第四章 糖和苷类化合物.ppt

1、1 NaturalProductsChemistry 第四章 糖和苷 SaccharideandGlycoside 2 基本内容 常见的几种单糖的结构特征糖和苷的分类糖和苷的理化性质苷键的裂解规律和影响因素糖的核磁共振谱学特征 糖上的质子在1H NMR谱及碳原子信号在13C NMR上出现的大致位置 根据J值判断多数糖苷端基碳原子构型 苷化位移规律 3 第一节糖类化合物第二节苷类化合物第三节糖和苷类的提取分离第四节糖和苷类的检识第五节苷类的结构研究 本章内容 4 第一节糖类化合物 5 第一节糖类化合物 一概述 1 糖 saccharides 是多羟基醛或多羟基酮及其衍生物 聚合物的总称 2 一般

2、具有Cx H2O y的通式 所以 糖又称为碳水化合物 carbohydrates 含义 第一节糖类化合物 一概述 在自然界中 糖的分布极广 可分布于植物的各个部位 植物的根 茎 叶 花 果实 种子等大多含有葡萄糖 果糖 淀粉和纤维素等糖类物质 二 分布 第一节糖类化合物 一概述 3 主要生物活性 1 多具有抗肿瘤活性 香菇多糖等 2 增强免疫功能 人参多糖 黄芪多糖等 第一节糖类化合物 二结构与分类 根据糖能否水解和分子量的大小可分为 一 单糖 monosaccharides 不能再被简单地水解成更小分子的糖 如葡萄糖 鼠李糖等 二 低聚糖 oligosaccharides 由2 9个单糖聚合

3、而成 也称为寡糖 如蔗糖 麦芽糖等 三 多糖 polysaccharides 由10个以上的单糖聚合而成 分子量很大 其性质也大大不同于单糖和低聚糖 如淀粉 纤维素等 9 单糖 monosaccharide 糖的基本单位 又称碳水化合物 Carbohydrates 为多羟基的醛 polyhydroxylaldehyde 或多羟基酮 polyhydroxyketone 为重要的一次代谢产物 具有醛基的单糖称为醛糖 aldose 具有酮基为酮糖 ketose 第一节糖类化合物 一 单糖 10 以D 葡萄糖 D glucose 为例 Fischer投影式 Haworth式 Haworth简式 优势构

4、象式 第一节糖类化合物 单糖的表示方法 11 D glucose 第一节糖类化合物 12 1 单糖的Fischer Haworth和构象式 天然界的单糖从三碳糖至八碳糖都有存在 最简单的醛糖甘油醛 glyceraldehyde 最简单的酮糖二羟基丙酮 1 3 dihydroxyacetone 甘油醛 二羟基丙酮 第一节糖类化合物 13 1 最早系统反应单糖立体结构的为Fischer投影式 D L 甘油醛 规则 碳主链竖直放置 醛基 羰基靠近 位于顶端 羟甲基位于底端 链上中间碳上的取代基水平放置两端 投影式中 水平键朝向平面前 竖直健位于平面后 第一节糖类化合物 14 部分单糖的Fischer

5、投影式如下 D 木糖D 果糖D 葡萄糖L 鼠李糖D xyloseD fructoseD glucoseL rhamnose 第一节糖类化合物 15 2 Fischer投影式中单糖D L构型的规定相对于左右旋 L D 甘油醛而来 以距离醛基 或羰基 最远的手性碳原子上的 OH而定 向右为D 构型 向左为L 构型 D 构型 L 构型 第一节糖类化合物 16 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 单糖的Haworth式及构象式 Fischer投影式与Haworth式的转化以D 葡萄糖为例 第一节糖类化合物 五元氧环称呋喃型糖六元氧环称吡喃型糖 17 D glucose 第一节糖类化合

