药物化学课件-糖和苷类化合物课件

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1、糖和苷类化合物,Carbohydrates and glycosides,第一课件网 （ ）,本章基本内容,一、概述 二、单糖的立体化学 三、糖和苷的分类 四、糖和苷的物理性质 五、糖的化学性质 六、苷键的裂解 七、糖的提取分离 八、糖的鉴定和糖链结构的测定,一、概述,糖类又称碳水化合物（carbohydrates），是植物光合作用的初生产物，是一类丰富的天然产物，如：蔗糖、粮食(淀粉)、棉布的棉纤维等。 糖类、核酸、蛋白质、脂质 生命活动所必需的四大类化合物。,化学结构：多羟基醛或多羟基酮的衍生物及其聚合物。,单糖：不能再被水解成为更小分子的糖，是糖的基本组成单元。 如；葡萄糖等 低聚糖：水

2、解后生成 2-9 个单糖分子的糖。 如：蔗糖（D-葡萄糖-D-果糖） 麦芽糖（葡萄糖14葡萄糖） 多糖：水解后能生成多个单分子的，称为多糖。 如：淀粉、纤维素等,根据其分子水解反应的情况，可以分为单糖、低聚糖和多糖。,二、单糖的立体化学,（一）糖的表示式 单糖是多羟基醛或酮。从三碳糖至八碳糖天然界都有存在。以Fischer式表示如下：,单糖在水溶液中形成半缩醛环状结构，即成呋喃糖和吡喃糖。 具有六元环结构的糖吡喃糖（pyranose） 具有五元环结构的糖呋喃糖（furanose） 链状结构-Fischer式 环状结构-Haworth式,D型和L型 判断依据：离羰基最远的手性碳原子上-OH的取向

3、。,（二）单糖的绝对构型,-OH向右的为D型， 向左的为L型。,（三）Fischer与Haworth的转换及其相对构型,Haworth式： C1-OH与C5（或C4）上取代基之间的关系： 同侧为，异侧为。 C5向上为D型，向下为L型。,第一课件网 （ ）,（四）环的构象,三、糖和苷的分类,（一）单糖类 1常见单糖,2氨基糖 是指单糖的醇羟基置换成氨基的糖类。,3糖醇 单糖的醛或酮基还原成羟基后所得的多元醇。,4去氧糖 单糖分子的一个或二个羟基被氢原子代替的糖。,5糖醛酸 单糖分子中伯醇基氧化成羧基的化合物。,（二） 低聚糖类,按照含有单糖的个数分； 按照是否具有还原性分；,芸香糖(rutino

4、se) 龙胆二糖(gentiobiose),环糊精 6-8个葡萄糖,按照在生物体内的功能分(支持组织和养料贮存）；,（三）多糖类,按照单糖的组成分（均多糖和杂多糖）；,按照多糖的来源分： 植物多糖（纤维素、淀粉、粘液质、果聚糖、树胶） 动物多糖（肝素、透明质酸、硫酸软骨素、甲壳素）,香菇多糖注射液免疫调节剂，用于恶性肿瘤辅助治疗。,黄芪多糖注射液 提高人体白细胞诱生干扰素的功能。,产 品 开 发,（二）低聚糖类,按照含有单糖的个数分； 按照是否具有还原性分；,按照在生物体内的功能分(支持组织和养料贮存）；,（三）多糖类,按照单糖的组成分（均多糖和杂多糖）；,糖或糖的衍生物与另一非糖物质（苷元或

5、配基）通过糖的端基碳原子连结而成的一类化合物。,糖 苷元 苷,（四）苷类化合物,苷的分类： 1按苷原子不同分类 氧苷 如：红景天苷,按苷键氧的来源不同氧苷又可分为： 醇苷：是通过醇羟基与糖端基羟基脱水而成的苷，如红景天苷。 酚苷：是通过酚羟基而成的苷，如天麻苷。 酯苷：苷元以-COOH和糖的端基碳相连接的是酯苷，如山慈菇苷A。 氰苷：是指一类-羟腈的苷，如野樱苷。,氮苷：如腺苷 。,巴豆苷,硫苷：如萝卜苷。 碳苷：如牡荆素。,芦荟苷,3按端基碳构型分 苷；苷。 4按连接单糖个数分 1个糖单糖苷； 2个糖双糖苷 3个糖叁糖苷,2按苷元不同分类 如：黄酮苷、蒽醌、香豆素、强心苷、皂苷等,第一课件网

