第2章糖和苷

Report
第二章 糖和苷
厦门大学医学院药学系
丘鹰昆
[email protected]
• 概述
• 结构类型
• 糖苷分类
• 糖和苷的物理性质
• 糖的化学性质
• 苷键的裂解
• 糖的提取分离
• 糖的鉴定和糖链结构的测定
本章基本内容
• 糖类(saccharide)
– 亦称碳水化合物(carbohydrate)
– 是植物光合作用的初生产物
– 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
– 是由糖或糖衍生物与另一非糖物质 (苷元, aglycone
或配基, -genin)
– 通过糖的半缩醛或半缩酮羟基与苷元,脱水形成的
基本概念
• 分布广泛,常常占植物干重的80~90%
• 主要活性:抗肿瘤、抗肝炎、抗心血管疾病、
抗衰老等
– 例:人参、灵芝、黄芪、枸杞子、香菇、刺五加…
• 生命活动所必需的四大类化合物
– 糖类、核酸、蛋白质、脂质
简介
第1节 单糖的立体化学
• 单糖
– 多羟基醛 (酮)类
– 水溶液中主要以环状半缩醛 (酮)形式存在
• 理论上,有多个位置上的OH可与C=O成环
• 由于环张力因素,自然界的糖存在形式为
– 5元氧环 (呋喃型糖,furanose)
– 6元氧环 (吡喃型糖,pyranose)
– 成苷后,缩 (酮)结构固定
• 单糖结构的3种表示方法
– Fischer投影式
– Haworth投影式
– 优势构象式
H
HO
H
H
CHO
OH
H
OH
OH
CH2OH
Fischer ʽ
O
O
Haworth ʽ ÓÅÊÆ
¹ ¹ Ï óʽ
1、单糖的立体结构表示法
• 基本规则
– 主C链上下排列
– 氧化程度高的在上
– 横前竖后
• 缺点:不能真实表示单糖在水溶液中半缩醛
(酮)的环状存在形式
H
HO
H
H
CHO
OH
H
OH
OH
CH2OH
CHO
OH
CHO
HO
OH
OH
CH2OH
D-葡萄糖
Fischer投影式
CH2OH
• Fischer式与Haworth式的改换
– Fischer式成环
• 保证环张力最小
• 成环C取代基发生了旋转: H的位置发生的变换
– Fischer式右侧的在环下
– Fischer式左侧的在环上
CHO
O
CH2OH
D- Æ
Ï Ì ÑÌ Ç
2、Fischer与Haworth式的改换
Fischer ʽ
H
H
HO
H
H
CHO
OH
H
OH
OH
CH2OH
H
HO
H
H
Haworth ʽ
OH
OH
H
OH
O
CH2OH
H
OH
H
HO
H
HOH2C
OH
H
OH
H
Haworth ¼òʽ
HO
O
O
OH
HO
O
OH
OH
- D- Æ
Ï Ì ÑÌ Ç
HO
H
HO
H
H
H
OH
H
OH
HO
O
CH2OH
H
HO
H
HOH2C
H
OH
H
OH
H
HO
O
OOH
OH
HO
OH
- D- Æ
Ï Ì ÑÌ Ç
Fischer式与Haworth式的改换
O
• 以α-OH甘油醛为标准,将单糖分子的编号最
大的不对称C原子的构型与甘油醛作比较而命
名分子构型的方法
CHO
H C OH
CH2OH
CHO
HO C H
CH2OH
D--ôÇ»ù¸ ÊÓÍ È©
L--ôÇ»ù¸ ÊÓÍ È©
3、单糖的绝对构型 (D、L)
• Fischer式中,最后1个手性C上的OH
– 向右的为D型
– 向左的为L型
CHO
OH
CHO
OH
HO
HO
OH
OH
CH2OH
D-Æ
Ï Ì ÑÌ Ç
CHO
H
OH
CH2OH
D--ôÇ»ù¸ ÊÓÍ È©
Fischer式
OH
HO
CH2OH
L-Æ
Ï Ì ÑÌ Ç
• 最后1个手性C参与成环
– 依据最后1个手性C :C5 (吡喃糖)或C4 (呋喃糖)上
大取代基的方向
HO
• 向上为D型
• 向下为L型
O
OH
OH
HO
O
OH
HO
O
OH
HO
HO
OH
OH
D-ßÁà«Æ
Ï Ì ÑÌ Ç L-ßÁà«Æ
Ï Ì ÑÌ Ç
O
OH
OH
HO OH
D-߻ૺ ËÌ Ç
HO
• 呋喃型已醛糖
• 吡喃型戊醛糖
• 吡喃型已酮糖
Haworth式
OH
L-ß»à«Ä¾Ì Ç
• 最后1个手性C (原构型标准) 未参与成环
– 依据该手性C原有构型判断
OH
• 呋喃型已醛糖,C5-C6部分成为环外侧链
– C5-R者为D型
– C5-S者为L型
O
OH
HOH2C
HO
O
R OH
OH
OH
D-ß»à«Æ
Ï Ì ÑÌ Ç
OH
OH
R OH
CH2OH
D-߻૰ëÈéÌ Ç
• 吡喃型戊醛糖 (C4-OH) 、吡喃型已酮糖 (C5OH)
– 环上者为L构型: S构型
– 环下者为D构型: R构型
CH2OH
O
CHO
OH
4
HO
OH
CH2OH
D-Ä¾Ì Ç
O
OH
HO
OH
HO
OH
OH
OH
CH2OH
D-¹ ûÌ Ç
5
O
HO
OH
HO
OH
OH
• C1-OH与最后1个手性C [C5 (六碳糖)或C4 (五
碳糖)]上取代基间的相对构型
• Fischer式
– 顺式为α
– 反式为β
HO
O
CH2OH
Í ¬² à
CHO
OH
H
OH
HO
Òì ² à
• Haworth式
– 同侧为β
– 异侧为α
H
OH
OH
CH2OH
Í ¬² à
O
CH2OH
O
O
¦ Â- D- Æ
Ï Ì ÑÌ Ç
Òì ² à
¦ Á- D- Æ
Ï Ì ÑÌ Ç
4、单糖的相对构型 (α,β)
• 最后1个手性C (原构型标准) 未参与成环的
Haworth式
HOH2C
– 先判断糖D、L构型,再判断α、β
– 习惯上D型糖中C1-OH
• 处环上者为α体
• 环下者为β体
O
R OH
OH
OH
 -D-ß»à«Æ
Ï Ì ÑÌ Ç
• 处环上者为β体
• 环下者为α体
– 在L型糖中相反
HO
OOH
OH
HO OOH
OH
HO
OH
 -D-ßÁà«Ä¾Ì Ç
OH
- L-ßÁà«°¢À- ² ®Ì Ç
HO
O
4 (5)
3 (4)
OH
O
1 (2)
OH
HO
HOO
H
2 (3)
OH
O
£®
£®1
OH
5£®
5
4
3
2
(4)C1ʽ, Nʽ
O
4
3
1
£®
2
(1)C4ʽ, Aʽ
5、单糖的优势构象式
O
OH
OH
• Angyal用总自由能来分析构象式的稳定性,
比较二种构象式的总如:葡萄糖的自由能差值,
能量低的是优势构象。
• 二种构象式的比较:
HO
HO
OH
O
OH
OH
OH
(1)C4ʽ, Aʽ
OOH
OH
HO
OH
HO
HO
O
H
O
OH
OH
(4)C1ʽ, Nʽ
第2节 糖和苷的分类
• 已发现的种类
– 200多种