6、物 18 3 Haworth式中 构型的判定 1 六碳醛糖构成的吡喃糖 C5上的取代基 向上为D型 向下为L型 D L 六碳醛糖构成的呋喃型 因C5 C6部分成为环外侧链 构型判断仍以C5为标准 C5 R者为D型糖 C5 S者为L型糖 R 第一节糖类化合物 19 2 戊醛糖和已酮糖的绝对构型判断 在二者吡喃型Haworth式 因原结构中C4和C5 OH不参与成环 故可直接根据其位置判断构型 戊醛糖的C4或已酮糖的C5 OH处于环上者为L构型 环下者为D构型 第一节糖类化合物 20 4 单糖的构象式呋喃型糖 五元氧环 信封式吡喃型糖 椅式构象为优势构象 C1 1C式 4C1式 简称C1式 1C4

7、式 简称1C式 第一节糖类化合物 21 2 单糖的端基差向异构体 构型 anomer Fischer投影式 C1 OH 端基碳 anomericcarbon 与距离羰基最远的手性碳原子上的OH在同侧者为 型 异侧者为 型 Haworth投影式 习惯上将D型糖中C1 OH处环上者为 体 环下者为 体 在L型糖中相反 第一节糖类化合物 22 Fisher式 Haworth式 第一节糖类化合物 23 D型糖 L型糖 规律1 D型糖采取C1式更稳定 L型葡萄糖采取1C式 规律2 b 构型的端基OH总是处于平伏键 以DL 葡萄糖为例总结 第一节糖类化合物 3 常见的单糖及其衍生物 1 五碳醛糖 D 木糖

8、 D xylose xyl L 阿拉伯糖 L arabinose ara D 木糖 L 阿拉伯糖 第一节糖类化合物 3 常见的单糖及其衍生物 2 甲基五碳糖 L 夫糖 L fucose fuc D 鸡纳糖 D quinovose L 鼠李糖 L rhamnose rha L 鼠李糖 第一节糖类化合物 3 常见的单糖及其衍生物 3 六碳醛糖 D 葡萄糖 D glucose glc D 甘露糖 D mannose man D 半乳糖 D galactose gal D 葡萄糖D 甘露糖D 半乳糖 第一节糖类化合物 3 常见的单糖及其衍生物 4 六碳酮糖 D 果糖 fructose fru D 果糖

9、 第一节糖类化合物 3 常见的单糖及其衍生物 5 糖醛酸 D 葡萄糖醛酸 D glucuronicacid D 半乳糖醛酸 D galacturonicacid D 葡萄糖醛酸 第一节糖类化合物 3 常见的单糖及其衍生物 6 糖醇 单糖的醛或酮基还原成羟基后所得到的多元醇称糖醇 如卫矛醇 ducitol D 甘露醇 D mannitol D 山梨醇 D sorbitol 卫矛醇D 甘露醇D 山梨醇 第一节糖类化合物 3 常见的单糖及其衍生物 7 去氧塘 在单糖的2 6位失去氧 主要存在于强心苷等成分中 氨基糖 单糖的伯或仲羟基被置换为氨基 存在于动物和菌类中较多 31 必须记住的十种常见单糖

10、第一节糖类化合物 二 低聚糖按组成低聚糖的单糖基数目 低聚糖分为二糖 三糖 四糖等 常见的二糖 麦芽糖 芸香糖 龙胆二糖 还原糖非还原糖 第一节糖类化合物 三 多糖多糖分子量较大 一般由几百个甚至几万个单糖分子组成 1 均多糖 homosaccharides 由一种单糖组成的多糖 如淀粉 纤维素等 2 杂多糖 heterosaccharides 由二种以上单糖组成的多糖 分为中性杂多糖和酸性粘多糖 第一节糖类化合物 三 多糖 纤维素 淀粉 猪苓多糖 甲壳素 粘液质 树胶 肝素 茯苓多糖 灵芝多糖 第一节糖类化合物 三 多糖 1 植物多糖 纤维素 第一节糖类化合物 三 多糖 2 动物多糖 肝素

