第二章 糖和苷-2

第三节糖和苷的理化性质物理性质一性状：形：苷类化合物多数是固体，其中糖基少的可以成结晶，糖基多的如皂苷，则多呈具有吸湿性的无定形粉末。味：苷类一般是无味的，但也有很苦的和有甜味的，如甜菊苷(stevioside),是从甜叶菊的叶子中提取得到的，属于贝壳杉烷型四环二萜的多糖苷，比蔗糖甜300倍，临床上用于糖尿病患者作甜味剂用，无不良反应。色：苷类化合物的颜色是由苷元的性质决定的。糖部分没有颜色。物理性质二溶解性：化合物糖苷化以后，由于糖的引入，结构中增加了亲水性的羟基，因而亲水性增强。苷类的亲水性与糖基的数目有密切的关系，用不同极性的溶剂顺次提取药材时，在各提取部分都有发现苷类化合物的可能。碳苷与氧苷不同，无论在水中还是在其他溶剂中溶解度一般都较小。第三节糖和苷的理化性质物现性质三旋光性：多数苷类化合物呈左旋，但水解后，由于生成的糖常是右旋的，因而使混合物呈右旋。因此，比较水解前后旋光性的变化，也可以用以检识苷类化合物的存在。但必须注意，有些低聚糖或多糖的分子也都有类似的性质，因此一定要在水解产物中肯定苷元的有无，才能判断苷类的存在。第三节糖和苷的理化性质糖和苷的化学性质与糖的分离和结构鉴定密切相关的反应：氧化反应糠醛的形成反应羟基反应羰基反应硼酸络合反应第三节糖和苷的理化性质一、氧化反应——过碘酸反应适用范围：邻二醇，-氨基醇，-羟基醛（酮），邻二酮和某些活泼次甲基等结构。特点：定量，一个邻二醇，消耗一分子过碘酸；水溶液或亲水有机溶剂中进行；邻二醇顺式反应比反式快。第三节糖和苷的理化性质CCOHHHOHCCCOHHHOHOHHIO4CHOOHC+IO4CHOOHC++HCOOHCCOHHHOIO4CHOOHC+2第三节糖和苷的理化性质OOOOCH33IO4-OOHCOHCOCHOOHCOOCH3+HCOOH第三节糖和苷的理化性质•反应机理：酸性或中性介质五元环状酯中间体C-OHC-OH+H2IO5—C-OC-OI=O=OOHC=OC=O+HIO3+H2O第三节糖和苷的理化性质OOCH3OOCH3OOCH3甲基--D-甘露糖甲基--D-半乳糖甲基--D-葡萄糖在弱酸性或中性介质中，顺式1,2-二元醇比反式的反应快的多。第三节糖和苷的理化性质应用：常用于糖类和多元醇结构研究。从过碘酸的消耗量到甲醛或甲酸等的生成量测定，对糖的结构推测等都有很大的作用。游离的单糖按Fisher式，成苷的糖按Haworth式估算消耗的过碘酸的量。第三节糖和苷的理化性质二、糠醛的形成反应单糖在浓酸作用下，脱水，生成具有呋喃环结构的化合物。多糖先水解成单糖，然后再脱水生成相同的产物。糖醛酸先脱羧，再形成糠醛。ORCHO糠醛5-甲糠醛5-羟甲糠醛R=H,R=CH3,R=CH2OH,第三节糖和苷的理化性质应用：检测糖类原理：糖在浓酸的作用下发生糠醛反应，所生成的糠醛衍生物和许多芳胺、酚类可缩合生成有色物质。试剂：有机酸:（三氯乙酸、草酸等）或无机酸（硫酸、磷酸等）酚或胺类：含有活泼亚甲基并有共轭未饱和系统的化合物，如：苯酚，萘酚，苯胺。第三节糖和苷的理化性质Molish反应：浓硫酸和-萘酚OROHO糠醛与-萘酚缩合物（紫色）常用的层析显色剂：邻苯二甲酸和苯胺第三节糖和苷的理化性质三、羟基反应糖的羟基反应包括：醚化反应、酰化反应和缩酮（醛）反应。羟基的活泼性：–半缩醛羟基(C1-OH）伯醇基(C6-OH)C2-OH其它仲醇基–e-OHa-OH第三节糖和苷的理化性质羟基反应(一)醚化（甲基化）反应常采用的有:甲醚化、三甲硅醚化和三苯甲醚化反应。•甲基化常用的方法：–Kuhn改良法：在二甲基甲酰胺（DMF）溶液中用CH3I和Ag2O,或(CH3)2SO4和BaO/Ba(OH)2进行反应。–箱守法（Hakomori)：在二甲基亚砜（DMSO）中用NaH和CH3I进行反应。第三节糖和苷的理化性质羟基反应(二)酰化反应包括：乙酰化和对甲苯磺酰化。