– 3~8个C,其中五、六碳糖最多
• 存在形式
– 多为结合状态
– 仅有葡萄糖、果糖等少数为游离存在
• 词根
–
–
–
–
–
–
–
–
呋喃糖
吡喃糖
配基
苷
糖
糖醛酸
氨基糖
糖醇
-furanose
-pyranose
-genin
-oside
-ose
-uronic acid
-samine
-itol
1、单糖类
• L-阿拉伯糖 (Larabinose, Ara)
• D-木糖 (D-xylose, Xyl)
• D-核糖 (D-ribose, Rib)
O
OH
CHO
¦Â
HO
HO
OH
HO
¦Â
CH2OH
D- Ä¾Ì Ç
CHO
OH
HO
OH
OH
CH2OH
CH2OH
¦Á
OH
O
CHO
OH
OH
¦Á
O
OH
HO
HO
HO
O
OH
OH
OH
HO O
OH
OH
OH
-L-Arabinofuranose
CHO
OH
OH
OH
CH2OH
OH
OH
O
OH
HO
OH
OH
-D-Xylulofuranose
1) 五碳醛糖 (aldopentose)
O
OH
HO OH
O
OH
HO
HO OH
-D-Ribofuranose
• D-葡萄糖 (D-glucose, Glc)
• D-甘露糖 (D-mannose, Man)
• D-半乳糖 (D-galactose, Gal)
• D-阿洛糖 (D-allose, All)
CHO
OH
HO
OH
OH
CH2OH
D-Æ
Ï Ì ÑÌ Ç
CHO
OH
¦Â
HO
O
OH
HO
HO
OH
HO
OH
¦Á
OH
CH2OH
D-°ëÈéÌ Ç
¦Â
HO
HO O
OH
OH
OH
¦Á
CHO
HO
HO
OH
OH
CH2OH
HO
¦Â
O
OHOH OH
HO
D-¸ ÊÂ¶Ì Ç
2) 六碳醛糖 (aldohexose)
¦Á
• D-果糖 (D-fructose, Fru)
• L-山梨糖 (L-sorbose)
CHO
O
HO
OH
OH
CH2OH
HO
O
HO
O
HO
¦Â
ß»à«
¦Á
-OH
-OH
HO
OH
HO
µ±¹ ¹ ³ ɶþÌ Ç»ò¶àÌ Çʱ
¦Â
µ±ÓÎ Àë´ æ
ÔÚʱ
D-¹ ûÌ Ç
CHO
O
HO
OH
HO
CH2OH
L-ɽÀæ
ÌÇ
3) 六碳酮糖
ßÁà«
¦Á
• L-鼠李糖 (L-rhamnose, Rha)
CHO
OH
OH
HO
HO
¦Á
HO
O
OH
HO OH
¦Â
CH3
L- ÊóÀî Ì Ç
4) 甲基五碳醛糖
• D-芹糖 (D-apicose, Api)
CHO
OH
HOH2C
OH
CH2OH
HO O OH
D-ÇÛÌ Ç
-D-ÇÛÌ Ç
OHOH
5) 支碳链糖
• 是指单糖的伯或仲醇基置换成氨基的糖类
– 主要存在于动物和微生物中
– 龙虾甲壳中得到的葡萄糖胺 (2-氨基-2-去氧-D-葡萄
糖)为第1个发现的
– 天然存在的大多为2-氨基-2-去氧醛糖
– 氨基取代后往往对药理活性有较大的影响
HO
HO
O
OH
NH3
OH
O
OH
OH
HO
HO
OH
NH2
2- °±»ù- 2- È¥Ñõ- D- Æ
Ï Ì ÑÌ Ç
6) 氨基糖 (amino sugar)
• 单糖分子的1~2个OH为H原子代替的糖
– 常见6-去氧糖、2,6-二去氧糖
– 主要存在于强心苷和微生物代谢产物中
HO
O
OH
HO
2- È¥ÑõÌ Ç
OH
O
OH
OH
HO
O
OH
OH
HO
OH
6- È¥ÑõÌ Ç
2, 6- ¶þÈ¥ÑõÌ Ç
7) 去氧糖 (dexylsugars)
• 单糖分子中伯醇基氧化成羧基的化合物
– 存在于多糖、苷中
– 常见的类型:葡萄糖醛酸、半乳糖醛酸
– 糖醛酸在水溶液中易环合成内酯,以平衡状态存在
HO
OOH
OH
HO
C6- OHÑõ»¯³ ÉËá
COOH
OOH
OH
HO
OH
HOH2C
HO
O
OH
OH
OH
O
OOH
O
HO
OH
COOH
OH
C6- OHÑõ»¯³ ÉËá HO
O
OH
OH
OH
O
HO
O
O
OH
OH
8) 糖醛酸 (uronic acid)
• 单糖的醛或酮基还原成OH后所得的多元醇
– 自然界分布很广
– 有的具有甜味
• D-山梨醇 (D-sorbitol)
• D-甘露醇 (D-mannitol)
• D-木糖醇 (D-xylitol)
CH2OH
OH
HO
木糖醇的制备
玉米芯、花生壳、甘蔗渣中含有多聚戊糖,将
其粉碎,加硫酸、水加热,水解生成木糖→精
制→催化加氢,就得到木糖醇
CH2OH
HO
HO
CH2OH
OH
OH
OH
CH2OH
OH
OH
CH2OH
D-ɽÀæ
´¼
D-¸ ʶ´ ¼
9) 糖醇
HO
OH
CH2OH
D-Ä¾Ì Ç´ ¼
• 环状多羟基化合物,从生源看属单糖衍生物
– 游离或成苷
– 具有很好的水溶性
• 环六醇 (肌醇,inositols),9个异构体
OHOH
HO
OH
OHOH
cis-inositol
10) 环醇 (cyclitols)
• 定义
– 2 ~ 9 个单糖分子
– 通过苷键结合而成的
– 直链或支链聚糖
HO
O
OH
• 分类
– 糖个数:双糖、三糖……
– 是否具有游离醛、酮C=O
• 还原糖
• 非还原糖
• 如:
– 蔗糖 (sucrose)
• α-D-葡萄糖-(1→2)-β-D-果糖
– 麦芽糖 (maltose)
HO
HO
HO
O
O
HO 2
HO
HO
HOO
H
1
OH
O
HO
O
O
H
OH
O
OH
OH
• α-D-葡萄糖-(1→4)- β-D-葡萄糖
2、低聚糖类 (oligosaccharides)
• 环糊精 (cyclodextrin)
– 由Bacillus macerans等菌产生的一种淀粉,可将淀
粉水解为6~8个葡萄糖以1,4-环状结合的低聚糖
– 6、7、8聚体称为:α、β、γ-环糊精
– 特点
• 良好水溶性
• 分子内侧具有疏水性,可包合脂溶性药物
• 由于具有多个手性中心,可用于手性分离
环糊精
• p: 吡喃型
• f: 呋喃型
α-D-Galp-(1→4)-β-D-Glcp-(1→4)-β-D-Glcp
6
↑
2
β-D-Fruf
• 更正:
– p67文字
– p 68图
HO
OH
HO
OH
O
HO HO
O
O
HO
HO
O
O
OO
O
H
OH H
OH
低聚糖的简明表示方法
O
OH
OH
• 10个以上单糖通过苷键结合而成
– 按生物体内功能分类
• 动植物的支持组织:纤维素、甲壳素等
– 不溶于水
– 分子呈直线型
• 动植物用于贮存养料的:淀粉、肝糖元等
– 可溶于热水成胶体溶液
– 分子呈支链型