11、抗凝血作用 第一节糖类化合物 三 多糖 3 菌类多糖 茯苓多糖 灵芝多糖 猪苓多糖 38 第一节糖类化合物第二节苷类化合物第三节糖和苷类的提取分离第四节糖和苷类的检识第五节苷类的结构研究 本章内容 39 一苷的结构苷类 配糖体 由糖或衍生物与非糖物质通过糖的端基碳原子 半缩醛或半缩酮羟基 脱水形成的 第二节苷类化合物 糖 糖 糖 苷元苷苷元 苷键原子苷元苷键端基碳原子 D 葡萄糖苷 40 二苷的分类根据生物体内的存在形式 原生苷 次生苷根据所连单糖的个数 单糖苷 双糖苷等根据糖链的数目 单糖链苷 双糖链苷根据苷元的不同 黄酮苷 蒽醌苷根据生物活性或特性 强心苷 皂苷根据苷键原子 氧苷 氮苷 硫

12、苷 碳苷 第二节苷类化合物 41 根据苷键原子分类 1 氧苷 O 苷 醇苷 苷元为醇 如 红景天苷 第二节苷类化合物 酚苷 苷元为酚 如 天麻苷 氰苷 指苷元为 羟基腈形成的苷 易分解成醛或酮和氢氰酸 如 苦杏仁苷 红景天 42 43 酯苷 酰苷 苷元的羧酸基与糖或糖衍生物的半缩醛 半缩酮 羟基脱水缩合成苷 如 山慈菇苷A 第二节苷类化合物 1 氧苷 O 苷 根据苷键原子分类 44 2 硫苷 苷元的巯基与糖或糖的衍生物的半缩醛 半缩酮 羟基脱水缩合成苷 如 白芥子苷 第二节苷类化合物 根据苷键原子分类 3 氮苷 N 苷 苷元的胺基与糖或糖的衍生物的半缩醛 半缩酮 羟基脱水缩合成苷化合物 如 腺

13、苷 45 4 碳苷 C 苷 苷元碳上的氢与糖或糖的衍生物的半缩醛 半缩酮 羟基脱水缩合成苷 苷元多为间苯二酚 间苯三酚类化合物 常见黄酮 蒽醌 酚酸类 如 牡荆素 第二节苷类化合物 根据苷键原子分类 46 三理化性质 一 性状 形态 均为固体 含糖基少 可成结晶含糖基多 无定型粉末 有吸湿性颜色 取决于苷元 共轭系统的大小及助色团的有无 气味 一般无味 也有很苦或很甜的 个别对黏膜有刺激性 皂苷 二 旋光性 苷都有旋光性 多数呈左旋 糖为右旋 水解前后旋光性的变化提示可能含有苷类化合物 第二节苷类化合物 47 三理化性质 三 溶解性 苷元 亲脂性 苷 亲水性 甲醇 乙醇 含水正丁醇苷的糖基增多

14、 极性增大 亲水性增强 在水中的溶解度也就增加 甾醇单糖苷 萜醇单糖苷 去氧糖苷 亲脂性 碳苷 在水和其它溶剂中的溶解度一般都比较小 第二节苷类化合物 六 苷键的裂解 1苷键裂解的目的和应用为鉴定苷的结构 如糖和糖的连接方式 苷元和糖的连接方式 糖的种类 个数等 2苷键裂解法 酸催化水解反应 乙酰解反应 碱催化水解 酶催化水解反应 氧化开裂法 Smith降解法 第二节苷类化合物 四 苷键的裂解 四 苷键裂解法 酸催化水解反应苷键属缩醛结构 易为稀酸水解 反应机理 苷原子先质子化 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 半椅型 第二节苷类化合物 苷原子的碱性苷原子周围的电子云密

