天然药物化学课件5-糖和苷

李剑李剑 副教授副教授天然药物化学天然药物化学一、糖和皂苷类（一、糖和皂苷类（6课时）课时）甾体皂苷甾体皂苷 三萜皂苷三萜皂苷二、酚类化合物（二、酚类化合物（8课时）课时）苯丙素苯丙素 香豆素香豆素 黄酮黄酮 蒽醌蒽醌三、海洋天然药物（三、海洋天然药物（2课时）课时）天然药物化学天然药物化学-糖和糖和苷苷一、概述一、概述二、单糖的结构类型立体化学二、单糖的结构类型立体化学三、苷的分类三、苷的分类四、苷的理化性质四、苷的理化性质五、苷键的裂解五、苷键的裂解六、糖的核磁共振性质六、糖的核磁共振性质天然药物化学天然药物化学-糖和糖和苷苷一、一、概述概述 糖又称作糖又称作碳水化合物碳水化合物(carbohydrates)(carbohydrates)，是自是自然界存在的一类重要的天然产物，是生命活动所然界存在的一类重要的天然产物，是生命活动所必需的一类物质，和核酸、蛋白质、脂质一起称必需的一类物质，和核酸、蛋白质、脂质一起称为生命活动所必需的四大类化合物。按照其聚合为生命活动所必需的四大类化合物。按照其聚合程度可分为单糖、低聚糖（寡糖）和多糖等。程度可分为单糖、低聚糖（寡糖）和多糖等。苷类又称配糖体苷类又称配糖体(glycoside)(glycoside)，是由糖或糖是由糖或糖的衍生物等与另一非糖物质通过其端基碳原子的衍生物等与另一非糖物质通过其端基碳原子连接而成的化合物。连接而成的化合物。糖和苷类的糖和苷类的生理活性是多种多样生理活性是多种多样的的糖是植物光合作用的初生产物，通过它进而合成了植物中的糖是植物光合作用的初生产物，通过它进而合成了植物中的绝大部分成分。所以糖类除了作为植物的贮藏养料和骨架之外，绝大部分成分。所以糖类除了作为植物的贮藏养料和骨架之外，还是其它有机物质的前体。一些具有营养、强壮作用的药物，如还是其它有机物质的前体。一些具有营养、强壮作用的药物，如山药、何首乌、大枣山药、何首乌、大枣等均含有大量糖类。等均含有大量糖类。苷类种类繁多，结构不一，其生理活性也多种多样，在心血苷类种类繁多，结构不一，其生理活性也多种多样，在心血管系统、呼吸系统、消化系统、神经系统以及抗菌消炎，增强机管系统、呼吸系统、消化系统、神经系统以及抗菌消炎，增强机体免疫功能、抗肿瘤等方面都具有不同的活性，苷类已成为当今体免疫功能、抗肿瘤等方面都具有不同的活性，苷类已成为当今研究天然药物中不可忽视的一类成分。许多常见的中药例如人参、研究天然药物中不可忽视的一类成分。许多常见的中药例如人参、甘草、柴胡、黄芪、桔梗、芍药等都含有苷类。甘草、柴胡、黄芪、桔梗、芍药等都含有苷类。一、一、概述概述一、概述一、概述二、单糖的结构类型和立体化学二、单糖的结构类型和立体化学三、苷的分类三、苷的分类四、苷的理化性质四、苷的理化性质五、苷键的裂解五、苷键的裂解六、糖的核磁共振性质六、糖的核磁共振性质天然药物化学天然药物化学-糖和糖和苷苷二、单糖的结构类型和立体化学二、单糖的结构类型和立体化学 天然单糖有天然单糖有200200多种，从三碳糖到八碳糖，但多种，从三碳糖到八碳糖，但以五碳、六碳糖居多。常见的单糖类型有：以五碳、六碳糖居多。常见的单糖类型有：1.五碳醛糖五碳醛糖2.六碳醛糖六碳醛糖3.六碳酮糖六碳酮糖4.甲基五碳醛糖甲基五碳醛糖二、单糖的结构类型和立体化学二、单糖的结构类型和立体化学5.氨基糖氨基糖6.去氧糖去氧糖7.糖醛酸糖醛酸8.糖醇糖醇单糖结构的表示方法：单糖结构的表示方法：二、单糖的结构类型和立体化学二、单糖的结构类型和立体化学Fisher式式 Haworth式式 Haworth简略式简略式 优势构象优势构象成环状结构后，多了一个手性碳成环状结构后，多了一个手性碳-端基碳端基碳 离端基碳最远的碳原子的构型离端基碳最远的碳原子的构型 D型型 L型型(Haworth式限于羰基碳与该原式限于羰基碳与该原子成环的）子成环的）绝绝 对对 构构 型：型：二、单糖的结构类型和立体化学二、单糖的结构类型和立体化学 端基碳端基碳(anomeric carbon)的相对构型的相对构型 型型型型(Haworth式限于羰基碳与式限于羰基碳与 该原子成环的）该原子成环的）是是C1相对于相对于C5的构型，因此的构型，因此-D-糖和糖和-L-糖的端基碳原子的糖的端基碳原子的构型是一样的。