– 按单糖组成分类 (-an)
• 均多糖:由1种单糖组成
– 葡聚糖 (glucan), 果聚糖 (frucan)
• 杂多糖:由2种以上单糖组成
– 葡萄甘露聚糖 (glucomannan), 半乳甘露聚糖 (galactomannan)
– 许多多糖还含有O-乙酰基、N-乙酰基、磺酸酯等
3、多糖类 (polysaccharides)
• 香菇多糖:抗肿瘤
[
β-D-Glcp
β-D-Glcp
1
1
↓
↓
6
6
β-D-Glcp-(1→3)-β-D-Glcp-(1→3)-β-D-Glcp-(1→3)-β-D-Glcp-(1→3)-β-D-Glcp
• 人参多糖:抗肿瘤、抗突变
• 女贞子多糖:免疫增强
• 茶叶多糖:抗凝血、抗血栓、降血脂
几个重要的多糖
]n
• 淀粉 (starch)
– 由直链淀粉 (糖淀粉) +支链淀粉 (胶淀粉)组成
• 糖淀粉:α(1→4)连接D-葡聚糖,溶于热水得澄明溶液,占17~34%
• 胶淀粉: α(1→4)或α(1→6)连接D-葡聚糖,溶于热水呈粘胶状
– 呈螺旋状,每个螺环6个葡萄糖分子
– 碘分子、离子可进入螺环通道,形成有色的包结化合物→
显色
• 平均聚合度越大,颜色越深
– 糖淀粉:蓝色
– 胶淀粉:因为有分支,平均聚合度只有20~25,呈紫红色
• 纤维素 (cellulose)
–
–
–
–
聚合度3000~5000的β(1→4)结合直链葡聚糖
直线状
人、肉食动物所含的β-苷酶很少,故无法吸收 利用
微生物、原生动物、反刍动物可利用
1) 植物多糖
• 果聚糖 (fructans)
– 菊淀粉 (inulin): D-Fru-(2→4)-β-D-Glc, 聚合度35,
可用于测定肾清除率
– levans: D-Fru-(2→6)-β-D-Glc,也有β(2→1)分支
• 半纤维素 (hemicellulose)
– 杂多糖
– 可被碱水溶解的酸性多糖:支链上多有糖醛酸
• 树胶 (gum)
• 粘液质 (mucilage)、粘胶质 (pectic substance)
• 糖原 (glycogen)
– 结构类似淀粉,但聚合度较大、分支更高
– 遇碘:红褐色
• 甲壳素 (chitin)
– 由N-乙酰葡萄糖胺通过β(1→4)连接而成
– 结构、稳定性与纤维素类似
2) 动物多糖
• 酸性粘多糖 (acid mucopolysaccharide)
– 亦称:糖胺聚糖 (glycosaminoglycan)
– 由氨基己糖+糖醛酸组成的杂多糖
– 如:
• 肝素
• 硫酸软骨素
• 透明质酸
– 常以蛋白质结合状态存在,统称:蛋白聚糖
CH3OSO 3H
O
• 肝素 (heparin)
OH
– 由2种二糖单元A、B聚合而成
– 高度硫酸酯化的右旋多糖,糖
链上常接有丝氨酸、小肽
– 很强的抗凝血作用
OO
COOH
OH
O
NHSO3H
NHSO3H
OH
OSO 3H
OSO 3H
A
B
OSO 3H
CH2OH
OO
HO3SO
COOH
OO
HO3SO
COOH
OO
OH
OH
NHCOCH3
OSO 3H
ÁòËáÈí ¹ ÇËØA
OH
COOH
O
O
HO
OH
OO
NHCOCH3
O
OSO 3H
Í ¸ Ã÷ÖÊËá
酸性粘多糖
OO
NHCOCH3
O
OSO 3H
• 透明质酸 (hyaluronic acid)
O
O
O
• A:软骨的主要成分
• B:硫酸皮肤素,半乳糖胺L伊杜糖醛酸双糖聚合物
– 存在于眼球玻璃体、关节液中
的酸性粘多糖
– 润滑、缓冲作用
COOH OH
OO
O
• 硫酸软骨素 (chondroitin
sulfate)
– 降血脂作用
– 动物组织的基础物质:包括A、
B、C数种
CH3OSO 3H
O
C
• 糖与非糖组成的化合物——苷
• 分类
– 按苷原子不同分类:O、S、N、C-苷
– 按苷元不同分类:黄酮苷、蒽醌、香豆素、强心苷、皂苷
– 按端基碳构型分
• α苷,多为L型;
• β苷,多为D型。
– 按连接单糖个数分:单糖苷、双糖苷、叁糖苷 ……
– 按糖链个数分
• 1个位置成苷——单糖链
• 2个位置成苷——双糖链
– 按生物体内存在分
• 原级苷——在植物体内原存在的苷
• 次级苷——原级苷水解掉一个糖或结构发生改变
4、苷类
• 按苷键不同分类
– 醇苷
• 是通过醇羟基与糖端基羟基脱水而成的苷
– 酚苷
• 是通过酚羟基而成的苷
– 酯苷
• 苷元以-COOH和糖的端基碳相连接的是酯苷
– 氰苷
• α-羟腈苷
– 己发现50多种
• γ-羟腈苷
• 氧化偶氮类
1) O-苷
• 红景天苷 (rhodioloside)
– 强壮增强适应力
COOCH3
HO
HO
• 毛茛苷 (ranunculin)
– 杀虫、杀菌
OO
OH
OH
HO
OH
O
O
OO
OH
O
HOH2C
HO
HO
OH
O
O
OH
HO
OH
º ì ¾°Ì ì ÜÕ
ëݢÜÕ
¾©ÄáÆ
½ÜÕ
• 京尼平苷 (geniposide)
– 栀子
– 泻下、利胆
O
COOH
O
– 抗肿瘤
OO
OH
HO
HOOC
OO
OH
HO
HO
HOOC
• 甘草酸
NaOOC
O
O
O
OH
O
HO
OO
HO
O
OH
OH
HO
OH
• 海星环苷
醇苷
¸ ʲ ÝËá
OH
º £ÐÇ»· ÜÕ
• 天麻苷 (gastrodin)
– 镇静
HO
• 番泻苷A (sennoside A)
– 泻下
• 芦丁 (rutin)
OH
HO
O
O
OH
O
OH
HO
OO
OH
OH
H
COOH
COOH
H
HO
OH
HO
O
OO
OH
– 软化血管
Ì ì ÂéÜÕ
OH
· ¬Ðº ÜÕ A
HO
OH
• 秦皮素
OH
– 抗菌
OH
HO
O
OH O
«¶¡
酚苷
HO
OO
OH
O
rutinose
HO
OH
ÇØÆ
¤ËØ
O
O
• α-羟氰苷
– 体内产生HCN发挥镇咳作用,过量→死亡
– 服用乳糖→竞争体内的β-葡萄糖苷酶→预防中毒、提高
LD50
RO N
HO N
H
C
C
OO
OH
OO
OH
HO
HO
OH
R=H
gl c
Ï ¡ H+£¬Ã¸
O
R1
R1
N
C
R2 O
ÌÇ
Ũ H+
-
OH
R2
R1 COOH
C
R2 OH
+
HCN
+
NH4
+
-
R1 COO
C
R2 O
ÌÇ
+
ÌÇ
+
ÌÇ
H+
+
NH3
R1 COOH
C
R2 OH
R
OH
Ò°Ó£ÜÕ
¿àÐÓÈÊÜÕ
+
R=H
CH3
ÌÇ
氰苷 (cyanogenic glycoside)
ÑÇÂéÇèÜÕ
°ÙÂö¸ ùÜÕ
• γ-羟氰苷
– 垂盆草苷:降低谷丙转氨酶
– 稀碱,水解→异垂盆草苷
HO
HOO
O
H
HO
..