15、度空间环境 酸水解的规律 难易顺序 C 苷 S 苷 O 苷 N 苷醇苷 酚苷 烯醇苷2 氨基糖 2 羟基糖 3 去氧糖 2 去氧糖 2 3 二去氧糖 苷 吡喃糖苷 呋喃糖苷 醛糖苷 酮糖苷糖醛酸 七碳糖 六碳糖 甲基五碳糖 五碳糖 第二节苷类化合物 在构象相同的糖中 a键 竖键 OH多则易水解 芳香苷较脂肪属苷易水解 如 酚苷 萜苷 甾苷 因苷元部分有供电结构 而脂肪属苷元无供电结构 苷元为小基团苷键横键比竖键易水解 e a 横键易质子化 苷元为大基团苷键竖键比横键易水解 a e 苷的不稳定性促使其易水解 第二节苷类化合物 练习 1 判断下列化合物酸水解的难易程度 易 难 C A B 2 a

16、b d c 四 苷键裂解法 乙酰解反应常用试剂 醋酐 酸所用酸如 H2SO4 HClO4 CF3COOH或Lewis酸 ZnCl2 BF3 等 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 以CH3CO 乙酰基 Ac 为进攻基团 第二节苷类化合物 乙酰解反应易发生糖的端基异构化 第二节苷类化合物 乙酰解应用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 乙酰解法可以开裂一部分苷键而保留另一部分苷键 第二节苷类化合物 苷键的葡萄糖双糖的反应速率 乙酰解易难程度 1 6 1 4 1 3 1 2 四 苷键裂解法 碱催化水解一般苷键对稀碱是稳定的 但某些特殊的苷易为碱水解

17、 如 酯苷 酚苷 与羰基共轭的烯醇苷 吸电子基取代的苷 第二节苷类化合物 C1 OH与C2 OH 反式易水解 其产物为1 6 葡萄糖酐 顺式产物为正常的糖 利用水解产物可判断苷键构型 第二节苷类化合物 四 苷键裂解法 酶催化水解反应特点 反应条件温和 专属性高 保持苷元结构不变 判断苷键构型 常用的水解酶 杏仁苷酶 只水解 六碳醛糖苷键麦芽糖酶 只水解 D 葡萄糖糖苷键纤维素酶 只水解 D 葡萄糖糖苷键蜗牛酶 只水解 苷键转化糖酶 只水解 果糖苷键 第二节苷类化合物 四 苷键裂解法 氧化开裂法 Smith降解法 试剂 过碘酸 HIO4 四氢硼钠 NaBH4 稀酸反应过程 分三步反应 1 NaI

18、O4氧化开裂成醛 2 NaBH4还原成醇 3 酸化水解 第二节苷类化合物 60 特点 条件温和 易得到原苷元适合于苷元不稳定的苷和碳苷的裂解 第二节苷类化合物 四 苷键裂解法 氧化开裂法 Smith降解法 61 第一节糖类化合物第二节苷类化合物第三节糖和苷类的提取分离第四节糖和苷类的检识第五节苷类的结构研究 本章内容 62 一糖类的提取与分离1提取单糖 低聚糖常用水或稀醇提取 多糖用水或稀碱液提取2分离1 活性炭柱色谱 烯醇洗脱2 纤维素柱色谱 兼有吸附色谱和分配色谱的性质3 大孔吸附色谱 4 纸色谱 单糖的鉴定 展开剂BAW n BuOH HAc H2O4 1 5 上相 极性小 Rf值大 第

19、三节糖和苷类的提取分离 提取 苷的存在状态苷与酶共存提取目的 原生苷 次生苷 苷元 原生苷 科研 生产 溶解性差异酶解次生苷 苷元 生产 第三节糖和苷类的提取分离 二 苷类和苷元的提取与分离 提取原生苷提取次生苷 苷元 设法抑制酶的活性 加热 拌碳酸钙 醇 避免与酸 碱接触极性溶剂 甲醇 乙醇 沸水 提取 利用酶的活性 加水 30 40 24 48 加酸水解或碱水解 预发酵等有机溶剂 醇 苯 氯仿 石油醚 提取 提取液 浓缩 浓缩液 含大量极性杂质 溶剂法 溶剂沉淀 水液加丙酮或乙醚 溶剂萃取法 乙酸乙酯 正丁醇 大孔树脂法 先水洗 无机盐 糖 肽类 不同浓度的乙醇洗苷类 分离 色谱方法 为主