6、 （ ）,5按糖链个数分 1个位置成苷单糖链 2个位置成苷双糖链 6按生物体内存在分 原生苷在植物体内原存在的苷； 次生苷原生苷水解掉一个或一个以上单糖所形成的苷。,苦杏仁苷 野樱苷 （原生苷） （次生苷）,1.性状 苷均为固体。含糖基少者为结晶型固体，含糖基多者为无定型粉末。 味觉: 单糖低聚糖甜味; 多糖无甜味 （随着糖的聚合度增高，则甜味降低） 苷类苦、甜等（甜菊苷） 2. 旋光性 苷多为左旋，水解后混合物是右旋的，存在着变旋现象。,四、糖和苷的物理性质,3. 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。 糖亲水性； 苷元亲脂性 苷

7、取决于糖与苷元的相对比例,（三）旋光性 多数苷类呈左旋。 具有多个不对称碳原子用于苷键构型的测定（即、苷键）。 利用旋光性 测定苷键构型 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。,五、糖的化学性质,（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：,以过碘酸反应为例来了解糖的氧化反应 过碘酸反应 主要作用于： 邻二醇、-氨基醇、-羟基醛（酮）、邻二酮和某些活性次甲基等结构。,第一课件网 （ ）,邻二醇：,-羟基酮： -氨基醇： 邻二酮：,用途： 推测糖中邻二-O

8、H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；, 推测1,3连接还是1,4连接。 （糖与糖连接的位置）,（二）糠醛形成反应（Molish反应）,Molish反应： 样品 + 浓H2SO4 + -萘酚 紫色环 多糖、低聚糖、单糖、苷类Molish反应= ？,（三）羟基反应 糖的-OH反应醚化、酯化和缩醛（酮）化。 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。）,1缩酮和缩醛化反应 酮或醛在脱水剂如矿酸、无水ZnCl2、无水CuSO4等存在下可与多元醇的二个有适当空间

9、位置的羟基易形成环状缩酮（ketal）和缩醛（acetal）。 酮类易与顺邻-OH生成 五元环状物 醛类易与1,3-二OH生成 六元环状物,糖 + 丙酮 五元环缩酮 (异丙叉衍生物),当糖结构中无顺邻-OH时，则易转变为呋喃糖结构，再生成五元环状物（异丙叉衍生物） 。,糖 + 苯甲醛 六元环状缩醛 （苯甲叉衍生物） 例如： 葡萄糖甲苷 + 苯甲醛 (具1,3-OH结构) 以上方法主要目的是保护-OH。,2 . 硼酸络合反应 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。 糖 + 硼酸 络合物,第一课件网 （ ）,硼酸络合反应的应用：

10、 络合后，中性可变为酸性，因此可进行酸碱中和滴定； 可进行离子交换法分离； 可进行电泳鉴定； 在混有硼砂缓冲液的硅胶薄层上层析。,六、苷键的裂解,研究苷类的化学结构，必须了解苷元结构、糖的组成、糖和糖的连接方式，以及苷元和糖的连接方式等。 为此必先使用某种方法使苷键切断。 1. 酸催化水解反应 2.碱催化水解 3.酶催化水解 4.乙酰解反应 5.氧化开裂法（Smith降解法）,(一）酸催化水解 苷键属于缩醛结构，易为稀酸催化水解。水解反应是苷键原子先质子化，然后断键生成阳碳离子中间体，在水中溶剂化而成糖。,反应关键是苷键原子的质子化，苷键原子上电子云密度越高者，空间位阻越小者，反应越容易。,（

