第二章糖和苷.ppt
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1、目的和要求 掌握糖的立体结构及主要化学性质、苷的分类、苷键的裂解规律、糖的核磁共振谱学特征等;了解多糖的结构、提取分离方法和多糖的结构鉴定。 重点和难点 1、重点:常见单糖的结构特征; 糖的化学性质;苷键裂解的反应机理及影响水解的因素;糖的结构鉴定。 2、难点:苷键裂解的反应机理及影响水解的因素;1H-NMR在糖和苷类成分结构鉴定中的应用。,第二章 糖和苷,糖类(saccharide):亦称碳水化合物,是植物光合作用的一次代谢产物,同时也是绝大多数天然产物合成的初始原料。 苷类(glycosides):亦称苷或配糖体,是由糖或糖的衍生物(氨基糖、糖醛酸等)与另一非糖物质(苷元或糖苷配基)通过糖
2、的端基碳原子连结而成的一类化合物。,第二章 糖和苷,第一节、单糖的立体化学 第二节、糖和苷的分类 第三节、糖的性质 第四节、苷键的裂解 第五节、糖的核磁共振性质 第六节:糖链的结构测定 第七节、糖及苷的提取分离,第二章 糖和苷,第一节 单糖的立体结构,单糖(monosaccharides)是多羟基醛和酮,是组成糖类及其衍生物的基本单元。,一、单糖的结构 表示单糖结构式的方法有三种,即Fischer投影式、Haworth投影式和优势构象式。 单糖的氧环 五元氧环(呋喃型糖)六元氧环(吡喃型糖),单糖结构的表示方法:,Fisher式 Haworth式 简略式 优势构象式 D-葡萄糖 -D-葡萄糖,
3、一、单糖的结构,二、糖的绝对构型(D、L) 以-OH甘油醛为标准,将单糖分子的编号最大的不对称碳原子的构型与甘油醛作比较而命名分子构型的方法。,二、糖的绝对构型(D、L),习惯上将单糖Fischer 投影式中距羰基最远的那个不对称碳原子的构型定为整个糖分子的绝对构型。其羟基向右的为D型,向左的为L型;,二、糖的绝对构型(D、L),三、差向异构体(端基异构体),Fischer: C1-OH与C5-R同侧为型,异侧为型。Haworth: C1-OH与C5-R同侧为型,异侧为型。,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。,三、差向异构体(端基异构体):,Angyal
4、用总自由能来分析构象式的稳定性,比较二种构象式的总自由能差值,能量低的是优势构象。 如:葡萄糖的二种构象式的比较:,四、环的构象,一、 单糖类: 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(aldopentose) 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:,第二节糖和苷的分类,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
5、-galactose)等。 其中以D-葡萄糖最为常见。,一、 单糖,3 、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:,一、 单糖,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。,一、 单糖,5 、支碳链糖 糖链中含有支链,如D-芹糖 (D-apiose) 、D-金缕梅糖 (D-hamamelose)、L-链酶糖(L-rhamaose,Rha),一、 单糖,D-芹糖 (D-a