O
N
OH
HO
HOO
O
H
O
O
HO
HOO
O
H
O
+
-
N C
´ ¹ Åè² ÝÜÕ
O
N C
OH
OH
Òì ´ ¹ Åè² ÝÜÕ
• 氧偶氮苷类
– 苏铁苷 (cycasin)、新苏铁苷 (neocycasin)
– 肝脏内代谢→CH2N2→毒性
R1
O
OO
O R2
HO
OH
氰苷
N N
O
• 酯苷的苷键
– 酯的性质
– 缩醛的性质
HO
HO
OO
OH
HO
O
OH
O
O
+
OOH
OH
HO
OH
OH
ɽ´ ȹ ½ÜÕ A
O
HO
HO
HOH2C
O
HO
O
OH
HO
HO
O
O
OH
R=H ¹ Ï ×Ó½ðÔí ÜÕÒÒ
Gl c ¹ Ï ×Ó½ðÔí ÜÕ¶¡
酯苷 (酰苷)
HO
O R
• 靛苷 (indicant)
• 菘蓝苷 (isatan B)
O
N
H
O
OH
+
[O]
H
HO
N
H
N
H
O
OH
O
HO
OH
µåÜÕ
µåÀ¶
O
OH
O
HO
O
N
H
HO
OH
HOOC
OH
OHN
H
+
Ý¿À¶ÜÕ
OH
O
HO
HO
OH
¹ ûÌ ÇÍ ªËá
吲哚苷
H
N
• 萝卜苷 (glucoraphenin)
• 黑芥子苷 (sinigrin)
• 白芥子苷 (sinalbin)
N
HO
OS
OH
HO
OSO3
-
R
Name
S
O
R
Âܲ · ÜÕ
-CH2CH=CH2 ºÚ½æ
×ÓÜÕ
OH
OH °×½
æ
×ÓÜÕ
2) S-苷
• 腺苷 (adenosine)
• 鸟苷 (guanosine)
• 胞苷 (cytidine)
• 尿苷 (uridine)
• 巴豆苷 (crotonoside)
NH2
O
N
N
HN
N
N
NH2
N
N
N
N
HN
N
N
O
N
HO H
N
O
N
HO H
N
HO
HO
O
O
O
O
O
HO OH
HO OH
HO OH
HO OH
A
C
3) N-苷
U
• 活性C,电子云密度高,易形成C苷
–
–
–
–
苷元多为间苯二酚、间苯三酚
主要为黄酮、查耳酮、蒽醌、蒽酮、酚酸等
化学性质:难以水解
消化道中的部分微生物可以水解
O
R1
R2
Name
OH O
H
Glc
牡荆素
Glc
Glc
H
Glc
异牡荆素
三色堇素
OH
R2
HO
R1
4) C苷
Glc
HO
O
Glc
OH
HO
O
OH
OH
OH
OH O
OH O
â¹ ûÜÕ
OH O
Òì â¹ ûÜÕ
OH O
OH
OH
CH2OH
CH2OH
H Glc
H Glc
«ÜöÜÕ
OH
OH O
Glc
OH
OH O
COOH
H3CO
HO
OH
OH
OH O
O
HO
O
ëÙÖ¬Ëá
°«µØ² èËØ
第3节 糖的化学性质
• 溶解性
– 糖
• 小分子极性大,水溶性好
• 单糖极性 > 双糖极性
– 与-OH/C的分担情况而定
• 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
– 苷:亲水性
• 与连接糖的数目、位置有关
– 苷元:亲脂性
• 味觉
– 单糖~低聚糖:甜
– 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
物理性质
• 旋光性
– 具有加和性,可用于苷键构型的测定
• [M]α=+A+B
• [M]β=-A+B
• 端基C的旋光贡献
-A RO
H
H
OH
OR +A
OH
HO
HO
OH
O
CH2OH
B
OH
O
CH2OH
– C1=1/2 ([M]α–[M]β)
– 规则
• 1对糖或苷的端基异构体分子旋光差为2A,只与端基旋
光性有关
• 分子旋光和2B:只与下端有关,与端基C无关
• D系糖α型比β型更右旋
• L系糖α型比β型更左旋
旋光性
• Klyne法
– 将苷和苷元的分子旋光差
– 与组成该苷的糖的一对甲苷的分子旋光度进行比较
– 数值上相接近的一个便是与之有相同苷键的一个
• 摩尔旋光度[M]=[α]×M/100=αM/(100cL)
• 单糖基团的活泼性顺序
– 半缩醛 (酮) > 伯醇 > 仲醇
• 2-OH > 3,4-OH
• e键-OH > a键-OH
COOH
OH
• 反应条件与产物
– -CHO→-COOH
CHO
OH
Br2/H2O
HO
OH
OH
CH2OH
• 银镜反应:Ag+→Ag
• 弗林反应:Cu2+→Cu2O 砖红色↓
• Br2/H2O :褪色
HO
OH
OH
CH2OH
– HNO3: 醛糖→糖二酸
– HIO4、Pb(Ac)4氧化:邻二醇-OH
一、氧化反应
Ï ¡ HNO3
COOH
OH
HO
OH
OH
COOH
• 主要作用于
–
–
–
–
–
邻二醇
α-氨基醇
α-羟基醛(酮): 反应较慢
邻二酮:反应最慢
某些活性次甲基等结构
H
R C
IO 4
H
C R'
R-CHO + R'-CHO
OH OH
H
H
H
C
C
C
2 IO 4
R-CHO + R'-CHO + HCOOH
OH OH OH
H
H
C
C
IO 4-
R-CHO + R'-CHO + NH3
NH2OH
H
R C C R'
OH O
R C O
IO 4-
IO 4
HO C O
过碘酸反应
R-CHO + R'-COOH
R-COOH +
R'-COOH
• 反应条件
– 含水溶液(否则不反应)
– 避光
• 反应特点
– 反应定量进行
– 降解产物稳定
– 生成的HIO3可滴定
• 反应速度
6
HO
O
O
OH
O
OH
1
OH OH
O
OH
1, 6¦ Â- D- Æ
Ï Ì Ñß»à«Ì Çôû
– 顺式 > 反式
• 中、酸性条件下:顺式易形成环式中间体
• 碱性条件下:速度相差不大
– 吡喃糖 > 呋喃糖
– 在异边而无扭转余地的邻二醇不起反应
反应特点
1, 6¦ Á- D- °ëÈéß»à«Ì Çôû
• 与邻二醇形成五无环状酯中间体
– HIO4形成离子
O
• pH≤7: HIO4→H2IO5
HO
-,6面体
– a,e-OH可通过半船式扭曲共平面
– e,e-OH无法共平面
-
O
I
O
OH
• pH>7: HIO4→H3IO62-,8面体
– a,e; e,e-OH均可形成中间体
– 形成中间体
– 将-OH氧化为C=O
R'
H C OH
H C OH
R
-
O
H
R'
+
H2IO5-
OH
O
I
O
H C O
H C O
R-CHO
+
R'-CHO
R
反应机制
+
- H2O
O
-O
IH
O O
O
• 单糖:按Fischer式计算
• 成苷:按Haworth式某处
• 活性CH2:多消耗1分子HIO4
HO
CHO
OH
HO
OH
OH
CH2OH
D-Æ
Ï Ì ÑÌ Ç
OOH
OH
HO
3 IO4-
HO
O
CHO
OHC
+
2 HCOOH
OH
ÃѼü¿ªÁÑ
HO
2 IO4OH
HCHO
+
2 HCOOH
OHC
+
HCOOH
CHO
CH2
CH 2 OH
3 IO4
CHO
CH2
CHO
+
IO4
HCHO
+
2 HCOOH
2 IO4
HCHO
CHO
OH
CHO
HIO4消耗量的确定
+
2 HCOOH
• 推测糖中邻二-OH多少
• 推测吡喃糖、呋喃糖
• 推测低、多聚糖聚合度
• 推测1,3连接还是1,4连接
– 糖与糖连接的位置
HO
O
OH
HOH2C
HO
OR
O
OH
OR
HO
OH
HIO4
HCOOH
OH
HIO4
Î ÞHCOOH² úÉú
用途
HO
HO
OOR'
OR
HO
OOR'
OH
RO
OH
-D-Æ
Ï Ì ÑÌ Ç
OH
• 氧化能力较HIO4强
– 室温下可氧化草酸
• 立体选择性更高
– 呋喃糖反式二醇OH不能氧化
• 需要在有机溶剂中进行
– HAc, 二氧六环
– 多糖类物质使用受限
Pb(Ac)4氧化
矿酸
浓酸 (4 ~ 10N)
多糖  单糖  呋喃环结构
(10%HCl)
,
- 3H2O
R
OOH
OH
R
O
CHO
HO
OH
糖类型
R
Name
五碳糖
H
糠醛
甲基五碳糖
CH3
5-甲基糠醛
六碳糖
CH3OH
5-羟甲基糠醛
六碳糖醛酸
COOH
5-羧基糠醛
二、糠醛形成反应
• 样品 + 浓H2SO4 + α-萘酚 → 棕色环
– 多糖、低聚糖、单糖、苷类——Molish反应= ?