11、一）酸催化水解反应 苷键属于缩醛结构，易为稀酸催化水解。水解反应是苷键原子先质子化，然后断键生成阳碳离子或半椅型的中间体，在水中溶剂化而成糖。,酸水解的规律： 苷原子不同，酸水解难易顺序：N O S C； 呋喃糖苷较吡喃糖苷易水解； 因五元呋喃环的平面结构使各取代基处在重叠位置，形成水解中间体可使张力减小，故有利于水解。 酮糖较醛糖易水解； 因酮糖多为呋喃结构，而且酮糖端基碳原子上有-CH2OH大基团取代，水解反应可使张力减小。,吡喃糖苷中： 吡喃环C5上取代基越大越难水解，水解速度为：五碳糖 甲基五碳糖 六碳糖 七碳糖 C5上有-COOH取代时，最难水解； （因诱导使苷原子电子密度降低） 氨

12、基取代的糖较-OH糖难水解，-OH糖又较去氧糖难水解。 2-去氧糖 2-羟基糖 2-氨基糖, 芳香属苷较脂肪属苷易水解。 如：酚苷 醇苷（因苷元部分有供电结构，在苷键原子质子化时芳环或双键对苷键原子有一定的供电作用，而脂肪属苷元无此结构）,特点：,无选择性，所有的苷均水解； 一些难水解的苷，有时要在较为剧烈的条件下进行水解，常常使苷元发生脱水而生成脱水苷元。,（二）乙酰解反应 1常用试剂：醋酐 + 酸 所用酸如：H2SO4、HClO4、CF3COOH或Lewis酸（ZnCl2、BF3）等。 2反应条件：一般是在室温放置数天。 3反应机理： 与酸催化水解相似，以CH3CO+(乙酰基，Ac）为进攻

13、基团。,4反应速率： 苷键邻位有电负性强的基团（如环氧基）可使反应变慢。 -苷键的葡萄糖双糖的反应速率： （乙酰解易难程度） （16）（14）（13）（12）,5用途 酰化可以保护苷元上的-OH，使苷元增加亲脂性，可用于提纯和鉴定。 乙酰解法可以开袭一部分苷键而保留另一部分苷键。,（三）碱催化水解和消除反应 一般苷键对稀碱是稳定的，但某些特殊的苷易为碱水解，如： 酯苷 酚苷 烯醇苷 -吸电子基取代的苷,（四）酶催化水解反应 用酶水解苷键可以获知苷键的构型，可保持苷元结构不变的真正苷元。 酶专属性高，选择性地催化水解某一构型的苷。 如： 苦杏仁酶（emulsin）水解-六碳醛糖苷键 纤维素酶（c

14、ellulase）水解-葡萄糖苷键 麦芽糖酶（maltase）水解-葡萄糖苷键,（五）氧化开裂法（Smith降解法） 可得到原苷元 （除酶解外，其它方法可能得到的是次级苷元） 试剂：过碘酸(HIO4)、四氢硼钠(NaBH4)、稀酸 反应过程：,-D-葡萄糖苷（C-苷） 带醛基的苷元,意义：,难水解的C-苷，以及酸水解时结构易改变者，用smith降解可得到原型苷元。 根据降解的产物，推断糖的种类。,第一课件网 （ ）,（一）提取 主要为溶剂法： 糖类的提取可根据它们对乙醇和水的溶解度不同，而采用冷热水、冷热稀醇等条件。 单糖、一些小分子的低聚糖水、稀醇； 多糖、分子量较大的低聚糖水； 苷类分子的

15、极性随着糖基的增多而增大。可根据其极性大小，来选择相适应的溶剂。,七、糖及苷的提取分离,系统溶剂法,欲提取药材中的原生苷，应破坏或抑制酶的活性，避免与酸碱试剂的接触。 破坏或抑制植物体内酶的方法： 采集新鲜材料，迅速加热干燥或冷冻保存等； 用沸水或甲醇、乙醇提取； 先在药材原料中拌入一定量的无机盐如碳酸钙后再提取。,（二）分离 1活性炭柱色谱 2纤维素色谱 3离子交换柱色谱 4凝胶柱色谱 5季铵氢氧化物沉淀法 6分级沉淀或分级溶解法 7蛋白质除去法,1活性炭柱色谱 概述 用途分离水溶性物质较好 如：氨基酸、糖类及某些苷类。 特点：（对于活性炭柱色谱） 上样量大，分离效果较好，适合大量制备； 来源容易，价格廉； 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