6、piose),L-链酶糖 (L-rhamaose,Rha),6、 氨基糖(amino sugar) 单糖的一个或几个醇羟基置换成氨基。,一、 单糖,7 、去氧糖 (deoxysugar) 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。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。,(一个或两个羟基被氢取代),一、 单糖,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 aci
7、d)。糖醛酸易环合成内酯,在水溶液中呈平衡状态。,一、 单糖,9、糖醇类 单糖中的羰基被还原成羟基的化合物称为糖醇。,D-甘露醇,一、 单糖,10、环醇类(cyclitol) 环状的多羟基化合物称为环醇。,cis-inositols(肌醇),cyclitols(牛奶菜醇),一、 单糖,定义:是指由29个单糖基通过苷键键合而成的直糖链或支糖糖的聚糖。 低聚糖在天然界的存在形式:非游离,为多聚糖的酶或酸水降解产物或苷的糖元部分。,二、低聚糖类,低聚糖的分类: 按有无游离的醛或酮基有还原糖或非还原糖之分,麦芽糖,1.还原糖,性质: 具有变旋现象;被弱氧化剂氧化,并能与苯肼成脎。,二、低聚糖,性质:无
8、变旋现象,无还原性,也不能成脎。,2.非还原性糖,蔗糖,二、低聚糖,按含有单糖的个数分为二糖、三糖、四糖等。 为了简明表示低聚糖的结构,常以单糖的的缩写符号来表示,如:下面的四糖结构可表示为:,-D-Galp-(14)-D-Glcp-(14)-D-Glcp,6,-D-Fruf,二、低聚糖,1,定义:多糖是由十个以上的单糖基通过苷键连接而成的一类结构复杂的大分子化合物。一般多糖都由100个以上甚至几千个单糖组成。 基本性质:甜味、强还原性的消失而不同于单糖。,三、多聚糖,多糖的分类: 按生物体内功能分支持组织(水不溶性多糖,如纤维素、甲壳等。分子呈直糖链型)和养料贮存组织(可溶于热水成胶体溶液,
9、可经酶催化水解释放单糖以供应能量,如淀粉、肝糖原等。分子为支糖链型)。 按单糖组成种类分均多糖(homosaccharide),即由一种单糖组成和杂多糖(heterosaccharide),即由二种以上单糖组成。,三、多聚糖,多糖的系统命名: 均多糖的系统命名是在糖名后加字尾-an,如葡聚糖 (glucan)、果聚糖 (fructan)、木聚糖(xylan)。 杂多糖的系统命名是用几种糖名按字母顺序排列先后,再加字尾-an,如葡萄甘露聚糖(glucomannan)、半乳甘露聚糖(galactomannan)。,三、多聚糖,常见的植物多糖 淀粉、纤维素、果聚糖、半纤维素、树胶、黏液(胶)质等。
10、常见的动物多糖 糖原、甲壳素、肝素、硫酸软骨素、透明质酸,三、多聚糖,苷类又叫配糖体或糖杂体等,是一类极为复杂、涉及面极广、数目庞大的天然药物化学成分,其生物活性及药物效用涉及医学的各个领域,是极为重要的一类化学成分。英文命名常以-in or -oside作后缀,如葛根黄素(puerarin)、葛根黄素木糖苷(puerarin xyloside)。,四、苷类,苷键原子 苷元 苷键端基碳原子,D葡萄糖苷,苷的分类: 苷类由结构看主要由二部分组成。糖和非糖部分,苷的分类也有多种方法:组成苷的是非糖物质,即苷元部分,种类繁多,十分复杂。,四、苷类,按苷键原子不同分: 氧苷(O-苷):苷键原子为O,因
11、苷元不同分: 1、醇苷:苷元上的醇羟基与糖或糖的衍生物的半缩醛或半缩酮羟基脱一分子水缩合而成的化合物。,Rhodioloside(红景天苷) Ranunculin(毛茛苷),四、苷类,醇苷苷元中不少属于萜类和甾醇类化合物,Glycyrrhizin(甘草皂苷A),四、苷类,2、酚苷:苷元上的酚羟基与糖或糖的衍生物的半缩醛或半缩酮羟基脱一分子水缩合而成的化合物。天然药物中为数很多,根据苷元不同又分为: 苯酚苷,如:,Gastrodin(天麻苷),四、苷类,萘酚苷,如:,Hydrojuglone (氢化胡桃叶醌苷),四、苷类,蒽醌苷,如:,大黄酚苷,四、苷类,香豆素苷,如:,Esculin(七叶苷)