20、 反相硅胶色谱 Rp 18 Rp 8 极性成分适用 水 甲醇或水 乙腈为流动相葡聚糖凝胶色谱 SephedexLH 20 有机相适用 不同浓度的乙醇为洗脱剂 各种单体成分 66 第一节糖类化合物第二节苷类化合物第三节糖和苷类的提取分离第四节糖和苷类的检识第五节苷类的结构研究 本章内容 一 理化检识 一 糠醛形成反应 Molish反应 羟甲糠醛 第四节糖和苷类的检识 Molish反应 样品 浓H2SO4 萘酚 棕色环多糖 低聚糖 单糖 苷类 Molish反应均为阳性 第四节糖和苷类的检识 二 菲林反应和多伦反应多伦反应 Tollenreaction 以Ag 为氧化剂费林反应 Fehlingrea

21、ction 以Cu2 为氧化剂 第四节糖和苷类的检识 四糖的检识 一 理化检识 二 色谱检识 第一节糖类化合物 纸色谱和薄层色谱常用展开系统 BAW n BuOH HAc H2O 4 1 5 上相 常用显色剂邻苯二甲酸 苯胺 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 等 71 第一节糖类化合物第二节苷类化合物第三节糖和苷类的提取分离第四节糖和苷类的检识第五节苷类的结构研究 本章内容 72 1 纯度测定多糖纯品实质上是一定分子量范围的均一组分 常用方法 超离心法高压电泳法 制成硼酸络合物 凝胶色谱法旋光测定法 分级沉淀 测比

22、旋度 第五节苷类的结构研究 73 2 分子量测定质谱法FDMS 场解析质谱 FABMS 快原子轰击质谱 ESIMS 电喷雾质谱 MALDI TOF MS 基质辅助激光解析电离飞行时间质谱 第五节苷类的结构研究 74 3 单糖的鉴定全水解PC TLC 与单糖对照品比较 鉴定糖的种类薄层扫描 测定单糖的分子比气相色谱 HPLC等定性定量分析 第五节苷类的结构研究 75 4 糖连接位置的测定糖链 多糖 苷 全甲基化 水解 甲基化单糖 气相色谱定性定量分析 游离羟基的部位为糖的连接位置 1HNMR 全乙酰化 测1HNMR CHOAc 4 75 5 4 CHOR CH2OAc CH2OR 3 0 4 3

23、 的质子信号化学位移不同苷化位移 第五节苷类的结构研究 76 5 糖链连接顺序的确定部分水解法 稀酸水解 甲醇解 乙酰解 碱水解等质谱分析 FABMS FDMS CIMS等 分析质谱碎片 从外侧糖依次裂解 13CNMR的弛豫时间 外侧糖的自旋弛豫时间T1比内侧糖大 2D NMR H HCOSY HMQC HMBC NOESY HOHAHA等 第五节苷类的结构研究 77 6 苷键构型的确定 和 型 核磁共振法 糖端基质子JH1 2 端基碳JC1 H1和化学位移酶解法 分子旋光差法 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 和 型 的分子旋光度比较 数值相近的一个便是与之有相同

24、苷键者 红外法 L吡喃糖苷在840cm 1有吸收峰 D吡喃糖苷在890cm 1有吸收峰 第五节苷类的结构研究 78 一 糖的1HNMR性质1 化学位移 糖端基质子 4 3 6 0C6 CH3 鼠李糖 1 0 3H d J 6Hz 其它碳上质子 3 2 4 2 第五节苷类的结构研究 2 偶合常数 J1 2判断苷键构型 H 2为 键的糖 如木糖 葡萄糖 半乳糖 可以根据偶合常数判断苷键的构型 型 J 6 8Hz 型 J 2 4Hz 鼠李糖 甘露糖 79 第五节苷类的结构研究 D 葡萄糖 可通过J值来判定端基碳构型 80 无法通过J值来判定 第五节苷类的结构研究 81 所以无法通过J值来判断构型 第

