1、第二章 糖和苷,Saccharides and Glycosides,學(xué)習(xí)要求,掌握 糖的構(gòu)型確定，什么是苷、苷元及苷化位移的含義；掌握常用的苷鍵水解方法，糖和苷基本理化性質(zhì)；掌握糖的核磁共振性質(zhì)。,熟悉 低聚糖和多糖的提取分離方法；糖和苷的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)；糖的化學(xué)性質(zhì)中的氧化性，過(guò)碘酸氧化，四醋酸鉛氧化，糖醛酸形成反應(yīng)，甲基化反應(yīng)，乙?；磻?yīng)，縮酮和縮醛化反應(yīng)，硼酸絡(luò)合反應(yīng)以及羰基反應(yīng)，熟悉苷化位移的規(guī)律以及糖鏈結(jié)構(gòu)的鑒定方法。,一、概述,二、單糖的立體化學(xué),三、糖和苷的分類,五、苷鍵的裂解,六、糖的核磁共振性質(zhì),七、糖鏈的結(jié)構(gòu)測(cè)定,八、糖和苷的提取分離,四、糖的化學(xué)性質(zhì),糖和苷,糖類（sacch

2、aride）: 又稱碳水化合物（carbohydrates），是植物光合作用的初生產(chǎn)物，是一類豐富的天然產(chǎn)物，如：蔗糖、糧食(淀粉)、棉布的棉纖維等。 糖類、核酸、蛋白質(zhì)、脂質(zhì) 生命活動(dòng)所必需的四大類化合物。 化學(xué)結(jié)構(gòu)：多羥基半縮醛(酮)及其縮聚物。根據(jù)其分子水解反應(yīng)的情況，可以分為單糖、低聚糖和多糖。,一、概述,單糖：不能水解的最簡(jiǎn)單的多羥基醛或多羥基酮化合物。 如葡萄糖等。 低聚糖：水解后生成 2 9 個(gè)單糖分子的糖。 如：蔗糖（D-葡萄糖-D果糖） 麥芽糖（葡萄糖14葡萄糖） 多糖：水解后能生成多個(gè)單分子的，稱為多糖。 如：淀粉、纖維素等,一、概述,一、概述,糖是植物光合作用的初生產(chǎn)物，

3、通過(guò)它進(jìn)而合成了植物中的絕大部分成分。所以糖類除了作為植物的貯藏養(yǎng)料和骨架之外，還是其它有機(jī)物質(zhì)的前體。一些具有營(yíng)養(yǎng)、強(qiáng)壯作用的藥物，如山藥、何首烏、大棗等均含有大量糖類。,增強(qiáng)免疫功能；延緩衰老；降血脂抗動(dòng)脈粥樣硬化；增強(qiáng)免疫功能；保肝護(hù)肝；,一、概述,二、單糖的立體化學(xué),三、糖和苷的分類,五、苷鍵的裂解,六、糖的核磁共振性質(zhì),七、糖鏈的結(jié)構(gòu)測(cè)定,八、糖和苷的提取分離,四、糖的化學(xué)性質(zhì),糖和苷,二、單糖的立體化學(xué),單糖(Monosaccharide)是多羥基醛或多羥基酮類化合物及其衍生物(主要是氧化產(chǎn)物醛糖酸及氨基糖)。通常分為兩大類醛糖(aldoses)和酮糖(ketoses)。,最簡(jiǎn)單的

4、醛糖是甘油醛，最簡(jiǎn)單的酮糖是-二羥基丙酮。,單糖是多羥基醛或酮。從三碳糖至八碳糖天然界都有存在。含有4個(gè)碳原子的多羥基醛或酮稱為丁糖，5個(gè)碳原子的稱為戊糖，6個(gè)碳原子的稱為己糖等等。以Fischer式表示如下：,二、單糖的立體化學(xué),單糖結(jié)構(gòu)的表示方法,二、單糖的立體化學(xué),單糖結(jié)構(gòu)的表示方法：,Fisher式 Haworth式 Haworth簡(jiǎn)略式 優(yōu)勢(shì)構(gòu)象 成環(huán)狀結(jié)構(gòu)后，多了一個(gè)手性碳-端基碳,單糖由 Fisher投影式到Haworth透視式的書(shū)寫(xiě)規(guī)則,二、單糖的立體化學(xué),單糖在水溶液中形成半縮醛或半縮酮環(huán)狀結(jié)構(gòu)，即成呋喃糖和吡喃糖。 具有六元氧環(huán)結(jié)構(gòu)的糖吡喃型糖（pyranose） 具有五元

5、氧環(huán)結(jié)構(gòu)的糖呋喃型糖（furanose） 糖處游離狀態(tài)時(shí)用Fischer式表示 苷化后成環(huán)用Haworth式表示,二、單糖的立體化學(xué),單糖結(jié)構(gòu)的表示方法,二、單糖的立體化學(xué),單糖的絕對(duì)構(gòu)型,1）以甘油醛為標(biāo)準(zhǔn)，將單糖分子的編號(hào)最大的不對(duì)稱碳原子的構(gòu)型與甘油醛作比較而命名分子構(gòu)型的方法。,D-（+）-甘油醛 L-（-）-甘油醛,Fischer式中距羰基最遠(yuǎn)的那個(gè)不對(duì)稱碳原子上-OH向右的為D型，向左的為L(zhǎng)型。 Haworth式中看距羰基最遠(yuǎn)的那個(gè)不對(duì)稱碳原子上的取代基，向上為型，向下為型。,二、單糖的立體化學(xué),單糖的絕對(duì)構(gòu)型,二、單糖的立體化學(xué),單糖的差向異構(gòu)體,單糖成環(huán)后新形成的一個(gè)不對(duì)稱碳原