反应条件：在醋酐加醋酸钠，或醋酐中加氯化锌或在醋酐加吡啶溶液中反应，得到全乙酰化的糖。将糖作成缩醛（酮）可进行部分乙酰化。用途：NMR测定，鉴别羟基数目；GC-MS连用，决定多糖连接点。羟基反应(三)缩酮和缩醛反应酮或醛在脱水剂存在下和多元醇的两个有适当空间位置的羟基易形成环状缩酮或缩醛缩酮反应：一般酮类易与顺邻羟基形成五元环状物缩醛反应：醛类易与1,3-双羟基生成六元环状物第三节糖和苷的理化性质•糖与丙酮生成的五元环缩酮称为异丙叉衍生物，又称丙酮加成物。-D-半乳糖1,2;3,4-二-O-异丙叉--D-半乳吡喃糖O+CH3COCH3H2SO4OOOOO第三节糖和苷的理化性质应用:保护游离糖的一对或两对羟基。OCH2-OCH2-OOO(CH3)2SO4NaOHOCH2-OCH2-OH3COOOHCl/H2OOH3CO第三节糖和苷的理化性质四、羰基反应•还原糖和一分子苯肼缩合生成糖苯腙，多数糖苯腙是水溶性的，选择适当的肼可以制得糖腙以鉴别糖类，也可用于分离和纯化糖。•糖和过量的苯肼作用，在C1和C2导入两分子苯肼，生成糖脎。多难溶于水，有好晶型。•2-去氧糖不成脎。第三节糖和苷的理化性质CHOCH2OHCH=NNHC6H5CH2OHC6H5NHNH2CH=NNHC6H5C=NNHC6H5CH2OHC6H5NHNH2D-葡萄糖苯腙D-葡萄糖脎D-葡萄糖五、硼酸络合反应糖的邻二羟基与许多试剂可生成络合物，可用于糖的分离、鉴定和构型推定。第三节糖和苷的理化性质第四节苷键的裂解（糖链的降解）酸催化水解反应(醇解)乙酰解反应碱催化水解和β-消除反应酶催化水解过碘酸裂解反应1.酸催化水解反应OORH-H+OORHH++ROH-ROHOHOH+H2O-H2OOOH2HOOHH+H+-H++H+第四节苷键的裂解（糖链的降解）水解难易影响因素:苷原子的电子云密度和空间环境苷原子不同:N-苷O-苷S-苷C-苷（由易到难）呋喃糖吡喃糖(50-100倍)酮糖醛糖吡喃糖苷中C5位的取代基越大越难水解,即:五碳糖甲基五碳糖六碳糖七碳糖-COOH取代去氧糖羟基糖氨基糖OORNH2OOROOROH第四节苷键的裂解（糖链的降解）酚苷醇苷OHOOHOHCH2OHOHOOHOOHOHCH2OHOCH2OH醇甙酚甙苷元为小基团：e-a-易质子化，苷元为大基团：a-e-（稳定性）第四节苷键的裂解（糖链的降解）氮原子位于酰胺或嘧啶位置时，N-苷难于用酸水解NOOOOHOO朱砂莲苷第四节苷键的裂解（糖链的降解）酸水解方法酸水5~10%HCl/H2SO4两相水解法：对酸不稳定苷元用酸水/有机溶剂（后加）TLC斑点水解第四节苷键的裂解（糖链的降解）2.酶催化水解酶促反应具有专属性高，条件温和的特点。麦芽糖酶（maltase）专使α-葡萄糖苷键水解。杏仁苷酶（emulsin）是一种β-葡萄糖苷水解酶。用酶水解苷键可以获知苷键的构型，可以保持苷元结构不变，还可以保留部分苷键得到次级苷或低聚糖，以便获知苷元和糖、糖和糖之间的连接方式。第四节苷键的裂解（糖链的降解）4.过碘酸裂解反应(Smith裂解法）OHOOHOHCH2OHOROHCOHCOCH2OHORIO4BH4HHOCH2HOCH2OCH2OHORHCOOH+HOCH2HOCH2CHOOHCH2OHROH++苷元结构容易改变的苷以及C-苷的水解特别适宜。但不适于苷元上也有1，2-二元醇结构的苷类。第四节苷键的裂解（糖链的降解）OHOOHOHCH2OHROHCOHCOCH2OHRIO4BH4HHOCH2HOCH2OCH2OHRHCOOH+HOCH2HOCH2CH2OHOHCH2OHR++RIO4CHOHCOOHC-苷的水解：比原苷元多一个醛。第四节苷键的裂解（糖链的降解）5.糖醛酸苷的选择性水解反应糖醛酸的苷键是很难用稀酸水解的，需要采用一些特殊的选择性水解反应，如紫外光照射法、四醋酸铅分解法、醋酐-吡啶法等。