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1、第二章 糖和苷Saccharides and Glycosides,目的要求： 1熟悉糖的结构类型，掌握糖Haworth式的端基碳构型、构象及糖的理化性质。 2熟悉苷的结构类型，掌握苷的一般性质、苷键的裂解方法及其裂解规律。 3掌握苷元和糖、糖和糖之间连接位置、连接顺序以及苷键构型的确定方法。 4掌握糖和苷的提取分离方法。,第一节 单糖的立体结构,单糖(monosaccharides)是多羟基醛或酮，是组成糖及其衍生物的基本单位。单糖的结构可用Fisher和Haworth投影式表示。,2-酮羰基,一、单糖的绝对构型,习惯上把单糖Fisher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
2、子的绝对构型。其羟基向右的为D型，向左的为L-型。,在Haworth式中也是看那个不对称碳原子上的取代基，向上为型，向下为型。,D-葡萄糖,L-鼠李糖,二、单糖的端基差向异构体,单糖成环后新形成的一个不对称碳原子称为端基碳(anomeric carbon)，生成的一对差向异构体有、二种构型。 Fisher投影式： C1-OH与原C5(六碳糖)或C4(五碳糖)-OH，顺式的为，反式的为。 Haworth投影式： C1-OH与原C5(六碳糖)或C4(五碳糖)-取代基，异侧的为，同侧的为。,异侧,同侧,三、单糖的氧环,自然界的糖都以六元或五元氧环的形式存在。五元氧环的称为呋喃糖（furanose)，
3、六元氧环的称为吡喃糖（pyranose).,四、单糖的构象,Haworth式更接近糖结构的真实情况，但仍是一种简化的表示方法。 呋喃环：基本为一平面（如：信封式），无明显的结构变化。 吡喃环：以椅式构象为优势构象，C1或1C。,绝大多数单糖的优势构象是C1式，只有极少数如 L-鼠李糖等的优势构象是1C式。,4C1,1C4,第二节、糖和苷的分类,单糖 monosaccharides 低聚糖 oligosaccharides:由29个单糖基通过苷键键合而成的直糖链或支糖链的聚糖。 多聚糖 polysaccharides：由十个以上的单糖基通过苷键键合而成的聚糖。,一、单糖 monosacchari
4、des,1. 五碳醛糖aldopentoses,2. 甲基五碳糖,3. 六碳醛糖aldohexoses,4. 六碳酮糖ketohexose,hexulose,5. 分支链的单糖,单糖的一个或几个醇羟基换成氨基。天然存在的氨基糖多为2-氨基-2-去氧醛糖。,6. 氨基糖(amino sugar):,7.去氧糖(deoxysugars) 单糖分子的一个或两个羟基为氢原子代替的糖。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。,8. 糖醇 单糖的醛或酮还原成羟基后所得的多元醇。,9. 糖醛酸,10. 环醇类,环状的多羟基化合物。从生源上看属于单糖衍生物。,二、低聚糖 oligo
5、saccharides,二糖：蔗糖 据单糖的个数 三糖：棉子糖 四糖：水苏糖 五糖：毛蕊糖,还原糖：樱草糖 据有无游离的醛或酮基 非还原糖：蔗糖，大 多数的三、四、五糖等,三、多聚糖 polysaccharides,据在生物体内的功能分为： 形成动植物的支持组织：如植物中的纤维素、甲壳类动物的甲壳素；分子呈直链型，不溶于水； 为动植物储存养料：如淀粉、肝糖元等；分子多为支链型分子，可溶于热水成胶体溶液，可经酶催化水解释放单糖以供应能量。,均多糖（homosaccharide):由一种单糖组成。如：由葡聚糖为glucan。 杂多糖（heterosaccharide):由两种以上的单糖组成，如：葡
6、萄甘露聚糖glucomannan。,据单糖的种类分为：,植物多糖 动物多糖,据来源分为：,四、苷类 (glycosides)（配糖体）,糖或糖的衍生物 非糖物质 （氨基糖，糖醛酸等） （黄酮，萜类等）,苷(glycosides),糖的端基碳原子,苷键 、,据苷键原子的不同：,氧苷 (醇苷、酚苷、氰苷、酯苷、吲哚苷) 硫苷：端基-OH与苷元上的巯基而成的苷。 氮苷：端基碳与苷元上的氮原子相连的苷。 碳苷：糖基直接连在苷元碳原子的苷类。,1. 氧苷,红景天苷,天麻苷,垂盆草苷,山慈姑苷,菘苔苷,2. 硫苷,萝卜苷,3. 氮苷,腺苷,4. 碳苷：由苷元的酚羟基所活化的邻或对位的氢与糖的端基羟基脱水缩
7、合而成。糖多接在间二或间三酚羟基环上。,碳苷的苷元多为黄酮类、蒽醌类化合物，黄酮碳苷糖多接在6-或8-位上。,1,4,6,8,第三节、糖的化学性质,与糖和苷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,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（中性或弱酸性）；对固定在环的异侧并无扭曲余地的邻二醇羟基不反应。 应用：推测糖的种类、糖的氧环大小、糖与糖的连接位置、分子中邻二醇羟基的数目及碳的构型等。,
8、反应机理：酸性或中性介质,五元环状酯中间体,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。,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摩尔数。,二、糠醛的形成反应,单糖在浓酸作用下，脱去三分子水，生成具有呋喃环结构的糠醛衍生物。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。,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
9、以及具有活性次甲基基团的化合物缩合生成有色物质。 根据这一性质配置了糖的显色剂。 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：如：苯酚，萘酚，苯胺。,含有活泼次甲基的,化合物：如,蒽酮,Molish反应：浓硫酸和-萘酚,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（蓝色）,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 -OH a-OH,(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： Kuh