糠醛衍生物 芳胺或酚类缩合

 显色
(苯酚、萘酚、苯胺、蒽酮等)
Molish反应
• 反应活性
– 最高的半缩醛羟基(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
• 反应类型:醚化、酯化和缩醛(酮)化
三、羟基反应
• Haworth法(不常用)
–
–
–
–
含糖样品 + Me2SO4 + 30%NaOH → 醇-OH全甲基化
需反复6~8次
判断反应是否完全的方法:IR测试直到无-OH吸收峰为止
用途:制备成甲苷,用限量试剂,即克分子比1∶1时,可得甲苷
• Purdie法
– 样品 + MeI + Ag2O → 全甲基化 (醇-OH)
– 只能用于苷,不宜用于还原糖 (即有C1-OH的糖),∵Ag2O有氧化作用
→C1-OH氧化
• Hakomori法 (箱守法)
– 样品 + DMSO + NaH + MeI → 全甲基化:一次即可
– 该反应是在非水溶剂中,即二甲基亚砜(DMSO)溶液中进行反应
• 重氮甲烷法 (CH2N2)
– 样品 + CH2N2 / Et2O + MeOH
– 得到:部分甲基化产物,-COOH、-CHO等
1、醚化反应 (甲基化)
• OH活性与甲基化反应相同
– 即:C1-OH>C6-OH>C3-OH
– 由于C2位取代后→空间障碍→C3-OH最难
• 用途
– 判断糖上-OH数目
– 保护-OH等
2、酰化反应 (酯化反应)
• 酮或醛 + 多元醇 (有2个有适当空间位置的OH)
• 脱水剂如矿酸、无水ZnCl2、无水CuSO4等存
在下
• 形成环状缩酮 (ketal)和缩醛(acetal)
– 酮类易与顺邻-OH生成→五元环状物
– 醛类易与1,3-双-OH生成→六元环状物
• 目的:保护-OH
3、缩酮和缩醛化反应
• 糖 + 丙酮 → 五元环缩酮 (异丙叉衍生物)
– 有顺邻-OH时→五元环状物
– 无顺邻-OH时→转变为呋喃糖结构是→再生成五元
环状物
OH
O
HO
HO
OH
+
O
O
H2SO4
O
O
O
-H2O
HO
OH
O
-D-°ëÈéÌ Ç
1,2,3,4- ¶þ- O- Òì ±û² æ
- -D-°ëÈéßÁà«Ì Ç
HO
HO
HO
O
HO
HO
ת±äÎ ª
OH
OH
ß»à«ÐÍ
- D- Æ
Ï Ì ÑÌ Ç
O
O
H2SO4
O
HO
±ûÍ ª
HO
OH
O
HO
O
O
1,2,5,6- ¶þ- O- Òì ±û² æ
- -D-°ëÈéßÁà«Ì Ç
糖+酮
• 糖 + 苯甲醛 → 六元环状缩醛 (苯甲叉衍生物)
– 葡萄糖甲苷 + 苯甲醛 ⇒具1,3-OH结构
HO
HO
HO
CHO
O
OCH3
OH
+
H
H2SO4
-H2O
- D- Æ
Ï Ì ÑÌ Ç¼×ÜÕ
O
O
O
H
O
OH
4,6- O- ±½±û² æ-- DÆ
Ï Ì ÑßÁà«Ì Ǽ×ÜÕ
糖+醛
OCH3
• 还原糖 + 苯肼 → 糖腙 (易溶于水) + 2分子苯肼
→ 糖脎 (难溶于水)
– 2-去氧糖不能成脎:C2上无-OH
• 应用:糖的鉴定、分离和纯化
CHO PhNHNH2
H C OH
HC N NH
R
H C OH
R
»¹ Ô- Ì Ç
PhNHNH2
PhNHNH2
HC N NH
C O
R
Ì Çëê
四、羰基反应
HC N NH
C N
R NH
Ì ÇëÛ
• 糖的邻二-OH可与许多试剂生成络合物→物理常数的
改变→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
– 中性→酸性,应用
• 酸碱中和滴定
• 离子交换法分离
• 电泳鉴定
• 可在混有硼砂缓冲液的硅胶薄层上层析
五、硼酸络合反应
第4节 苷键的裂解
• 了解苷元结构、糖的组成、连接方式
• 方法
–
–
–
–
–
酸催化水解反应
乙酰解反应
碱催化水解和β消除反应
酶催化水解反应
氧化开裂法(Smith降解法)
• 苷键属于缩醛结构,易为稀酸催化水解
– 苷原子先质子化
– 断键生成阳碳离子或半椅型的中间体
– 水中溶剂化而成糖
a
HO
HO
O
H
+
O
HO
H
H
O R
HO
HO
O
H
..
O
HO
H
H
+
O R
HO
HO
O
H
O
..
H2O
+
HO
H+
H
..
H2O
a
HO
HO
O
H
O
..
OH
HO
H
b
b
HO
HO
O
H
O
H
HO
OH
一、酸催化水解
HO
HO
O
H
..
OH
HO
H
+
OH
• 总规律 (反应容易)
– 苷原子的电子云密度↑
– 质子化位阻↓
– 环张力↑ (稳定性↓)
酸水解的规律 (总)
• 苷键
– N > O > S > C苷
• 酰亚胺苷?
– 构型
• 苷元为小基团 ( e > a ):质子化位阻小
• 苷元为大基团 ( a > e ):稳定性
O
O
O
O
O
N
HO
Öì É°Á«ÜÕ
HO
• 苷元
– 酚苷、烯醇苷 >醇苷
– 醇苷:叔OH>仲OH>伯OH
• 糖
– 取代基的I效应
• 2,3-二去氧糖 > 2-去氧糖 > 3-去氧糖> 羟基糖 >糖醛酸>2-氨基糖
• 糖醛酸:难 (-I效应)
• 氨基糖:难 (-NH2→-NH3+,强烈-I效应)
– 呋喃糖>吡喃糖;酮糖>醛糖 (稳定性、张力)
– 糖a键多:易 (稳定性)
– C5-取代基大小:越大越难 (质子化位阻)
• 七碳糖> 六碳糖>甲基五碳糖 >五碳糖
酸水解的规律 (具体)
OH
OH
O
H
• 酸水水解法
– 5%HCl
– 得到游离的糖
– 苷元构型易改变
• 两相水解法
– 酸水+CHCl3 (有机相)
• 水层:糖
• 有机层:苷元,构型保持不变
• 温和酸水解
– 0.3% HCOOH, CH3COOH
– 选择性开裂易开裂的苷键
• 盐酸甲醇水解
– 5%HCl+MeOH
– 直接醚化半缩醛OH:能够确定糖氧环大小 (呋喃、吡喃)
酸水解的方法
• 试剂:醋酐 + 酸
– H2SO4、HClO4、CF3COOH
– Lewis酸 (ZnCl2、BF3)
• 反应条件:一般是在室温放置数天。
• 反应机理
– 与酸催化水解相似
– 但以CH3CO+为进攻基团
• 用途
– 保护苷元上的-OH、增加亲脂性
– 部分开裂苷键:鉴别多糖连接方式
二、乙酰解反应
AcO
• 易发生异构化
O
OAc
– 糖的端基
– 糖cis-C2, 3-OH
AcO
OAc
OAc
AcO
OOAc
OAc
OAc
AcO
AcO
OAc
OAc C+ OAc
H
AcO
OAc
AcO
O
OAc
AcO
OAc
OAc
OAc
+
AcO
OAc
OAc
CH2OAc
AcO
OAc
• 反应速率
– 电子云密度↑→容易
• 苷键周围有电负性强的基
团 (如环氧基):难
– α-苷键易断
– β-苷键的葡萄糖双糖的反
应速率
• (1→6) >> (1→4) >> (1→3)
>> (1→2)
乙酰化
OH电子云密度↑→难
•伯OH>仲OH>叔OH>酚OH>COOH
反应规律
• 一般苷键对稀碱是稳定的,但苷元上有吸e基
团直接与苷原子相连时,易为碱水解
–
–
–
–
酯苷
+
酚苷
烯醇苷
β-吸电子基取代的苷:β-消除反应
O
HO
OO
OH
HO
R
OOH
OH
OH-/H2O
HO
HO
OH
OH
O
O
HO
HO
HO
HO
COOH
OO
OH
O
O
OH
RCOOH
HO
H
OH
OO
OH
HO
H
OH
COOH
COOH
H
OH
4- OHÏ ã¶¹ ËØÜÕ
Ë®Ñî ÜÕ
CN
º£¾Â² ËÜÕ
三、碱催化水解
• C1-OH与C2-OH
– 反式易水解→1,6-葡萄糖酐
• 发生了二次Walden转换
– 顺式→正常的糖
* 利用水解产物可判断苷键构型
HO
O
HO
OO C6H5
OH
OH
-
Í ÑË®
HO
O H
OO C6H5
OH
HO
O
HO
-
±½· Ó¦ Â- Æ
Ï Ì ÑÌ ÇÜÕ
-
OH
-
-
O
O
OH
O
OH
HO
O
HO
OH
1, 6- Æ
Ï Ì ÑÌ Çôû
• 苷键β-位有吸e基团→α-H活化→利于OH-进攻
→与苷键共同发生消除→开裂
– 例:β(α)-CN
CN
HO

OO
H
OH

HO
HO
OHOH
COOH
HO
OO
H
OH
HO
COOH
OHHO
OH
OH
HO
ÊñÊòÜÕ
β-消除反应
• 糖还原端,游离的CO→活化邻位H
– 与3-O-或4-O-苷键起消除反应
– 碱使多糖还原端单糖逐个剥落,对非还原端无影响
– 生成的是α-脱氧糖酸
• 用途:从生成的糖酸了解还原糖的取代方式
– 3-O-代的糖可→3-脱氧糖酸
– 4-O-代的糖可→3-脱氧-2-羟甲基糖酸
– 二个以上取代的还原糖——难生成糖酸
H
RO
H
H
ÜÕ¼ü
ÜÕ¼ü¦ Â- Î »
CHO
OH
OHH
OH
OH
CH2OH
3- O- ´ úÌ Ç
CHO
OH
H
RO
H
OH
H
OH
CH2OH
-
-OR
CHO
OH
C H
H
OH
H
OH
CH2OH
»¥±ä
CHO
O
CH2
H
OH
H
OH
CH2OH
ÖØÅÅ
COOH
OH
CH2
H
OH
H
OH
CH2OH
COOH
HO
+
3- Í ÑÑõ- D°¢À- ² ®ÒÑÌ ÇËá
CH2
H
OH
H
OH
CH2OH
3- Í ÑÑõ- DºËÒÑÌ ÇËá
• 酶专属性高,选择性地催化水解某一构型的苷
–
–
–
–
–
苦杏仁酶 (emulsin):β-6C醛糖苷
蜗牛酶:β-苷键
纤维素酶 (cellulase):β-D-葡萄糖苷
麦芽糖酶 (maltase):α-D-葡萄糖苷
转化糖酶 (invertase):β-D-果糖苷
• 酶:提取纯化困难,使用微生物代替
• 用途
– 判断苷键构型
– 得到的苷元保持结构不变
– 提取分离时,注意杀酶保苷!