6、子稱為端基碳(anomeric carbon)，生成的一對(duì)差向異構(gòu)體有、兩種構(gòu)型(端基碳的相對(duì)構(gòu)型)。 Fisher投影式： C1-OH與原C5(六碳糖)或C4(五碳糖)-OH，順式的為，反式的為 Haworth投影式： C1-OH與原C5(六碳糖)或C4(五碳糖)-取代基，異側(cè)的為，同側(cè)的為。,Fisher投影式： C1-OH與原C5(六碳糖)或C4 (五碳糖)-OH，順式的為，反式的為。,Haworth投影式： C1-OH與原C5(六碳糖)或C4 (五碳糖)-取代基，異側(cè)的為，同側(cè)的為。,二、單糖的立體化學(xué),單糖的差向異構(gòu)體,鼠李糖 判斷 L/D ? /?,示例:,二、單糖的立體化學(xué),單糖

7、的構(gòu)象,自然界的糖都以六元或五元氧環(huán)的形式存在。五元氧環(huán)的稱為呋喃糖（furanose)，六元氧環(huán)的稱為吡喃糖（pyranose)。,Haworth式更接近糖結(jié)構(gòu)的真實(shí)情況，但仍是一種簡(jiǎn)化的表示方法。 呋喃環(huán)：五元氧環(huán)基本為一平面（如：信封式），無(wú)明顯的構(gòu)象變化。 吡喃環(huán)：六元氧環(huán)不在同一個(gè)平面，有船式和椅式兩種構(gòu)象，以椅式構(gòu)象為優(yōu)勢(shì)構(gòu)象，即C1或1C式。C表示椅式(chair form),二、單糖的立體化學(xué),單糖的構(gòu)象,單糖構(gòu)象的表示方法：,一、概述,二、單糖的立體化學(xué),三、糖和苷的分類,五、苷鍵的裂解,六、糖的核磁共振性質(zhì),七、糖鏈的結(jié)構(gòu)測(cè)定,八、糖和苷的提取分離,四、糖的化學(xué)性質(zhì),糖和苷

8、,三、糖和苷的分類,一、 單糖: 已發(fā)現(xiàn)200多種, 3C8C都有, 以5C和6C最多，多以結(jié)合態(tài)存在?？煞譃橐韵聨最? 1 、五碳醛碳(aldopentoses) 有L-阿拉伯糖(L-arabinose)，D-木糖(D-xylose)，D-來(lái)蘇糖(D-lyxose)，D-核糖(D-ribose)等。,L-阿拉伯糖的結(jié)構(gòu)如下：,三、糖和苷的分類,2 、六碳醛糖(aldohexose) 常見(jiàn)的有D-葡萄糖(D-glucose)，D-甘露糖(D-mannose)，D-阿洛糖(D-allose)，D-半乳糖(D-galactose)等。其中以D-葡萄糖最為常見(jiàn)。,D-葡萄糖的結(jié)構(gòu)如下：,三、糖和苷的

9、分類,3 、六碳酮糖(ketohexose, hexulose) 如D-果糖(D-fructose)，L-山梨糖(L-sorbose)等。,三、糖和苷的分類,4 、甲基五碳醛糖 常見(jiàn)的有L-鼠李糖(L-rhamnose)，L-呋糖(L-fucose) 和D-雞納糖(D-quinovose)。如L-鼠李糖的結(jié)構(gòu)：,三、糖和苷的分類,5 、支碳鏈糖 糖鏈中含有支鏈，如D-芹糖(D-apiose)和D-金縷梅糖(D-hamamelose, 結(jié)構(gòu)如下),三、糖和苷的分類,6、 氨基糖(amino sugar)： 單糖的一個(gè)或幾個(gè)醇羥基置換成氨基。天然存在的氨基糖多為2-氨基-2-去氧醛糖。,7 、去氧

10、糖(deoxysugars) 單糖分子的一個(gè)或二個(gè)羥基被氫原子取代的糖。常見(jiàn)的有6-去氧糖、甲基五碳糖、2,6-二去氧糖及其3-O-甲醚等。該類糖在強(qiáng)心苷和微生物代謝產(chǎn)物中多見(jiàn)，并有一些特殊的性質(zhì)。如L-黃花夾竹桃糖(L-thevetose)是2,6-二去氧糖的3-O-甲醚。,三、糖和苷的分類,三、糖和苷的分類,8、 糖醛酸 (uronic acid) ：?jiǎn)翁欠肿又械牟u基氧化成羧基。常結(jié)合成苷類或多糖存在，常見(jiàn)的如葡萄糖醛酸(glucuronic acid)和半乳糖醛酸(galactocuronic acid)。,糖醛酸易環(huán)合成內(nèi)酯，在水溶液中呈平衡狀態(tài)。,三、糖和苷的分類,8.糖醇單糖的醛

11、或酮還原成羥基后所得的多元醇。,三、糖和苷的分類,9. 環(huán)醇環(huán)狀的多羥基化合物稱為環(huán)醇，從生源途徑看屬于單糖衍生物。,三、糖和苷的分類,二、低聚糖(oligosaccharides，寡糖)：由29個(gè)單糖通過(guò)苷鍵鍵合而成的直鏈或支鏈的聚糖稱低聚糖。 分類：,兩個(gè)糖均以端基脫水縮合形成的聚糖則沒(méi)有還原性。,化學(xué)命名：把除末端糖之外的叫糖基，并標(biāo)明連接位置和苷鍵構(gòu)型。,櫻草糖(primverose, 還原糖),蔗糖(sucrose, 非還原糖),6-O-D-xylopyranosyl-,D-glucopyranose,2-O-D-glucopyranosyl,D-fructofuranose,三、糖

12、和苷的分類,三、糖和苷的分類,植物中的三糖大多是以蔗糖為基本結(jié)構(gòu)再接上其它單糖而成的非還原性糖，四糖和五糖是三糖結(jié)構(gòu)再延長(zhǎng)，也是非還原性糖。,三、糖和苷的分類,三 、多聚糖(polysaccharides, 多糖) 是由10個(gè)以上的單糖基通過(guò)苷鍵連接而成。 聚合度：100以上至幾千 性質(zhì)：與單糖和寡糖不同，無(wú)甜味，非還原性,分類： 1. 按功能分 水不溶的，直糖鏈型，主要形成動(dòng)植物的支持組織。 ex. 纖維素，甲殼素 溶于熱水形成膠體溶液，多支鏈型，動(dòng)植物的貯存養(yǎng)料。 ex. 淀粉，肝糖元 2. 按組成分 由一種單糖組成均多糖(homosaccharide) 由二種以上單糖組成雜多糖 (het

