糖和苷类化合物课件.ppt

1、中药化学糖和苷类化合物李李 霄霄 副教授副教授 第2章 糖和苷类化合物第1节 糖类化合物第2节 苷类化合物第3节 糖和苷的提取与分离第4节 糖和苷的结构研究 掌握：掌握： 1. 1.糖类化合物的概念、分类、单糖结构糖类化合物的概念、分类、单糖结构 2. 2.苷类化合物的概念、结构、分类苷类化合物的概念、结构、分类 3. 3.苷类化合物的酸水解规律苷类化合物的酸水解规律第1节 糖类化合物一 概述 糖类化合物是多羟基醛或酮及其聚缩物和衍生物,又称碳水化合物。多数情况下，通式为 Cx（H2O ）Y。糖类化合物可分为三类： 单糖：不能被水解的、糖类化合物的最小单位，如葡萄糖、半乳糖等 低聚糖：由29个

2、单糖通过糖苷键聚合而成，能被水解成相应数目单糖， 又称寡糖。如蔗糖（D-葡萄糖-D-果糖） 多糖：由10个以上的单糖通过糖苷键聚合而成，通常是由几百甚至几千个单糖组成的高分子化合物，能被水解为多个单糖。性质不同于单糖和低聚糖，又称多糖。 Haworth Fischer葡萄糖(分子式：C6H12O6) HaworthOHHHHOHOHHOHOHOHOHOHOHOHHHOHHOHOOHHHHOHOHHOHHOHOHCH2OHHOHHHHOOHHCHOOHHOHHHOHOHHCHOCH2OH112345623456CH2CCCCCHOOHHHOHOHHOHHOH123456123456HCHOCH2

3、OHOHHOHHOHHOHHCHOCH2OHOHHOHHOHHOHHCHOOHOHHOHHOHCH2OHHHOOHHOHHOHCH2OHHHOHHOOHHOHHOHCH2OHHOHH123456234561葡萄糖的构象式OHHH CH2OHOH OH OH HHOHOHHH CH2OHOH OH OH HHOH-D-吡喃葡萄糖-D-吡喃葡萄糖(1) (2)(3) (4)稳定性（稳定性（ 1）（3）（4 ）（2），所以，混合物中），所以，混合物中 -D-吡喃葡萄糖吡喃葡萄糖多多二、糖类的结构与分类1. 1. 常见单糖及衍生物常见单糖及衍生物 既有游离态，又有结合态，从三碳糖到八碳碳糖都在既有游离

4、态，又有结合态，从三碳糖到八碳碳糖都在自然界存在。最常见的为五碳（戊）糖和六碳（己）糖。自然界存在。最常见的为五碳（戊）糖和六碳（己）糖。 单糖的衍生物以糖醇和糖醛酸较为常见。单糖的衍生物以糖醇和糖醛酸较为常见。2. 2. 特殊单糖及衍生物特殊单糖及衍生物 2 2位，位，6 6位失去氧的糖，称之为位失去氧的糖，称之为2,6-2,6-二去氧糖，主要存二去氧糖，主要存在于强心苷等成分中，如洋地黄毒糖。在于强心苷等成分中，如洋地黄毒糖。 单糖的伯或仲羟基被置换为氨基的，称之为氨基糖，单糖的伯或仲羟基被置换为氨基的，称之为氨基糖，这类糖常存在于动物或菌类中。这类糖常存在于动物或菌类中。 有分支糖链的糖

5、也被发现，如有分支糖链的糖也被发现，如D-D-芹糖。芹糖。（一）单糖（一）单糖3 3 单糖的构型单糖的构型 在水溶液中，单糖形成半缩醛环状结构，常被称之在水溶液中，单糖形成半缩醛环状结构，常被称之为呋喃糖和吡喃糖。新形成的一个不对称碳原子被称之为为呋喃糖和吡喃糖。新形成的一个不对称碳原子被称之为端基碳原子。端基碳原子。3.1 3.1 绝对构型绝对构型 编号最大的手性碳原子（多为倒数第二个碳原子）的构型编号最大的手性碳原子（多为倒数第二个碳原子）的构型定位糖的构型定位糖的构型 FisherFisher式：羟基向右为式：羟基向右为D D型，羟基向左为型，羟基向左为L L型。型。 HaworhHaw