构型是一样的。差向异构体：差向异构体：二、单糖的结构类型和立体化学二、单糖的结构类型和立体化学 吡喃糖吡喃糖(pyranose，六员环六员环)呋喃糖呋喃糖(furanose，五员环五员环)，吡喃糖的优势构象，吡喃糖的优势构象椅式。椅式。单糖的构象：单糖的构象：二、单糖的结构类型和立体化学二、单糖的结构类型和立体化学一、概述一、概述二、单糖的结构类型和立体化学二、单糖的结构类型和立体化学三、苷的分类三、苷的分类四、苷的理化性质四、苷的理化性质五、苷键的裂解五、苷键的裂解六、糖的核磁共振性质六、糖的核磁共振性质天然药物化学天然药物化学-糖和糖和苷苷四四、苷类、苷类(glycoside)(又称配糖体又称配糖体)苷类化合物的组成：苷类化合物的组成：苷元苷元(配基配基)：非糖的物质，常见的有黄酮，蒽醌，：非糖的物质，常见的有黄酮，蒽醌，三萜，甾体三萜，甾体等。等。苷类苷类 苷键：将二者连接起来的化学键，可通过苷键：将二者连接起来的化学键，可通过 O,N,S等原子或直接通过等原子或直接通过C-C键相连。键相连。糖糖(或其衍生物，如氨基糖，糖醛酸等或其衍生物，如氨基糖，糖醛酸等)苷类苷类化合物的命名：化合物的命名：以以-in 或或 oside 作后缀。作后缀。三、苷的分类三、苷的分类苷类化合物的苷类化合物的分类：分类：根据生物体内的存在形式：分为原生苷、次根据生物体内的存在形式：分为原生苷、次 级苷。级苷。根据连接单糖基的个数：单糖苷、二糖苷、根据连接单糖基的个数：单糖苷、二糖苷、三糖苷三糖苷。根据苷元连接糖基的位置数：单糖链苷、二根据苷元连接糖基的位置数：单糖链苷、二 糖链苷糖链苷。根据苷键原子的不同：氧苷、硫苷、氮苷、根据苷键原子的不同：氧苷、硫苷、氮苷、碳苷。碳苷。三、苷的分类三、苷的分类一一 氧苷：氧苷：苷元与糖基通过氧原子相连，根据苷元与糖苷元与糖基通过氧原子相连，根据苷元与糖缩合的基团的性质不同，分为以下几类：缩合的基团的性质不同，分为以下几类：(1)醇苷：醇苷：是通过醇羟基与糖端基脱水而成的苷。是通过醇羟基与糖端基脱水而成的苷。比较常见，如下面要讲的皂苷，强心苷均属此类。比较常见，如下面要讲的皂苷，强心苷均属此类。(2)酚苷：酚苷：苷元的酚羟基与糖端基脱水而成的苷。苷元的酚羟基与糖端基脱水而成的苷。较常见，如黄酮苷、蒽醌苷多属此类。较常见，如黄酮苷、蒽醌苷多属此类。三、苷的分类三、苷的分类(3)氰苷：氰苷：主要是指主要是指-羟基腈的苷。羟基腈的苷。该类化合物多为水溶性，不易结晶，在酸和酶该类化合物多为水溶性，不易结晶，在酸和酶催化时易于水解。生成的苷元催化时易于水解。生成的苷元-羟基腈很不稳定，立羟基腈很不稳定，立即分解为醛即分解为醛(酮酮)和氢氰酸。而在碱性条件下苷元易发和氢氰酸。而在碱性条件下苷元易发生异构化。生异构化。该类化合物中的芳香族氰苷，分解后生成苯甲该类化合物中的芳香族氰苷，分解后生成苯甲醛（有典型的苦杏仁味）和氢氰酸，因而可以用于镇醛（有典型的苦杏仁味）和氢氰酸，因而可以用于镇咳。如苦杏仁可用于镇咳，正是由于其中的苦杏仁苷咳。如苦杏仁可用于镇咳，正是由于其中的苦杏仁苷(amygdalin)分解后可释放少量分解后可释放少量HCN的结果。的结果。三、苷的分类三、苷的分类(4)酯苷：酯苷：苷元羧酸的羟基与糖端基脱水而成的苷。苷元羧酸的羟基与糖端基脱水而成的苷。酯苷的特点：苷键既有缩醛的性质，又有酯酯苷的特点：苷键既有缩醛的性质，又有酯的性质，易为稀酸和稀碱水解。的性质，易为稀酸和稀碱水解。例如，存在于所有百合科植物，特别是郁金例如，存在于所有百合科植物，特别是郁金香属植物如杂种郁金香香属植物如杂种郁金香(Tulipa hybrida)中的化中的化合物山慈菇苷合物山慈菇苷A(tuliposide A)，有抗真菌活性。