第四节苷键的裂解（糖链的降解）第五节糖的核磁共振性质一般1H-NMR谱中，糖端基质子信号在δ4.3-5.5，其余部分在3.2-4.2左右，因此可以从端基质子数了解糖的种类和个数。第五节糖的核磁共振性质C1-H和C2-H的偶合常数，决定端基碳的构型。OHOH2CHOOHHHORHOOHOH2CHOOHHORHHO-D-葡萄糖-D-葡萄糖六碳吡喃糖苷，当是葡萄糖或半乳糖，β-构型其J1，2为8Hz左右，而α-构型双面角近60°，J1，2为4Hz左右。第五节糖的核磁共振性质OHOH2CHOHOHHORHOOHOH2CHOHOHORHHO-D-甘露糖-D-甘露糖而甘露糖和鼠李糖难于区分端基碳的构型。第五节糖的核磁共振性质JC，H也可对六碳吡喃糖苷的竖键（即β-型）和横键（α-型）的鉴定有很大帮助，前者为160-165Hz，后者为170-175Hz。13C-NMR：anomeric碳：98-110，β型在低场C2~C4碳：70-85C5、C6碳：60-65CH3（甲基五碳糖）：18第五节糖的核磁共振性质苷化位移（glycosidationshift）糖的端基羟基成苷后，端基碳（C1）和苷元的α-C的化学位移均向低场移动，而相邻的碳（β-C）稍向高场移动，偶尔也有稍向低场移动的，这种苷化前后的位移变化，称做苷化位移。第五节糖的核磁共振性质☆苷化位移规律：醇苷：端基及α-C向低场苷元为链状，苷化位移随伯、仲、叔递减。苷元为环醇，若β-C有烷基取代，苷化位移与苷元α位及糖的端基手性有关:苷元α位及糖的端基手性相同，与β-C无取代相似。苷元α位及糖的端基手性不同，苷化位移比β-C无取代大。第五节糖的核磁共振性质☆苷化位移规律：酚苷：与醇苷相反，α-C向高场，β-C向低场。酯苷：与醇苷相反，α-C向高场，β-C向低场。第五节糖的核磁共振性质第六节糖链结构的测定三个问题：单糖组成糖的连接顺序和位置苷键构型（一）纯度鉴定常用的纯度鉴定法有：官能团分析；比旋度；毛细管气相层析；HPLC等。电泳是常用的鉴定纯度方法。第六节糖链结构的测定多糖的分子量只是一种统计平均值。（二）分子量的测定单糖、低聚糖及其苷的分子量测定目前大多用质谱法。在不同型号的Sephadex或Sepharose柱层析上测定多糖分子量是用量小、操作简便的方法。工作中需要一系列结构相似的已知分子量的多糖作标准曲线。第六节糖链结构的测定（三）单糖的鉴定1、糖的种类一般是将苷键全水解，水解产物鉴定。①色谱法：PC；TLC；GC（衍生物）；HPLC②NMR：化学位移；J值③化学法：如Molish反应2、糖的数目的确定主要根据NMR：碳谱90~110；氢谱4~62D-NMR；MS等。第六节糖链结构的测定（四）单糖之间连接位置的决定将糖链全甲基化，然后水解苷键，鉴定所获得的甲基化单糖，其中游离-OH的部位就是连结位置。目前常使用13C-NMR方法，主要是通过归属各碳信号，以确定产生苷化位移的碳。第六节糖链结构的测定（五）糖链连接顺序的决定早期是缓和水解法。将糖链水解成较小的片断（各种低聚糖）再分析。质谱分析也以用于低聚糖的结构研究。自旋晶格弛豫时间T1是结构研究中常用的另外一个参数。一般说外侧糖比内侧糖的T1值大。第六节糖链结构的测定观察两糖之间质子的远程偶合确定。OOAcOOHOOOAcHOOAcHHAcOAcOAcOAcOOAcHAcOH3.893.66第六节糖链结构的测定（六）苷键构型的确定核磁共振技术酶催化水解分子旋光差法（Klyne法）Klyne将苷和苷元的分子旋光差与组成该苷元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（参见94）。第六节糖链结构的测定第七节糖和苷的提取分离通常是将生药的乙醇或甲醇提取物顺次以石油醚脱脂，以乙醚或氯仿抽出苷元，以乙酸乙酯抽出单糖苷或少糖苷，再以丁醇提取多糖苷。常用的提取方法有：一、离子交换层析二、凝胶滤过法三、季铵氢氧化物沉淀法四、分级沉淀或分级溶