13、erosaccharide),三、糖和苷的分類,三 、多聚糖(polysaccharides, 多糖),三、糖和苷的分類,系統(tǒng)命名： 均多糖：在糖名后加字尾-an， 如葡聚糖為glucan。 雜多糖：幾種糖名按字母順序排列后，再加字尾-an， 如葡萄甘露聚糖為(glucomannan)，半乳甘露聚糖(galactomanan)。,三、糖和苷的分類,常見(jiàn)的植物多糖 淀粉、纖維素、葡聚糖、果聚糖、半纖維素、樹(shù)膠、粘液質(zhì)、卡拉膠等。 常見(jiàn)的動(dòng)物多糖 肝糖元：與淀粉相似，分枝更甚，遇碘不呈蘭色而呈紅褐色。 甲殼素：似纖維素（聚合度為3000-5000的(14)結(jié)合的直鏈葡萄糖）；,三、糖和苷的分類,肝

14、素：為高度硫酸酯化的右旋多糖； 具有強(qiáng)的抗凝血作用，用于治療和預(yù)防血栓的形成，也有保護(hù)人體細(xì)胞不受HIV破壞，抑制病毒抗原在人體中的表達(dá)作用，其作用均與硫酸酯基有關(guān)。 硫酸軟骨素： 是動(dòng)物組織的基礎(chǔ)物質(zhì)，用以保護(hù)動(dòng)物組織的水分和彈性；有降低血脂、改善動(dòng)脈粥樣硬化之功，現(xiàn)有鯊魚(yú)軟骨素上市。 透明質(zhì)酸： 是一種酸性粘多糖，為動(dòng)物皮膚中的天然成分；多用于護(hù)膚霜基質(zhì)，豬蹄及膀皮有美容之功。,三、糖和苷的分類,四、苷類 (glycosides)（配糖體）,糖或糖的衍生物 非糖物質(zhì) （氨基糖，糖醛酸等） （黃酮，萜類等）,苷(glycosides),糖的端基碳原子,苷鍵 、,苷類化合物的英文命名常以 -i

15、n 或 oside 作后綴。,三、糖和苷的分類,苷類化合物的分類： 根據(jù)苷在生物體內(nèi)的存在形式：分為原生苷、次生苷。 根據(jù)苷中連接單糖基的個(gè)數(shù)：?jiǎn)翁擒?、二糖苷、三糖苷?根據(jù)苷元化學(xué)結(jié)構(gòu)類型：黃酮苷、蒽醌苷、苯丙素苷、生物堿苷。 根據(jù)苷鍵原子的不同：氧苷、硫苷、氮苷、碳苷。,三、糖和苷的分類,按苷鍵原子不同分： O-苷(O鍵苷)：苷鍵原子為O，因苷元不同分： 醇苷：由苷元的醇羥基與糖或糖衍生物的半縮醛(半縮酮)羥基脫水而成的苷，比較常見(jiàn)。,Rhodioloside(紅景天苷) Ranunculin(毛茛苷),三、糖和苷的分類,酚苷：由苷元的酚羥基與糖或糖衍生物的半縮醛(半縮酮)羥基脫水縮合而成

16、的苷。天然藥物中為數(shù)甚多，根據(jù)苷元不同又有： 苯酚苷，如：,Gastrodin(天麻苷),三、糖和苷的分類,萘酚苷，如：,Hydrojuglone (氫化胡桃葉醌苷),三、糖和苷的分類,蒽醌苷，如：,大黃酚苷 Chrysophamol monoglycoside,三、糖和苷的分類,香豆素苷，如：,Esculin(七葉苷),黃酮苷，如：,Baicalin(黃芩苷),三、糖和苷的分類,氰苷: 是一類羥基腈與糖分子的端基羥基間縮合的衍生物，根據(jù)羥基與腈基的位置不同有 -羥基腈苷，如：,Prunasin(野櫻苷),三、糖和苷的分類,-羥基腈苷，如：,Sarmentosin(垂盆草苷),！氰苷即生成氰的

17、苷，尤其-羥基腈很不穩(wěn)定，在堿性條件下苷元易發(fā)生異構(gòu)化,一經(jīng)酶或酸、堿作用，立即生成氫氰酸，誤食該類植物有中毒危險(xiǎn)。,三、糖和苷的分類,酯苷：是苷元的羧基與糖或糖衍生物的半縮醛(半縮酮)羥基而成的苷類，此類苷鍵既有縮醛的性質(zhì)，又有酯的性質(zhì)，易為稀酸或稀堿水解。如：,來(lái)自百合科植物的山慈菇苷A(tuliposide A)，有抗真菌活性。但該化合物不穩(wěn)定，放置日久易起酰基重排反應(yīng)，苷元由C1-OH轉(zhuǎn)至C6-OH上，同時(shí)失去抗真菌活性。山慈茹苷水解后立即環(huán)合生成山慈茹內(nèi)酯A(tulipalin A)。,三、糖和苷的分類,吲哚苷：是吲哚醇羥基與糖脫水縮合的苷類。如：,indicum(靛苷),三、糖和苷

18、的分類,硫苷(S鍵苷)：苷鍵原子為硫，是苷元上的巰基與糖或糖衍生物的半縮醛(半縮酮)羥基縮合而成的苷。如來(lái)自蘿卜的蘿卜苷：,glucoraphenin(蘿卜苷),三、糖和苷的分類,氮苷(N鍵苷)：苷鍵原子為N，是苷元上胺基與糖縮合而成的一類苷。如核苷是核酸的重要組成部分，N苷是生化領(lǐng)域的重要物質(zhì)。如：,Adenosine(腺苷) crotonside(巴豆苷),三、糖和苷的分類,碳苷(C鍵苷)：是糖基直接連在苷元碳原子上的苷類。組成碳苷的苷元多為酚性化合物，如黃酮、查耳酮、色酮、蒽醌和沒(méi)食子酸等。天然藥物中常見(jiàn)的碳苷以黃酮類為多。如：,Vitexin(牡荊素),一、概述,二、單糖的立體化學(xué),三