四、酶催化水解反应
• 试剂: HIO4 (NaIO4)+ NaBH4 + 稀H+
– 反应条件温和,可得到原苷元
– 不适用于含邻二醇OH的苷元
– 可用于C苷的水解
OH
O OR
OH
Ñõ»¯
HO
OH
2IO4-
O OR
OHC
»¹ Ô-
OHC
OH
BH4-
O OR
CH2OH
HOH 2 C
H+
ROH
Ë®½â
¶þԪȩ
¶þÔª´ ¼
CH OH
2
OH
ÜÕ
+
CHO
CH OH
2
+
OH
HOH C
2
ÜÕÔª
具真正的缩醛结构
很弱的酸即可水解
五、氧化开裂法 (Smith降解法)
HO
HO
-
-
+
20(S)-Ô- È˲ Î ¶þ´ ¼
20(S)-protopanaxadiol
HO
IO4 , BH4 , H
HO
HO
HO
OO
OH
HO
OO
OH
HOHO
OH
HO
OH
HOAc
HO
O
O
OH
HO
HO
O
O
OH
OO
OH
HO
HO
20(R)-´ Î Ôí ß°
HO
O
O
OH
OH
HCl
ginsenoside Rb1
HO
OH
HO
HO
O
20(S, R)-È˲ Î ¶þ´ ¼
20(S, R)-panaxadiol
例:人参皂甙Rb1水解
• HIO4 (NaIO4)+ NaBH4 + 稀H+ → R-CHO
HO
OR
OH
a. IO4b. BH4+
c. H
HO
OH
OH
OH
IO4-
R
+
OH
OH
OH
• FeCl3 → 糖C1,C2间开裂的产物
– 例:葡萄糖碳苷→阿拉伯糖
C苷的Smith裂解
RCHO
• 由于酸水难水解,反应剧烈→苷元破坏
–
–
–
–
光解法
Pb(Ac)4分解 法
醋酐-吡啶分解法
微生物培养法
• 醚键相连的苷
– 水解无法得到苷元
– 例:芍药新苷 (lactiflorin)
HO
OO
OH
HO
O
O
O
O
O
六、糖醛酸苷的选择性水解
第5节 糖的NMR性质
• IR
– α-葡萄糖苷在770、780 cm-1有强吸收峰
• MS
– 葡萄糖苷乙酰化物331碎片峰强度:α > β
其它波谱学特征
一、1H-NMR
• 非信号峰
– TMS
– 溶剂峰
• D2O溶剂
– ~4.8,可能会影响端基质子信号
– 随T改变而改变:-0.01/K
– 水峰:~4.8
– 杂质峰:看积分比
OH
• 端基质子:δ4.3~6.0
OH
– 黄酮3-β-D-Glc: 5.3~6.0
– 黄酮其它位置的β-D-Glc: 4.8~5.2
– 醇苷:<4.8
• 其它质子: δ3.2~4.2
• 甲基5C糖: δ~1.0 (-CH3)
HO
O
OH
4.0
3.5
O
O
OH
CH3
HO
OH OH
OH
3.0
2.5
Chemical Shift (ppm)
0.00
1.01
0.98
TMS
3.00
2.51
2.50
2.50
6'''
2.41
6.52
3.44
3.39
3.33
3.30
3.27
3.25
3.22
3.11
3.07
3.04
7.52
3.73
3.69
0.90
4.39
4.38
4.5
2.89
4.55
5.12
5.10
5.08
0.81
1.00
5.36
5.33
5.30
0.97
1.98
5.0
O
O
HO
QC18-H.ESP
1''
5.5
O
2.0
化学位移
1.5
1.0
0.5
0
• 饱合型化合物
– 开链脂肪族化合物由于σ键自由旋转的平均化,使
3J数值约为6~8Hz
– 3J与键长、取代基电负性、两面角等因素相关
– 两面角:3J = 4.2 - 0.5cosf + 4.5cos2f
– 邻位电负性↑, 3J ↓:
3J
=7.9-n0.7x
x: 取代基与H电负性的差值
邻偶 (vicinal coupling): Jvic, 3J
• J值确定糖端基的构型
– 对于2-H处于a键的糖
• 6~8 Hz: H1处于a键
• 2~4 Hz: H1处于e键
HO
HO
HO
HO
Ha
O
O
HO
HO
HO
He
HO
Ha
2-H: a
Ha
O
O
1-H: a (): J= 6-14 [7]
e (): J= 3~4
端基质子的J值与构型
• 2-H处于e键的糖:甘露糖、来苏糖、鼠李糖等
– a-e, e-e两面角为60°或120°
– J值相近 (0~5 Hz )
– 无法判断
Ha
O
HO
HO
OR
He
OH
-L-ÊóÀî Ì Ç
OR
O
HO
HO
He
He
OH
-L-ÊóÀî Ì Ç
!!! 鼠李糖优势构象:1C式
HO
HO
HO
HO
OH
O
OR
He
Ha
-D-¸ ÊÂ¶Ì Ç
HO
HO
OH
O
He
He
OR
-D-¸ ÊÂ¶Ì Ç
• 化学位移
H3CO
HO
– -CH3:~18
– CH2OH:~62
– CHOH:68~85
O
O
O
OH
HO
OH
• 呋喃糖C3、C5:多>80
62.38
79.14
78.51
QC37-C.ESP
71.22
101.58
• >100:多数的β-D、α-L苷
74.70
– 端基C:95~105
– 少数降为~98:酯苷、酚苷 (注意1H-NMR的数值)、叔醇苷
• <100:多数的α-D、β-L苷
*特殊:D-arabinose
102
100
98
96
94
92
90
88
86
84
82
80
Chemical Shift (ppm)
二、13C-NMR
78
76
74
72
70
68
66
64
62
• 吡喃糖
– C1式
• <164 (160~165) Hz: β-D、α-L
• >165 (170~175) Hz: α-D、β-L
– 1C式:鼠李糖,相反!
• α-L: 160~170 Hz
• β-L: 150~160 Hz
• 呋喃糖:无法判断
1J
C1-H1与苷键构型
• 定义
HO
– 糖苷化后
– 端基碳
-3.5~5.0
O
HO
HO
O

HO
+ 5.0~6.5
• 多向低场移动
• 酯苷:稍向高场!