10、n改良法：是在Haworth法和Purdic法的基础上改良的。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。,（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，室温放置即可得到全乙酰化的糖。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联用，决定多糖连接点。,3. 缩酮和缩醛反应,酮或醛在脱水剂（如矿酸、无水氯化锌和无水硫酸铜）存在下和多元醇的两个有适当空
11、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。,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,应用: 保护游离糖的一对或两对羟基。,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。,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、
12、鉴定和构型推定。,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-消除反应 酶催化水解 过碘酸裂解反应,1. 酸催化水解反应,水解难易规律: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 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糖醛酸 去氧糖羟基糖氨基糖,酚苷醇苷,苷元为小基团： e - a - 易质子化， 苷元为大基团： a - e -（稳定性）,氮原子位于酰胺或嘧啶位置时,N-苷难于用矿酸水解.（p78）,必须先将酰胺羰基还原为羟基后才能酸水解,酸水解
13、方法,510%HCl/H2SO4/甲醇 两相水解法：对酸不稳定苷元用酸水/有机溶剂（后加） TLC斑点检查,2. 碱催化水解,苷元为酸、酚、有羰基共轭的烯醇类等，苷键具有酯的性质，遇碱能水解。（自己看书）,3. 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-葡萄糖苷键水解。杏仁苷酶（emulsin）是一种-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。,4. 过碘酸裂解反应(Smith裂解法）,苷元结构容易改变的苷以及C-苷的水解研究特别适宜。但不适于苷
14、元上也有1，2-二元醇结构的苷类。,C-苷的水解：比原苷元多一个醛。,+,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。,七、糖的提取分离 提取,提取 主要为溶剂法水、稀醇（单糖、低聚糖、多糖） 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。 苷类分子的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。 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冷冻保存等,七、糖的提取分离 分离,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
15、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,七、糖的提取分离 分离,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。,七、糖的提取分离 分离,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上者大，吸附力及吸附量也较上者次之。 锦纶-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。,七、糖的提取分离 分离,活性炭对物质的吸附规律 对分子量大的化合物吸附力大于分子量小的化合物，即：多糖
16、 单糖 活性炭在水溶液中的吸附力最强，在有机溶剂中吸附力较弱。洗脱顺序： H2O、10%、20%、30%、50%、70%乙醇液 无机盐 二糖 三糖 多糖 单糖等,七、糖的提取分离 分离,2纤维素色谱 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。 用水溶性的溶剂如HAc：H2O进行展开时，其原理属吸附层析。,七、糖的提取分离 分离,3离子交换柱色谱 除水提液中的酸、碱性成分和无机离子； 制成硼酸络合物强碱性阴离子交换树脂（不同浓度硼酸盐液洗脱）,七、糖的提取分离 分离,4凝胶柱色谱 常用商品名称及型号： 葡聚糖凝胶（商品名：Sephadex G） G-10、G-15、G-
17、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）,七、糖的提取分离 分离,操作过程： 除LH-20外，均在H2O中进行。 将凝胶在适当的溶液中浸泡（多为洗脱剂）； 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。,七、糖的提取分离 分离,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 （水-甲醇、水-乙醇、水-丙酮等） LH-
18、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，如：脂类、固醇类等),七、糖的提取分离 分离,5季铵氢氧化物沉淀法 季铵氢氧化物是一类乳化剂。,七、糖的提取分离 分离,6分级沉淀或分级溶解法 在糖的水溶液中，逐步加入乙醇，即逐渐增大EtOH浓度，可得到各部分的沉淀物。 为使多糖稳定，多糖通常在pH=7时进行 酸性多糖在pH=24时进行 处理酸性多糖时，为防酸水解苷键，操作宜迅速。,七、糖的提取分离 分离,7蛋白质除去法 用分级沉淀法得到的多糖，常夹杂有较多的蛋白质，为除之，通常选择能使蛋白质沉淀而使多糖不沉淀的试剂来处理，如：酚、三氯乙酸、鞣酸等。 注意：
19、处理时间要短，温度要低。 （避免多糖降解） 三氟三氯乙烷法和Sevag法（用氯仿：戊醇或丁醇4：1混合）在避免降解上有较好效果。,七、糖的提取分离 分离,糖的提取分离实例 地黄根中单糖和低聚糖的分离 取鲜根热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） 以H2O、稀EtOH（5、10、15、 25% 顺次洗脱）,经PC检定，合并 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),本章重点内容,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）,The End,