19、、糖和苷的分類,五、苷鍵的裂解,六、糖的核磁共振性質(zhì),七、糖鏈的結(jié)構(gòu)測(cè)定,八、糖和苷的提取分離,四、糖的化學(xué)性質(zhì),糖和苷,四、糖的化學(xué)性質(zhì),與糖的分離和結(jié)構(gòu)鑒定密切相關(guān)的反應(yīng)： 氧化反應(yīng) 糠醛的形成反應(yīng) 羥基反應(yīng) 羰基反應(yīng) 硼酸絡(luò)合反應(yīng),四、糖的化學(xué)性質(zhì),一、氧化反應(yīng),單糖分子中有醛(酮)、醇羥基和鄰二醇等結(jié)構(gòu)，均可以與一定的氧化劑發(fā)生氧化反應(yīng)，一般都無(wú)選擇性。但過(guò)碘酸和四醋酸鉛的選擇性較高，一般只作用于鄰二羥基上。以過(guò)碘酸氧化反應(yīng)為例： (1) 過(guò)碘酸反應(yīng)的基本方式： 適用范圍：鄰二醇、-氨基醇、 -羥基醛(酮)、鄰二酮和某些活性次甲基結(jié)構(gòu)； 特點(diǎn)：定量，一個(gè)鄰二醇，消耗一分子過(guò)碘酸； 水溶

20、液或親水有機(jī)溶劑中進(jìn)行； 鄰二醇順式反應(yīng)比反式快。,四、糖的化學(xué)性質(zhì),過(guò)碘酸氧化基本反應(yīng)如下：,(2) 糖的裂解,四、糖的化學(xué)性質(zhì),一、氧化反應(yīng),四、糖的化學(xué)性質(zhì),(3) 反應(yīng)機(jī)理,一、氧化反應(yīng),先生成五元環(huán)狀酯的中間體。在酸性或堿性介質(zhì)中，過(guò)碘酸以一價(jià)的H2IO5-(水合離子)作用。 在弱酸或中性介質(zhì)中，反應(yīng)速度順式1,2-二元醇大于反式，因?yàn)轫樖浇Y(jié)構(gòu)有利于五元環(huán)中間體的形成。,五元環(huán)狀酯中間體,四、糖的化學(xué)性質(zhì),(4) 應(yīng)用,一、氧化反應(yīng),常用于糖類和多元醇結(jié)構(gòu)研究。從過(guò)碘酸的消耗量到甲醛或甲酸等的生成量測(cè)定，可以被定量測(cè)定，用于推測(cè)糖的結(jié)構(gòu)、種類、糖鏈之間連接位置以及分子中鄰二醇羥基的數(shù)

21、目和碳的構(gòu)型等。 游離的單糖按Fisher式，成苷的糖按Haworth式估算消耗的過(guò)碘酸的克分子數(shù)。,四、糖的化學(xué)性質(zhì),二、糠醛的形成反應(yīng),單糖在濃酸(410N)作用下，失三分子水，生成具有呋喃環(huán)結(jié)構(gòu)的糠醛類化合物。多糖則先水解成單糖，再脫水生成同樣的產(chǎn)物。由五碳糖生成的是糠醛（R=H），甲基五碳糖生成的是5-甲糠醛（R=Me)，六碳糖生成的是5-羥甲基糠醛(R=CH2OH)。,四、糖的化學(xué)性質(zhì),糠醛衍生物和許多芳胺、酚類可縮合成有色物質(zhì)，可用于糖的顯色和檢出。如Molish反應(yīng)就是在濃硫酸作用下，糖或苷分子中糖內(nèi)部脫水成糠醛衍生物，再與-萘酚試劑縮合形成紫色環(huán)于界面上。即：,二、糠醛的形成反

22、應(yīng),糠醛與-萘酚縮合物（紫色）,常用的層析顯色劑：鄰苯二甲酸和苯胺,四、糖的化學(xué)性質(zhì),三、羥基反應(yīng),糖的羥基反應(yīng)包括：醚化、酯化、?；磻?yīng)、硼酸絡(luò)合反應(yīng)和縮酮（醛）反應(yīng)。從糖的結(jié)構(gòu)看，活性最高的是半縮醛羥基，但該羥基在苷類化合物中多已被苷化。 羥基的活潑性： 半縮醛羥基(C1-OH ） 伯醇基(C6-OH) C2-OH其它仲醇基 e-OH a-OH 仲醇基中C2-OH較活潑，這是因?yàn)镃2-OH受C1的誘導(dǎo)效應(yīng)致其酸性較強(qiáng)所致。,四、糖的化學(xué)性質(zhì),酮或醛在脫水劑存在下和多元醇的兩個(gè)有適當(dāng)空間位置的羥基易形成環(huán)狀縮酮或縮醛。 縮酮反應(yīng)：一般酮類易與順鄰羥基形成五元環(huán)狀物 縮醛反應(yīng)：醛類易與1,3-

23、或4,6-雙羥基生成六元環(huán)狀物 常用的試劑有丙酮/硫酸，其產(chǎn)物稱異丙叉衍生物或丙酮加成物；苯甲醛/硫酸等，其產(chǎn)物稱苯甲叉衍生物。,羥基反應(yīng)(一)縮酮和縮醛反應(yīng),四、糖的化學(xué)性質(zhì),糖與丙酮生成的五元環(huán)縮酮稱為異丙叉衍生物，又稱丙酮加成物。,-D-半乳糖 1,2;3,4-二-O-異丙叉- -D-半乳吡喃糖,四、糖的化學(xué)性質(zhì),羥基反應(yīng)(二)與硼酸絡(luò)合反應(yīng),具有鄰二羥基的化合物可與硼酸生成硼酸絡(luò)合物，用以糖、苷等的分離、鑒定乃至構(gòu)型推定。一般說(shuō)來(lái)，呋喃糖苷的絡(luò)合能力最強(qiáng)，吡喃糖苷絡(luò)合能力最弱。,產(chǎn)物呈酸性，可酸堿滴定、離子交換、電泳。,四、糖的化學(xué)性質(zhì),羥基反應(yīng)(三)醚化反應(yīng),常采用的有:甲醚化(甲基