– 醇苷元
• α-C:向低场移动
• β-C:多向高场移动
– 酚、酯苷元
HO
HO
HO
-0.9
O
+ 0.8
-0.7
OH
O
HO 101.1
• α-C:向高场移动
• β-C:稍向低场移动
+1.6
OH
O
– 其余碳的影响不大
– 这种苷化前后的化学变化,称苷化位移
苷化位移 (glycosidation shift)

R
• 苷元α-碳和糖端基手性相同(同为R或S)时:与
苷元为β-无取代的环醇相同
• 苷元α-碳和糖端基碳手性不同时:苷化位移值
增大~3.5
-4.7
-1.7
HO
R
OO
OHR
+ 6.8
HO
-0.6
OH
+3.4
R-R
HO
S
OO
OHR
+ 10.6
HO
-0.2
OH
+7.6
Ï àÓ¦ Ôö¼ÓÔ¼3. 5 ppm
R-S
苷元β位有取代时的苷化位移
-0.8
+0.3
-1.2
COOH -3.9
+ 10.3
HO
OOH
OH
106.9
HO
OH
HO
-0.2
HO
OOH
OH
95.7
HO
OH
例:齐墩果酸
• -OH的甲基化位移
– 无论醇、酚-OH,甲基化后,α-C低场位移,β-C
高场位移
-2.9
-3.1
H3CO
R
R
+9.2
H3CO
+10.5
R
OCH3
+3.3
-4.5
+3.7
H3CO
R
-3.0
CH2 R
-0.8
R
-1.0
13C-NMR的取代基位移
• -OH的酰化位移
– 醇-OH: α-C低场位移,β-C高场位移
– 酚-OH: α-C高场位移,β-C低场位移
-3.4
-3.9
AcO
R
R
+3.6
AcO
+2.4
R
OAc
-4.1
-3.2
+11.1
AcO
R
+6.1
CH2 R
R
13C-NMR的取代基位移
第7节 糖和苷的提取分离
• 杀酶保苷
– 采集新鲜材料
– 迅速加热干燥;冷冻保存
• 溶剂法:水;稀醇 (单糖、低聚糖、多糖)
– 糖类: 冷热水、冷热稀醇
– 苷类: 根据极性大小,选择相适应的溶剂
一、提取
• 粗多糖,常夹杂有较多的蛋白质
• 方法
– Sevag法
• CHCl3+戊醇(丁醇)+多糖水溶液 5:1:25→剧烈振摇20 min→离心,除去两相间的变
性蛋白
• 温和,但要重复5次
– 三氟三氯乙烷法
• 多糖水溶液+CF3-CCl3 1:1→搅拌10 min→离心取水层,2次
• 温和
– 三氯醋酸法
• 多糖水溶液,滴加3%CCl3COOH→至不继续混浊为止→5~10℃过夜→离心除沉淀
– 酶解法
• 多糖水溶液+胃蛋白酶、胰蛋白酶、木瓜蛋白酶、链蛋白酶等
– 糖Pr的处理
• 硼氢化钾+稀OH-
• 注意:处理时间要短,温度要低
– 避免多糖降解
蛋白质除去法
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
季铵氢氧化物沉淀法
分级沉淀或分级溶解法
活性炭柱色谱
纤维素色谱
离子交换柱色谱
凝胶柱色谱
制备性区域电泳
* 蛋白质除去法 (提取)
二、分离
• 季铵盐&氢氧化物
– 是一类乳化剂
– 可与酸性多糖形成↓
¼¾ï §ÇâÑõ»¯Î ï
+
ËáÐÔÌ Ç£¨ º¬- COOH£©
-
HO
³ Áµí
-
+
H33C16 N
CTA-OH
+ HO
N
C16H33
CP-OH
• 溶液pH↑或含硼砂缓冲液 (糖酸性↑)→中性多糖↓
– 常用的季铵盐
• CTAB (十六烷基三甲胺溴化物)&氢氧化物 (CTA-OH)
• CP-OH (十六烷基吡啶)
• 操作
– 1~10% CTAB或CP-OH,搅拌下滴加于0.1~1% 多
糖溶液中 (pH<9, 无硼砂)
– 酸性多糖↓
– 控制季铵盐浓度,可分离不同的酸性多糖
1、季铵盐沉淀法
• 糖水溶液,逐步加乙醇 (丙酮)→各部分↓
– 多糖通常在pH=7时进行
– 酸性多糖在pH=2~4时进行
– 为防酸水解苷键,操作宜迅速
• 制成醚化、乙酰化产物,溶于醇
– 分步+小极性溶剂(乙醚)→↓
2、分级沉淀、分级溶解法
• 用途:分离水溶性物质
– 氨基酸、糖类及某些苷类
• 特点
– 上样量大,分离效果较好,适合大量制备
– 来源容易,价格低廉
– 缺点:无测定其吸附力级别的理想方法
• 分类
– 粉末状活性炭:颗粒细,总表面积大,吸附力及吸附量大
– 颗粒状活性炭:颗粒较大,吸附力、吸附量次之
– 绵纶-活性炭:以锦纶为粘合剂,将粉末状活性炭制成颗粒,
吸附力最弱
3.活性炭柱色谱
• 吸附规律
– MW↑,吸附力↑:多糖 > 单糖
• 洗脱顺序
– 水→有机溶剂 (EtOH)
• H2O→10%→20%→30%→50%→70%EtOH
– 无机盐→单糖→ 二糖 →三糖 →多糖
吸附规律
• 原理
– 与PC相同,属分配层析
– 溶剂系统:水、丙酮、水饱和的正丁醇等
• 洗脱顺序
– 水→EtOH
– 水溶性大先出
• 无机盐→单糖→ 二糖 →三糖 →多糖
4、纤维素色谱
• 纤维素改性→离子交换纤维素
– 阳离子:CM-cellulose等
• 用于分离:酸性、中性、粘多糖
• 洗脱剂:pH相同,离子强度不同的缓冲液
• 吸附力 (变大)
– 酸性基团多
– MW大
– 直链
– 阴离子:DEAE-cellulose等
• 中性多糖→硼酸络合物
• 洗脱剂:不同浓度硼酸盐液
5、离子交换柱色谱
• 常用商品名称及型号
– 葡聚糖凝胶:Sephadex G-10、G-15、G-200等
• [10—表示吸水量乘以10,即1.0ml/g的吸水量]
– 琼脂糖凝胶(Sepharose,Bio-Gel A)
– 聚丙烯酰胺凝胶(Bio-Gel P)
– 羟丙酰基交联葡聚糖凝胶(Sephadex LH-20)
• 亲脂性,可在有机溶剂中进行分离的分子筛
6、凝胶柱色谱
• 操作过程:
– 将凝胶在适当的溶液中浸泡 (多为洗脱剂)
• 除LH-20外,均在H2O中进行
– 待充分膨胀后装入层析柱
– 用洗脱液洗脱
– 收集、回收溶液,干燥
• 洗脱溶剂的选择
– 分离中性物质: 水及电解质溶液 (酸、碱、盐溶液及缓冲液)
– 阻滞较大的组分: 水+有机溶液 (MeOH, EtOH, 丙酮)
– LH-20可用有机溶液进行溶胀 (如:CHCl3、丁醇、二氧六
环等)
• 适用:有机物质的分离
• 装柱
– 水+玻璃粉→胶状物
– 冷却夹层
• 电泳缓冲液:0.05M硼砂/水
• 电泳
– 上端+,下端– 1.2~2V/cm, 30~35 mA
– 5~12 hr
• 处理:推出、切割、洗脱、检测
7、制备性区域电泳
• 地黄根中单糖和低聚糖的分离
– 鲜地黄根→热EtOH、H2O提
– 阴阳离子交换树脂 (除酸碱成分)→得中性成分
– 活性炭柱 (15%HOAc处理)
• H2O、5、10、15、25%EtOH 顺次洗脱
– PC检定,合并
– 产物:D-葡萄糖、D-半乳糖、D-果糖、蔗糖、棉
子糖、甘露三糖、水苏糖(四糖)、毛蕊糖(五糖)
三、糖的提取分离实例
第6节糖的结构测定
单糖、低聚糖
多糖
1.
2.
3.
4.
5.