25、五节苷类的结构研究 呋喃型糖偶合常数变化不大 不能用端基质子偶合常数判断苷键构型 82 二 糖的13CNMR性质1 化学位移及偶合常数端基碳 95 105 CH OH C2 C3 C4 70 85CH2 OH C6 62左右CH3 20 第五节苷类的结构研究 83 Glc的一般13C NMR谱规律 第五节苷类的结构研究 84 偶合常数1JC1 H1 型甲苷 170Hz 型甲苷键 160Hz 用于苷键的判定 第五节苷类的结构研究 85 2 苷化位移 Glycosylationshift GS 定义 糖与苷元成苷后 苷元的 C C和糖的端基碳的化学位移值发生了变化 这种变化称苷化位移 应用 推测糖

26、与苷元 糖与糖的连接位置 苷元被苷化碳的绝对构型及碳氢信号归属 第五节苷类的结构研究 86 酯苷 酚苷的苷化位移 当糖与 OH形成酯苷键或酚苷键时 其苷化位移值较特殊 碳均向高场位移 第五节苷类的结构研究 87 第五节苷类的结构研究 酯苷 酚苷的苷化位移 88 第五节苷类的结构研究 1HNMR 300MHz DMSO d6 6 23 1H d J 4 5Hz 4 90 1H t J 4 2Hz 4 78 1H d J 5 4Hz 4 65 1H d J 4 8Hz 4 47 1H d J 6 6Hz 4 38 1H t J 6 0Hz 89 第五节苷类的结构研究 13CNMR 75MHz DM

27、SO d6 92 3 C 1 72 1 C 2 73 2 C 3 70 7 C 4 72 5 C 5 61 3 C 6 90 填空题1 苷类根据是生物体内原存的 还是次生的分为 和 根据连接单糖基的个数分为 等 根据苷键原子的不同分为 和 其中 为最常见 2 利用1HNMR谱中糖的端基质子的 判断苷键的构型是目前常因用方法 对于葡萄糖苷来说 J 6 8Hz 应为 构型 J 2 3Hz 为 3 和 类化合物对Molish试剂呈正反应 4 苦杏仁酶只能水解 葡萄糖苷 纤维素酶只能水解 葡萄糖苷 麦芽糖酶只能水解 葡萄糖苷 5 苷化位移使糖的端基碳向 移动 91 选择题1 糖类的纸层析常用展开剂 A

28、 n BuOH HOAc H2O 4 1 5 上层 B CHCl3 MeOH 9 1 C EtOAc EtOH 6 4 D 苯 MeOH 9 1 2 酸催化水解时 较难水解的苷键是 A 氨基糖苷键B 羟基糖苷键C 6 去氧糖苷键D 2 6 去氧糖苷键3 Molish试剂的组成是 A 萘酚 浓硫酸B 萘酚 浓流酸C 氧化铜 氢氧化钠D 硝酸银 氨水4 提取苷类成分时 为抑制或破坏酶常加入一定量的 A 硫酸B 酒石酸C 碳酸钙D 氢氧化钠E 碳酸钠5 下列几种糖苷中 最易被酸水解的是 92 6 糖的纸色谱中常用的显色剂是 A molisch试剂B 苯胺 邻苯二甲酸试剂C Keller Kiliani试剂D 醋酐 浓硫酸试剂E 香草醛 浓硫酸试剂7 大多数 D 和 L 苷端基碳上质子的偶合常数为 A 1 2HzB 3 4HzC 6 8Hz8 下列哪个不属于多糖 A 树胶B 粘液质C 蛋白质D 纤维素E 果胶9 苦杏仁苷属于下列何种苷类 A 醇苷B 硫苷C 氮苷D 碳苷E 氰苷10 苷类化合物糖的端基质子的化学位移值在 A 1 0 1 5B 2 5 3 5C 4 3 6 0D 6 5 7 5E 7 5 8 5