24、化)、三甲硅醚化和三苯甲醚化反應(yīng)。,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進(jìn)行反應(yīng)。 箱守法（Hakomori)：在二甲基亞砜（DMSO）中用NaH和CH3I進(jìn)行反應(yīng)。,四、糖的化學(xué)性質(zhì),羥基反應(yīng)(四)酰化反應(yīng),在糖和苷類化合物的分離和結(jié)構(gòu)鑒定中，為了降低其親水性、判斷糖與糖、糖與苷元連接位置的需要，往往對(duì)苷類化合物中糖上羥基進(jìn)行醚化外，酰化反應(yīng)也是制備衍生物中常用的方法之一。其中以乙?；苌镙^為常見(jiàn)，除此之外還有對(duì)甲苯磺?；?。 常用的?；噭┯校?醋酸酐/吡啶；Ac2O/NaAc；Ac2O/ZnC

25、l2等。 其糖分子上羥基?；y易與醚化反應(yīng)相同，即半縮醛羥基活性最高、末端伯醇基次之、仲醇基活性較低，仲醇基中又以C2-OH較易，C3-OH最難。,四、糖的化學(xué)性質(zhì),三、羰基反應(yīng),還原糖和一分子苯肼縮合生成糖苯腙，多數(shù)糖苯腙是水溶性的，選擇適當(dāng)?shù)碾驴梢灾频锰请暌澡b別糖類，也可用于分離和純化糖。,糖和過(guò)量的苯肼作用，在C1和C2導(dǎo)入兩分子苯肼，生成糖脎。多難溶于水，有好晶型。 2-去氧糖不成脎。,四、糖的化學(xué)性質(zhì),葡萄糖的羰基反應(yīng),一、概述,二、單糖的立體化學(xué),三、糖和苷的分類,五、苷鍵的裂解,六、糖的核磁共振性質(zhì),七、糖鏈的結(jié)構(gòu)測(cè)定,八、糖和苷的提取分離,四、糖的化學(xué)性質(zhì),糖和苷,五、苷鍵的裂

26、解（糖鏈的降解）,酸催化水解反應(yīng)(醇解) 乙酰解反應(yīng) 堿催化水解和-消除反應(yīng) 酶催化水解 過(guò)碘酸裂解反應(yīng),苷鍵的裂解有助于了解苷元與糖的連接方式、苷鍵構(gòu)型等，按照裂解程度可以分為全裂解和部分裂解，所用的試劑不同。而根據(jù)所用催化劑的不同，又可分為：,五、苷鍵的裂解,一、酸催化水解反應(yīng),苷鍵為縮醛(酮)結(jié)構(gòu)，故對(duì)堿、氧化劑較穩(wěn)定，但易被稀酸所水解，其反應(yīng)機(jī)制，以O(shè)苷為例可表述如下。,水解反應(yīng)常在水或稀醇中進(jìn)行，常用的酸有稀HCl, H2SO4, 乙酸和甲酸等。,水解難易影響因素:苷原子的電子云密度 和空間環(huán)境,酸催化水解反應(yīng)的規(guī)律： 苷原子不同，酸水解難易順序：C-苷 S-苷 O-苷 N-苷 （C

27、-苷難進(jìn)行質(zhì)子化，最難水解，從堿度比較也是上述順序） 呋喃糖苷較吡喃糖苷易水解。 因五元呋喃環(huán)的平面結(jié)構(gòu)使各取代基處在重疊位置，形成水解中間體可使張力減小，故有利于水解。 酮糖較醛糖易水解 酮糖多為呋喃結(jié)構(gòu)，而且酮糖端基碳原子上有-CH2OH大基團(tuán)取代，水解反應(yīng)可使張力減小。,五、苷鍵的裂解,吡喃糖苷中： 吡喃環(huán)C5上取代基越大越難水解，水解速度為：五碳糖 甲基五碳糖 六碳糖 七碳糖（由易到難） C5上有-COOH取代(糖醛酸)時(shí)，最難水解 （因誘導(dǎo)使苷原子電子密度降低） 氨基取代的糖較-OH糖難水解，-OH糖又較去氧糖難水解。 2,6-二去氧糖 2-去氧糖 6-去氧糖 2-羥基糖 2-氨基糖

28、,五、苷鍵的裂解,(6)芳香屬苷較脂肪屬苷易水解。 如：酚苷 醇苷、萜苷、甾苷 （因苷元部分有供電結(jié)構(gòu)，而脂肪屬苷元無(wú)供電結(jié)構(gòu)） (7)苷元為小基團(tuán)苷鍵橫鍵比豎鍵易水解( e a ) （橫鍵易質(zhì)子化） 苷元為大基團(tuán)苷鍵豎鍵比橫鍵易水解( a e ) （苷的不穩(wěn)定性促使其易水解）,五、苷鍵的裂解,四、糖的化學(xué)性質(zhì),氮原子位于酰胺或嘧啶位置時(shí)，N-苷難于用酸水解。,酸催化水解反應(yīng)注意事項(xiàng),！酸水解時(shí)，當(dāng)苷元對(duì)酸不穩(wěn)定時(shí)將導(dǎo)致苷元的結(jié)構(gòu)變化，遇此種情況時(shí)可采用二相水解反應(yīng)，即在反應(yīng)混合物中加入與水不相混溶的有機(jī)溶劑（如苯/氯仿），使水解后的苷元及時(shí)轉(zhuǎn)溶于有機(jī)溶劑相，以避免苷元與酸的長(zhǎng)時(shí)間接觸。,五、

29、苷鍵的裂解,五、苷鍵的裂解,二、乙酰解反應(yīng)（Acetolysis） 乙酰解法可以開(kāi)裂部分苷鍵而保存另一部分苷鍵，從而在水解產(chǎn)物中得到乙?；牡途厶牵纱私?jīng)TLC、GC分析獲得糖種類及其連接方式的部分信息。,1常用試劑：醋酐 + 酸 所用酸如：H2SO4、HClO4、CF3COOH或Lewis酸(ZnCl2、BF3)等。 2反應(yīng)條件：一般是在室溫放置數(shù)天。 3反應(yīng)機(jī)理： 與酸催化水解相似，以CH3CO+(乙酰基，Ac)為進(jìn)攻基團(tuán)。,影響乙酰解反應(yīng)難易的因素: 苷鍵鄰位有OH可被乙?；瘯r(shí)，酰化難度加大； 苷鍵鄰位有電負(fù)性強(qiáng)的基團(tuán)（如環(huán)氧基），?；俣茸兟?； 糖間連接位置不同，酰化速度不同;如-苷鍵