PC
TLC
GC
HPLC
ILC
一、糖的鉴定 (单糖、低聚糖)
• 展开系统:常用水饱和的有机溶剂展开。
– 正丁醇:醋酸:水(4:1:5上层)BAW
– 水饱和苯酚等溶剂系统
• 显色剂
–
–
–
–
邻苯二甲酸+苯胺 (使还原糖显棕黑色)
硝酸银试剂 (使还原糖显棕黑色)
三苯四氮唑盐试剂(单糖和还原性低聚糖呈红色)
3,5-二羟基甲苯盐酸试剂(酮糖呈红色)
1、PC
• (0.03M硼酸液 + 无机盐) + 硅胶 → 制板
– 常用的无机盐
•
•
•
•
0.02M硼酸盐缓冲液
0.3M磷酸氢二钠或磷酸二氢钠
0.02M乙酸钠
0.1M亚硫酸氢钠
• 特点
– 增加糖在固定相中的溶解度
– 使硅胶薄层吸附能力下降,利于斑点集中
– 可增加样品的承载量
• 显色剂
–
–
–
–
除纸层析应用的以外
H2SO4/H2O或乙醇液
茴香醛-硫酸试剂
苯胺-二苯胺磷酸试剂
2、TLC
• 将糖制备成三甲基硅醚
– 增加其挥发性
• 醛糖
– NaBH4还原成多元醇(避免形成端基异构体)
– 制成乙酰化物或三氟乙酰化物
3、GC
• 填充材料
– 化学修饰的硅胶,如-NH2柱
– Sugar D
• 特点
– 不必制备成衍生物
– 适合分析对热不稳定、不挥发的低聚糖、多糖
– 分析单糖和低聚糖,灵敏度不及GC
4、HPLC
• 糖的硼酸络合物: 可进行离子交换层析
– 不必制成衍生物
– 直接用水溶液进行分离
• 糖自动分析仪
–
–
–
–
显色:3,5-二羟基甲苯-浓硫酸
波长:425nm
上样量:每种组成不超过1mg
洗脱剂:四硼酸钾的缓冲溶液
5、离子交换层析
• 对映异构体的分离原则
– 衍生化,引入新的手性中心→非对映体
– 色谱柱具备手性
• 方法
–
–
–
–
–
GC
HPLC
手性色谱法: 昂贵
旋光检测器:仪器昂贵
旋光比较法:样品用量大
二、单糖绝对构型确定
• 单糖+手性试剂→非对映体化→TMS化
• 方法
– D,L-单糖与单一构型的手性试剂(L-)反应
– 1种单糖与2个手性试剂(D,L-)反应
H
H
OH O
+
HS
Cl
+
H3N
COOCH3
H
ßÁà¤
H
S
OH N
H
COOCH3
H
TMS
H
S
OR N
H
COOCH3
H
R=TMS
1、GC
• 手性试剂: (S)-(-)-1-苯基乙基胺
– 样品用量少
– 灵敏度没有GC高
H
O
H
OH
Na[BCNH3]
H
H
+
H2N
H
N
H
OH
H
H
NH
´ ×ôû
H
H
NH
H
OH
C5D5N
H
OAc
2、HPLC
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
纯度
MW
单糖的鉴定
单糖绝对构型的测定
单糖之间连接位置的决定
糖链连接顺序的决定
苷键构型、氧环的决定
二、糖链结构的测定 (多糖)
• 纯度
– 不同于小分子化合物
– 相似链长的平均分布
• 方法
–
–
–
–
–
超离心法
HPCE
凝胶色谱法, 柱h:d>40
旋光测定法:不同浓度乙醇↓,比较
官能团摩尔比法、RI、HPLC法等
1、纯度的测定
• 传统方法
– 物理方法:沉降法、光散射法、粘度法、渗透压法、
超滤过法、超离心法
– 凝胶柱色谱法
• MS
– ESI-MS:单或多电荷质子
– MALDI-TOF-MS
• MALDI (基质辅助激光解析电离):激光照射样品与基质
形成的共结晶薄膜,基质从激光中吸收能量传递给生物
分子,而电离过程中将质子转移到生物分子或从生物分
子得到质子,而使生物分子电离的过程
• 多为单电荷质子!
2、MW
• 全水解
– PC
• 显色确定:单糖的种类
• TLCS:大致定量
– GLC
• 多糖:MeOH解→TMS化
• 以甘露醇或肌醇为内标,用已知单糖作标准
– HPLC
3、单糖的组成
• 多糖:全甲基化→水解→GC定性和定量
– 水解
• 先用90%HCOOH水解,再用0.05M H2SO4或CF3COOH
水解
• MeOH解:有时会造成糖连接位点的甲基化,少用!
– 甲基化单糖中游离-OH的部位就是连接位置
• 低聚糖
– 1H-NMR:全乙酰化→2D-NMR
– 13C-NMR测定:苷化位移
5、单糖之间连接位置的决定
• 缓和水解法
– 将多糖链水解成较小的片段,然后分析这些低聚糖
的连接顺序
• 13C-NMR:弛豫时间T1
– 外侧糖较大
– 同一个糖基本相同
• 质谱分析:FAB-MS
• 2D-NMR
6、糖链连接顺序的决定
重点回顾
• 掌握常见几种单糖的结构 (Haworth式)
• 掌握化学反应的特点及应用
• 掌握苷键裂解的各种方法及其特点
– 如:酸解、碱解、酶解、Smith降解等
• 1H-NMR及13C-NMR在糖苷中的应用
–
–
–
–
–
苷键构型的测定
化学位移值大致区间
糖端基碳的化学位移值
利用J值判断苷键构型
苷化位移(含酚苷和酯苷)
重点回顾
HO
O
OH
OH
HO
O
OH
HO
Í ¬² à
O
OH
O
HO
OH
Òì ² à
OH
D-ßÁà«Æ
Ï Ì ÑÌ Ç L-ßÁà«Æ
Ï Ì ÑÌ Ç
O
OH
HOH2C
HO
R O
OH
OH
R
OH
OH
¦ Â- D- Æ
Ï Ì ÑÌ Ç
¦ Á- D- Æ
Ï Ì ÑÌ Ç
HOH2C
HO
HOH2C OH
OH »· ÉÏ
O
S OH
O
R OH
OH
OH
CH2OH
OH »· ÉÏ
OH
D-ß»à«Æ
Ï Ì ÑÌ Ç D-߻૰ëÈéÌ Ç
 -D-ß»à«Æ
Ï Ì ÑÌ Ç
OH
-L-ß»à«Æ
Ï Ì ÑÌ Ç
CHO
OH
HO
HOO
H
O
HO
OH
OH
¦ Â- D- Æ
Ï Ì ÑÌ Ç
OH
OH
CH2OH
D-Æ
Ï Ì ÑÌ Ç
糖的构型构象
• Molish 反应
– 样品 + 浓H2SO4 + α-萘酚 → 棕色环
• 酸水解反应
– 反应难易
• 苷原子的电子云密度↑
• 质子化位阻↓
• 环张力↑ (稳定性↓)
– 反应方式
• 酸水水解法
• 两相水解法
• 温和酸水解
• 盐酸甲醇水解
反应
• J值确定糖端基的构型
– 2-H处于a键的糖
HO
• 6~8 Hz: H1处于a键
HO
HO
HO
HO
×
OR
He
Ha
-D-¸ ÊÂ¶Ì Ç
HO
HO
HO
He
HO
HO
Ha
2-H: a
– 2-H处于e键的糖
OH
O
Ha
O
HO
HO
O
• 2~4 Hz: H1处于e键
HO
HO
Ha
O
O
1-H: a (): J= 6-14 [7]
e (): J= 3~4
Ha
OH
O
He
He
OR
-D-¸ ÊÂ¶Ì Ç
O
HO
HO
OR
He
OR
HO
OH
-L-ÊóÀî Ì Ç
O
HO
He
He
OH
-L-ÊóÀî Ì Ç
!!! 鼠李糖优势构象:1C式
端基质子的J值与构型
• 定义
HO
– 糖苷化后
– 端基碳
-3.5~5.0
O
HO
HO
O

HO
+ 5.0~6.5
• 多向低场移动
• 酯苷:稍向高场!
– 醇苷元
• α-C:向低场移动
• β-C:多向高场移动
– 酚、酯苷元
HO
HO
HO
-0.9
O
+ 0.8
-0.7
OH
O
HO 101.1
• α-C:向高场移动
• β-C:稍向低场移动
+1.6
OH
O
– 其余碳的影响不大
– 这种苷化前后的化学变化,称苷化位移
苷化位移 (glycosidation shift)

R

similar documents