽酸的甲醇進(jìn)行甲醇解，即可得到末完全甲醚化的各種單糖，而連接在最末端的一定是全甲醚化的單糖。根據(jù)這些甲醚化的單糖中羥基的位置，即可對糖與糖之間的連接位置作出判斷。

采用的方法通常是將這些甲醚化的單糖進(jìn)行了TLC鑒定，并與標(biāo)準(zhǔn)品對照。近來亦有用GC-MS聯(lián)用儀對其進(jìn)行鑒定的報道。全甲基化苷的甲醇解反應(yīng)如下：七、糖鏈結(jié)構(gòu)的測定

如：

上式中，苷通過全甲基化及甲醇解反應(yīng)后，將甲醇解的產(chǎn)物進(jìn)行TLC鑒定，可知除苷元以外．所得到的兩種甲醚化單糖為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，因此可推斷木糖是在末端，而后者是未完全甲醚化的葡萄糖，在其C3位上有一羥基，因此可推斷它不僅與苷元相連，并在C3位上與木糖相連接。七、糖鏈結(jié)構(gòu)的測定

苷的甲基化反應(yīng)常用的方法主要有以下四種，前兩種為經(jīng)典的方法,后兩種是半微量的現(xiàn)代方法。

(1)Haworth法：用硫酸二甲酯和氫氧化鈉(或碳酸鈉、碳酸鉀)，可使醇羥基甲基化。其缺點(diǎn)是甲基化能力較弱，如果欲進(jìn)行全甲基化反應(yīng)，必須進(jìn)行多次反應(yīng)才能達(dá)到目的，

(2)Purdie法：用碘甲烷和氧化銀為試劑(一般可在丙酮或四氫呋喃中進(jìn)行)，可使醇羥基甲基化，但因氧化銀具有氧化作用，只能用于苷的甲基化．而不能用于還原糖的甲基化。

七、糖鏈結(jié)構(gòu)的測定(3)Kuhn改良法：在二甲基甲酰胺(DMF)溶液中，加入碘甲烷和氧化銀或硫酸二甲酯及氫氧比鋇(或氧化鋇)，在攪拌下進(jìn)行甲基化。本法的缺點(diǎn)是反應(yīng)較緩慢。(4)Hakomari法(箱守法)：在二甲基亞砜(DMSO)溶液中，加入氫化鈉，以碘甲烷進(jìn)行甲基化反應(yīng)。其反應(yīng)機(jī)理是二甲亞砜與氫化鈉首先生成甲基亞磺酰陰碳離子，然后在甲基亞磺酰陰碳離子的存在下進(jìn)行甲基化反應(yīng)，由于亞磺酰陰碳離子具有強(qiáng)脫質(zhì)子作用，使苷中糖上的醇羥基脫氫，從而使全甲基化反應(yīng)可以迅速完成，二甲亞砜只起催化作用:七、糖鏈結(jié)構(gòu)的測定

此法反應(yīng)迅速、完全、無需特殊裝置、可在室溫下連續(xù)反應(yīng)，是目前最常用的全甲基化方法。但因在反應(yīng)中，所用二甲亞砜和NaH均呈強(qiáng)堿性，故分子中有酯鍵的苷類不宜用