30、葡萄糖雙糖： 16（易）141312（難）,五、苷鍵的裂解,乙酰解反應(yīng)易發(fā)生糖的端基異構(gòu)化。,五、苷鍵的裂解,三、堿催化水解和消除反應(yīng) 苷鍵為縮醛型醚鍵，理當(dāng)對(duì)堿穩(wěn)定，但若苷元中成苷羥基的位有負(fù)電性取代基時(shí)，苷鍵便具有一定的酯的性質(zhì)，能被堿催化水解。如：,酯苷;酚苷;烯醇苷;-吸電子基取代的苷,堿催化水解因?yàn)镃2-OH與C1-苷鍵反式時(shí)較順式易水解，且反式水解產(chǎn)物為1,6-糖酐，而順式為正常的糖。 此性質(zhì)可用以此類特殊苷的苷鍵構(gòu)型確定。,五、苷鍵的裂解,所謂的-消除反應(yīng)是苷鍵的-位有吸電子基團(tuán)時(shí)，可以使-位氫活化，有利于OH的進(jìn)攻，故在堿液中與苷鍵起消除反應(yīng)而開(kāi)裂苷鍵，常用于多糖的結(jié)構(gòu)研究。如

31、藏紅花苦苷、靛苷、蜀黍苷等都可為堿所水解發(fā)生消除反應(yīng)。,五、苷鍵的裂解,五、苷鍵的裂解,四、酶催化水解 酶是活性高，專屬性強(qiáng)的生物催化劑，其割裂苷鍵的條件比較溫和，可以保持苷元結(jié)構(gòu)不變，且又能獲得有關(guān)苷鍵構(gòu)型情況。還可以保留部分苷鍵得到次級(jí)苷或低聚糖，以便獲知苷元和糖、糖和糖之間的連接方式。 轉(zhuǎn)化糖酶(invertase)水解-果糖苷鍵； 麥芽糖酶(maltase)水解-葡萄糖苷鍵 纖維素酶(cellulase) 水解-葡萄糖苷鍵 苦杏仁酶(emulsin)水解-葡萄糖和-半乳糖苷鍵,五、苷鍵的裂解,五、過(guò)碘酸裂解反應(yīng)(Smith裂解法) 是過(guò)碘酸氧化反應(yīng)經(jīng)改進(jìn)，用于割裂具有1，2-二元醇糖苷

32、鍵的溫和反應(yīng)，(該方法又稱Smith裂解法)。這種方法對(duì)苷元結(jié)構(gòu)容易改變的苷以及C-苷的水解特別適宜。而不適宜苷元上也具有1, 2-二元醇結(jié)構(gòu)的苷類；該反應(yīng)在水解產(chǎn)物中得不到完整的糖分子。,五、苷鍵的裂解,五、過(guò)碘酸裂解反應(yīng)(Smith裂解法),過(guò)碘酸裂解反應(yīng)所用試劑為NaIO4和NaBH4，具體反應(yīng)步驟如下：,C-苷的水解：連有一個(gè)醛基的苷元。,五、苷鍵的裂解,一、概述,二、單糖的立體化學(xué),三、糖和苷的分類,五、苷鍵的裂解,六、糖的核磁共振性質(zhì),七、糖鏈的結(jié)構(gòu)測(cè)定,八、糖和苷的提取分離,四、糖的化學(xué)性質(zhì),糖和苷,六、糖的核磁共振性質(zhì),NMR技術(shù)的發(fā)展，在解決糖和苷類化合物的苷鍵構(gòu)型、氧環(huán)大小

33、、優(yōu)勢(shì)構(gòu)象、糖的種類和連接位置、連接順序等方面比較容易進(jìn)行。 糖和苷類化合物NMR譜解析的難點(diǎn)： 1、信號(hào)分布范圍窄； 2、偶合關(guān)系復(fù)雜。,六、糖的核磁共振性質(zhì),一 、糖的1HNMR特征,化學(xué)位移規(guī)律： 端基質(zhì)子： 4.36.0ppm 特點(diǎn)：比較容易辨認(rèn) 用途：1、 確定糖基的個(gè)數(shù) 2、 確定糖基的種類 3、 2D-NMR譜上糖信號(hào)的歸屬 4、 糖的位置的判斷,六、糖的核磁共振性質(zhì),六、糖的核磁共振性質(zhì),六、糖的核磁共振性質(zhì),甲基五碳糖的甲基質(zhì)子信號(hào)： 1.0ppm 特點(diǎn)：比較容易辨認(rèn) 用途： 1、 確定甲基五碳糖的個(gè)數(shù) 2、 確定甲基五碳糖的種類 3、 確定甲基五碳糖的位置 4、 2D-NM

34、R譜上甲基五碳糖信號(hào)的歸屬,其余質(zhì)子信號(hào)： 3.24.2ppm 特點(diǎn): 信號(hào)集中，難以解析 歸屬: 往往需借助2D-NMR技術(shù).,六、糖的核磁共振性質(zhì),兩面角90 ， J=0Hz；兩面角在90 180時(shí)，隨角度增大耦合常數(shù)增大； 0 90時(shí)，隨角度增大耦合常數(shù)減小； 對(duì)優(yōu)勢(shì)構(gòu)象為C1式，C2羥基在環(huán)的面下的吡喃糖： 當(dāng)2-H為直立鍵時(shí)，1位苷鍵的取向不同，1-H與2-H的兩面角不同，偶合常數(shù)亦不同： -D-和-L-型糖的1-H和2-H鍵 為雙直立鍵，=180，J=68Hz -D-和-L-型糖的1-H為平伏鍵， 2-H為直立鍵，=60，J=24Hz,C1-H和C2-H的偶合常數(shù)，決定端基碳的構(gòu)型