12、,四、苷类,黄酮苷,如:,Baicalin(黄芩苷),四、苷类,3、氰苷 氰苷是一类羟基腈与糖分子的端基羟基间缩合的衍生物,根据羟基与腈基的位置不同有: -羟基腈苷,如:,四、苷类,苦杏仁苷 (氰苷),-羟基腈苷,如:,垂盆草苷 (Sarmentosin),四、苷类,4、酯苷(酰苷):苷元上的羧基与糖或糖的衍生物的半缩醛或半缩酮羟基脱一分子水缩合而成的化合物。此类苷键既有缩醛的性质,又有酯的性质,易为稀酸或稀碱水解。如:,Tuliposide A (山慈菇苷A),四、苷类,5、吲哚苷:是吲哚醇羟基与糖脱水缩合的苷类。如,indicum(靛苷),四、苷类,(二)硫苷(S-苷):苷键原子为硫,是糖
13、上端基羟基与苷元上的巯基缩合而成的苷。如:,glucoraphenin(萝卜苷),四、苷类,(三)氮苷(N-苷):苷键原子为N,是苷元上胺基与糖缩合而成的一类苷。如核苷是核酸的重要组成部分,N苷是生化领域的重要物质。如:,Adenosine(腺苷) crotonside(巴豆苷),四、苷类,(四)碳苷(C-苷):是糖基直接接在碳原子上的苷类。天然药物中常见的碳苷以黄酮、蒽醌类为多。如:,Vitexin(牡荆素),四、苷类,1、溶解性糖小分子极性大,水溶性好聚合度增高 水溶性下降。 多糖难溶于冷水,或溶于热水成胶体溶液。单糖极性 双糖极性 (与羟基和碳的分担比有关,即按-OH/C的分担情况而定)
14、 苷亲水性(与连接糖的数目、位置有关) 苷元亲脂性,第三节 糖的性质,2、味觉单糖低聚糖甜味。多糖无甜味(随着糖的聚合度增高,则甜味减小)苷类苦、甜等(人参皂苷)(甜菊苷),第三节 糖的性质,3、旋光性具有多个不对称碳原子用于苷键构型的测定(即、苷键)。多数苷类呈左旋。,第三节 糖的性质,4、化学反应 (一)氧化反应 单糖的分子有醛(酮)、伯醇、仲醇和邻二醇等结构,氧化条件不同其产物也不同。 如:,第三节 糖的性质,糖分子化学反应的活泼性:端基碳原子 伯碳 仲碳(即C1-OH、C6-OH、C2 C3 C4-OH),第三节 糖的性质,以过碘酸反应为例来了解糖的氧化反应的应用 过碘酸反应 主要作用
15、于:邻二醇、-氨基醇、-羟基醛(酮)、邻二酮和某些活性次甲基等结构。,第三节 糖的性质,邻羟基:,第三节 糖的性质,-羟基酮:-氨基醇:邻二酮:,第三节 糖的性质,用途: 推测糖中邻二-OH多少;(试剂与反应物基本是1:1); 同一分子式的糖,推测是吡喃糖还是呋喃糖;,第三节 糖的性质,推测低聚糖和多聚糖的聚合度; 推测1,3连接还是1,4连接 (糖与糖连接的位置),第三节 糖的性质,(二)糠醛形成反应(Molish反应),第三节 糖的性质,第三节 糖的性质,最常用于糖类和苷的检测反应:Molish反应:样品 + 浓H2SO4 + -萘酚 棕色环 多糖、低聚糖、单糖、苷类Molish反应= (
16、+),第三节 糖的性质,(三)羟基反应 糖的-OH反应醚化、酯化和缩醛(酮)化。 反应活性:最活泼的半缩醛羟基(C1-OH)其次是伯醇基(C6-OH)仲醇次之。 (伯醇因其处于末端的空间,对反应有利,因此活性高于仲醇。),第三节 糖的性质,络合反应糖的邻二-OH可与许多试剂生成络合物,借生成络合物的某些物理常数的改变,可以有助于糖的分离、鉴定和构型推定。 重要的如:硼酸络合物、钼酸络合物、铜氨离子络合物等。糖 + 硼酸 络合物(酸性增加、可离子化) (H3BO3是接受电子对的Lewis酸),第三节 糖的性质,几个概念: 原生苷:是指天然药物中原始存在状态的苷,也称第一苷 次生苷:是指原始苷被部
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