有抗真菌活性。但该化合物不稳定，放置日久易起酰基酰基重排但该化合物不稳定，放置日久易起酰基酰基重排反应，苷元由反应，苷元由C1OH转至转至C6OH上，同时失去上，同时失去抗真菌活性。山慈茹苷水解后立即环合生成山慈抗真菌活性。山慈茹苷水解后立即环合生成山慈茹内酯茹内酯A(tulipalin A)。三、苷的分类三、苷的分类(5)吲哚苷：吲哚苷：指吲哚醇和糖形成的苷，在豆科和蓼科中有指吲哚醇和糖形成的苷，在豆科和蓼科中有分布，苷元无色，但易氧化是暗蓝色的靛蓝，具分布，苷元无色，但易氧化是暗蓝色的靛蓝，具有反式结构，中药青黛就是粗制靛蓝，民间用以有反式结构，中药青黛就是粗制靛蓝，民间用以外涂治疗腮腺炎，有抗病毒作用。外涂治疗腮腺炎，有抗病毒作用。三、苷的分类三、苷的分类二二 硫苷：硫苷：是糖的端基是糖的端基OH与苷元上巯基缩合而与苷元上巯基缩合而成的苷。成的苷。如萝卜中的萝卜苷。如萝卜中的萝卜苷。芥子苷是存在于十字花科植物中的一类硫芥子苷是存在于十字花科植物中的一类硫苷，其通式如下，几乎都是以钾盐的形式存在。苷，其通式如下，几乎都是以钾盐的形式存在。经其伴存的芥子酶水解，生成的芥子油含有异经其伴存的芥子酶水解，生成的芥子油含有异硫氰酸酯类、葡萄糖和硫酸盐，具有止痛和消硫氰酸酯类、葡萄糖和硫酸盐，具有止痛和消炎作用。炎作用。三、苷的分类三、苷的分类三三 氮苷：氮苷：糖的端基碳与苷元上氮原子相连的苷称氮苷，糖的端基碳与苷元上氮原子相连的苷称氮苷，是生物化学领域中的重要物质。如核苷类化合物。是生物化学领域中的重要物质。如核苷类化合物。四四 碳苷碳苷：是一类糖基和苷元直接相连的苷。组成碳苷的是一类糖基和苷元直接相连的苷。组成碳苷的苷元多为酚性化合物，如黄酮、查耳酮、色酮、苷元多为酚性化合物，如黄酮、查耳酮、色酮、蒽醌和没食子酸等。尤其以黄酮碳苷最为常见。蒽醌和没食子酸等。尤其以黄酮碳苷最为常见。碳苷常与氧苷共存，它的形成是由碳苷常与氧苷共存，它的形成是由 苷元酚羟基所苷元酚羟基所活化的邻对位的氢与糖的端基羟基脱水缩合而成。活化的邻对位的氢与糖的端基羟基脱水缩合而成。因此，在因此，在 碳苷分子中，糖总是连在有间二酚或间碳苷分子中，糖总是连在有间二酚或间苯三酚结构的环上。黄酮碳苷的糖基均在苯三酚结构的环上。黄酮碳苷的糖基均在A环的环的6位或位或8位。碳苷类化合物具有溶解度小、难以水解位。碳苷类化合物具有溶解度小、难以水解的特点。的特点。三、苷的分类三、苷的分类 如豆科植物葛和野葛的根如豆科植物葛和野葛的根中含有的葛根素中含有的葛根素(puerarin)对心血管系统有较强的活性，对心血管系统有较强的活性，有明显的扩张冠状动脉，增有明显的扩张冠状动脉，增加冠脉流量，降低血压的作加冠脉流量，降低血压的作用。该化合物即为异黄酮的用。该化合物即为异黄酮的碳苷，碳苷，8位直接与葡萄糖相结位直接与葡萄糖相结合。合。三、苷的分类三、苷的分类一、概述一、概述二、单糖的结构类型和立体化学二、单糖的结构类型和立体化学三、苷的分类三、苷的分类四、苷的理化性质四、苷的理化性质五、苷键的裂解五、苷键的裂解六、糖的核磁共振性质六、糖的核磁共振性质天然药物化学天然药物化学-糖和糖和苷苷一一 性状：性状：形：形：苷类化合物多数是固体，其中糖基少的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，则多呈具有吸可以成结晶，糖基多的如皂苷，则多呈具有吸湿性的无定无形粉末。湿性的无定无形粉末。味：味：苷类一般是无味的，但也有很苦的和有苷类一般是无味的，但也有很苦的和有甜味的，如甜菊苷甜味的，如甜菊苷(stevioside),是从甜叶菊是从甜叶菊的叶子中提取得到的，的叶子中提取得到的，属于贝壳杉烷型四环二属于贝壳杉烷型四环二萜的多糖苷，比蔗糖甜萜的多糖苷，比蔗糖甜300倍，临床上用于糖倍，临床上用于糖尿病患者作