35、。,偶合常數(shù)與兩面角有關(guān)：,六、糖的核磁共振性質(zhì),六碳醛糖的優(yōu)勢(shì)構(gòu)象為C1式，其中C2構(gòu)型與D-葡萄糖相同的D-半乳糖、D-阿洛糖的優(yōu)勢(shì)構(gòu)象中2-H均為直立鍵，其成苷鍵時(shí)，端基質(zhì)子與2-H的偶合常數(shù)均為4Hz左右；而當(dāng)其成苷時(shí)，端基質(zhì)子與2-H的偶合常數(shù)均為8Hz左右。,- D-葡萄糖苷 -D-半乳糖苷 -D-阿洛糖苷,六、糖的核磁共振性質(zhì),例如： - D-葡萄糖和-D-葡萄糖的混合物在氫譜上顯示兩個(gè)端基質(zhì)子信號(hào)，不僅化學(xué)位移有差別，偶合常數(shù)差別也很明顯。其中- D-葡萄糖的端基質(zhì)子信號(hào)為4.6，J=8Hz。而- D-葡萄糖的端基質(zhì)子信號(hào)為5.2，J=4Hz。,六、糖的核磁共振性質(zhì),但是當(dāng)2-

36、H為平伏鍵的情況下，1-H無(wú)論處于平伏鍵還是直立鍵，與2-H的兩面夾角均約60度，故不能用該法判斷苷鍵構(gòu)型。,因此，六碳醛糖中C2構(gòu)型與葡萄糖不一致的D-甘露糖的苷鍵，就不能用端基質(zhì)子的偶合常數(shù)來(lái)判斷其構(gòu)型。,-D-甘露糖苷 -D-甘露糖苷,六、糖的核磁共振性質(zhì),例如：- D-甘露糖和-D-甘露糖的混合物在氫譜上雖顯示兩個(gè)端基質(zhì)子信號(hào)，化學(xué)位移有差別，但偶合常數(shù)差別很不明顯。,六、糖的核磁共振性質(zhì),同樣，甲基五碳糖中的L-鼠李糖的C2構(gòu)型雖與D-葡萄糖相同，但其優(yōu)勢(shì)構(gòu)象為1C式，2-H為平伏鍵，其苷鍵的構(gòu)型亦不能用該方法判斷。,六、糖的核磁共振性質(zhì),二、 糖的13CNMR特征,糖上碳信號(hào)可分為

37、幾類，大致范圍為： 1. CH3 18ppm 甲基五碳糖的C6，一般有幾個(gè)信號(hào)(扣除苷元中的甲基)可表示有幾個(gè)甲基五碳糖存在。 2. CH2OH 62ppm C5或C6 3. CHOH 6885ppm 糖氧環(huán)上的C2C4 4. -O-CH-O- 95105ppm 端基C1或C2，在此范圍內(nèi)有幾個(gè)信號(hào)可視為有幾種糖存在于糖鏈的重復(fù)單位中。,六、糖的核磁共振性質(zhì),可通過(guò)吡喃糖端基碳的碳?xì)渑己铣?shù)(1JC1-H1)來(lái)區(qū)別苷鍵構(gòu)型。優(yōu)勢(shì)構(gòu)象為C1式： 1JC1-H1 170Hz時(shí)為-D型或-L型苷鍵； 1JC1-H1 160Hz時(shí)為-D型或-L型苷鍵。鼠李糖優(yōu)勢(shì)構(gòu)象為1C式， -L型偶合常數(shù)在170H

38、z左右， -L型偶合常數(shù)在160Hz左右。,通過(guò)端基碳的化學(xué)位移確定相對(duì)構(gòu)型(或)，常見(jiàn)糖中-L和-D型糖苷鍵100ppm， -D和-L型糖苷鍵100ppm。如具有C1構(gòu)象的D-葡萄糖苷的端基碳信號(hào)，-型的為97101，而-型的為103106ppm，由此可區(qū)別-和-異構(gòu)體。,六、糖的核磁共振性質(zhì),三、苷化位移(glycosidation shift,GS),1. 苷化位移值和苷元的結(jié)構(gòu)有關(guān)，與糖的種類關(guān)系不大。 例如： C1 位移 C2 位移 - D-葡萄糖 96.7 75.1 甲基- D-葡萄糖苷 104.0 +8.3 74.1 -1.0 - D-半乳糖 97.3 72.9 甲基- D-半乳

39、糖 104.5 +8.3 71.7 -0.8 -L-鼠李吡喃糖 95.1 71.9 甲基- -L-鼠李糖苷 102.6 +7.5 72.1 -0.2,糖與苷元成苷后，苷元的-C、-C和糖的端基碳(C1)化學(xué)位移值均發(fā)生變化，這種改變稱為苷化位移。,六、糖的核磁共振性質(zhì),苷元 端基碳 苷元碳 苷元碳 -CH3 +5.0+7.5 +6.0+7.5 -CH2CH2R +5.0+6.5 +5.0+6.5 -3.5-5.0 -CH(CH2R)2 +3.4+4.5 +5.0+8.0 -3.0-3.5 -C(CH2R)3 -0.5+0.5 +6.5+7.5 -2.5-3.0,2. 苷元若為鏈狀結(jié)構(gòu)，端基碳的

40、苷化位移隨著苷元為伯、仲、叔基而遞減，但對(duì)苷元的碳和碳的苷化位移影響不大，例如：同為葡萄糖的苷，苷元不同，其苷化位移范圍(ppm)不同,六、糖的核磁共振性質(zhì),3.苷元為環(huán)醇時(shí)的苷化位移規(guī)律 若羥基的位無(wú)烷基取代，則碳與端基碳的苷化位移值與開(kāi)鏈的仲醇相似。如果羥基的位有烷基取代，那么碳和端基碳的苷化位移與苷元的碳的手性及糖的端基手性都有關(guān)系。具體可分為兩種情況： 1) 苷元的碳的手性及糖的端基手性相同時(shí)，則碳與端基碳的苷化位移值與位無(wú)烷基取代的環(huán)醇時(shí)相同，即與開(kāi)鏈的仲醇相似，即5ppm左右。,（教材P101102）,六、糖的核磁共振性質(zhì),2) 苷元的碳的手性及糖的端基手性不相同，則碳與端基碳的苷

41、化位移值比位無(wú)烷基取代的環(huán)醇相應(yīng)的碳的苷化位移大3.5ppm左右，即大約10ppm。 3) 同五異十其余七： 4) 同小異大：指碳 5) 酯苷和酚苷：特殊，-C向高場(chǎng)位移。,一、概述,二、單糖的立體化學(xué),三、糖和苷的分類,四、苷類化合物的理化性質(zhì),五、苷鍵的裂解,六、糖的核磁共振性質(zhì),七、糖鏈的結(jié)構(gòu)測(cè)定,八、糖和苷的提取分離,第二章 糖和苷,三個(gè)問(wèn)題： 單糖組成 糖的連接順序和位置 苷鍵構(gòu)型,七、糖鏈的結(jié)構(gòu)測(cè)定,七、糖鏈的結(jié)構(gòu)測(cè)定,一、 純度測(cè)定,多糖純品實(shí)質(zhì)是一定分子量范圍內(nèi)的均一組分，純度只代表相似鏈長(zhǎng)的平均分布。常用純度測(cè)定方法包括：,超離心法 高壓電泳法 凝膠柱色譜法 旋光測(cè)定法 其他

42、方法(TLC，熔點(diǎn)),七、糖鏈的結(jié)構(gòu)測(cè)定,二、 分子量及分子式的測(cè)定,多糖的分子量只是一種統(tǒng)計(jì)平均值。,單糖、低聚糖及其苷的分子量測(cè)定目前大多用質(zhì)譜法。,在不同型號(hào)的Sephadex或Sepharose柱層析上測(cè)定多糖分子量是用量小、操作簡(jiǎn)便的方法。,工作中需要一系列結(jié)構(gòu)相似的已知分子量的多糖作標(biāo)準(zhǔn)曲線。,七、糖鏈的結(jié)構(gòu)測(cè)定,三、 單糖(糖的種類、數(shù)目)的鑒定,1單糖的種類 一般是將苷鍵全水解，鑒定水解產(chǎn)物。 用PC檢出單糖的種類，經(jīng)顯色后用薄層掃描儀求得各種糖的分子比。,色譜法：PC；TLC；GC（衍生物）；HPLC NMR：化學(xué)位移；J值,2、糖的數(shù)目的確定 主要根據(jù)NMR：碳譜 9011

43、0；氫譜 46 2D-NMR；MS等。,七、糖鏈的結(jié)構(gòu)測(cè)定,四、 單糖絕對(duì)構(gòu)型(D/L型)的測(cè)定,1、GC法：加手性試劑衍生化后測(cè)定比移值，并與標(biāo)準(zhǔn)品比對(duì)后進(jìn)行確定； 2、 HPLC法：原理與GC法類似，加手性試劑衍生化后測(cè)定比移值，樣品用量少，但靈敏度不及GC法； 3、手性柱法：可將一對(duì)對(duì)映體分開(kāi)，常用GC或HPLC進(jìn)行測(cè)定，需要手型柱一般實(shí)驗(yàn)室不適用； 4、手性檢測(cè)器法：與HPLC聯(lián)用； 5、旋光比較法：分得單糖純品后測(cè)旋光方向確定構(gòu)型，樣品用量大；,七、糖鏈的結(jié)構(gòu)測(cè)定,五、 糖鏈連接位置的確定,將糖鏈全甲基化，然后水解苷鍵，鑒定所獲得的甲基化單糖，其中游離-OH的部位就是連結(jié)位置。,七、

44、糖鏈的結(jié)構(gòu)測(cè)定,五、 糖鏈連接位置的確定,目前常使用13C-NMR 方法，主要是通過(guò)歸屬各碳信號(hào)，以確定產(chǎn)生苷化位移的碳。通過(guò)苷化位移可以推測(cè)出糖的連接位點(diǎn)。,1H-NMR中可以通過(guò)乙酰化后，不同碳上質(zhì)子化學(xué)位移值的變化來(lái)確定連接位點(diǎn)。,七、糖鏈的結(jié)構(gòu)測(cè)定,六、 糖鏈連接順序的確定,質(zhì)譜分析也以用于低聚糖的結(jié)構(gòu)研究。 優(yōu)點(diǎn)不必制備衍生物,用量小,準(zhǔn)確,簡(jiǎn)便。,早期是緩和水解法(酶解、甲醇解、堿水解、乙酰解等)，將糖鏈水解成較小的片段，然后分析這些低聚糖的連接順序。,自旋晶格弛豫時(shí)間T1是結(jié)構(gòu)研究中常用的另外一個(gè)參數(shù)。一般說(shuō)外側(cè)糖比內(nèi)側(cè)糖的T1 值大。,七、糖鏈的結(jié)構(gòu)測(cè)定,六、 糖鏈連接順序的確定,現(xiàn)在最常用的是2D-NMR法，通過(guò)氫-氫相關(guān)譜(1H-1H COSY,NOESY等)和碳-氫相關(guān)譜(13C-1H HMQC，COSY等)確定各質(zhì)子和碳化學(xué)位移值，再根據(jù)碳-氫遠(yuǎn)程譜HMBC確定糖的連接位點(diǎn)和相互連接關(guān)系。,七、糖鏈的結(jié)構(gòu)測(cè)定,七、 苷鍵構(gòu)型的確定,核磁共振技術(shù),酶催化水解,分子旋光差法（Klyne法） Klyne將苷和苷元的分子旋光差與組成該苷元的糖的一對(duì)甲苷的分子旋光度進(jìn)行比較，數(shù)值上相接近的一個(gè)便是與之有相同苷鍵的一個(gè)。,紅外法,一、概述,二、單糖的立體化學(xué),三、糖和苷的分類,四、苷類化合物的理化性質(zhì),五、苷鍵的裂解,六、糖的核磁共振性質(zhì),七、糖鏈的結(jié)構(gòu)測(cè)定,八