6、orh式：六碳糖式：六碳糖C5C5（五碳糖（五碳糖C4C4）取代基向上为）取代基向上为D D型，型，取代基向下为取代基向下为L L型。型。3.2 3.2 相对构型相对构型 HaworhHaworh式：当式：当C1C1羟基与六碳糖羟基与六碳糖C5C5（五碳糖（五碳糖C4C4）上取代）上取代基在环的同羟基与取代基同侧为基在环的同羟基与取代基同侧为型，异侧为型，异侧为型型 -D-D-糖糖 -D-D-糖糖 -L-L-糖糖 -L-L-糖糖ROHO HHO HROHO HROROHO H常见的单糖木糖(xyl)、阿拉伯糖(ara) 、核糖(rib) 、鼠李糖(rha) 、甘露糖(man) 、半乳糖(gal

7、) 、果糖(fru)可分为二糖、三糖、四糖等。 二糖最多见。常见的二糖：蔗糖、芸香糖、新橙皮糖 三糖、四糖（二）低聚糖（二）低聚糖水不溶性的：主要形成动植物的支持组织，分子呈直糖链型。如：纤维素，甲壳素等。水溶性的：溶于热水成胶体溶液，为动植物储藏养料。借酶水解释放单糖，有直链型，多为支链型。 如动植物体内储存的营养物质：淀粉、菊糖、粘液质、果胶、树胶等；及植物的一次代谢产物如：人参多糖、黄芪多糖等。基本概念 均多糖：由同一种单糖组成。 杂多糖：由二种以上单糖组成。（三）多聚糖（三）多聚糖多 糖果聚糖粘液质淀粉肝素茯苓多糖猪苓多糖灵芝多糖纤维素植物多糖动物多糖甲壳素树胶透明质酸硫酸软骨素菌类多

8、糖植物多糖：纤维素，淀粉，粘液质淀粉的性质水提醇沉：乙醇浓度75%85%第2节 苷类化合物一 概述二 苷类的结构与分类三 苷类的性质四 苷键的裂解反应第2节 苷类化合物一、概述1.定义：糖或糖的衍生物与另一非糖物质（称苷元或配基）通过糖的端基碳连接而成的化合物称为苷类化合物。 所以，可以简单的写成：糖+苷元=苷类 苷的共性在于糖，因苷元各异，所以性质也各异。自然界存在的苷，D-糖形成的常是-苷，L-糖形成的常是-苷。二、苷类的结构与分类（一）苷类的结构 连接苷元与糖之间的化学键称为苷键 。 苷元上形成苷键以连接糖的原子称为苷键原子。（二）苷类的分类 按苷元：黄酮苷、蒽醌苷。 按在植物体内的存在

9、状态：原生苷、次生苷。 按连接糖基的数目：单糖苷、二糖苷。 按连接糖链的数目：单糖链苷、双糖链苷。 按苷键原子：O-苷、S-苷、N-苷、C-苷。 按来源：人参皂苷、甘草皂苷。苷氮苷硫苷氰苷酯苷酚苷醇苷氧苷碳苷1.氧苷数量最多，最常见，根据形成苷键的苷元羟基类型不同，分为醇苷、酚苷、酯苷和氰苷，其中醇苷和酚苷最多，酯苷最少。 醇苷：是由苷元醇羟基与糖端基羟基脱水缩合而成。其中，强心苷和皂苷是醇苷中重要类型。 酚苷：是由苷元酚羟基与糖分子端基羟基脱水缩合而成。（自然界中以酚苷为多）醇苷醇苷酚苷酚苷HOCH31051423986711121413CH330CH318CH328CH329151716C

10、H319HHH2022232425CH326CH327HOHOGlcO-GLc(2-1)Xyl氰苷氰苷： 主要指具有-羟基腈的苷元与糖组成的氧苷。具有水溶性，不宜结晶，易水解。经酶或稀酸水解生成的苷元不稳定，立即分解为醛（酮）和氢氰酸。OHOHOHHOOOHOHOHOCHCNCHCNHO氰苷氰苷酯苷酯苷 苷元的羧基和糖的半羧醛羟基脱水而成。苷元的羧基和糖的半羧醛羟基脱水而成。兼具羧醛和酯的性质。易为稀酸和稀碱水兼具羧醛和酯的性质。易为稀酸和稀碱水解。在三萜皂苷中较多见。解。在三萜皂苷中较多见。 山慈姑苷：抗霉菌的活性成分，水解后，山慈姑苷：抗霉菌的活性成分，水解后，立即生成山慈姑内酯。立即生成

11、山慈姑内酯。吲哚苷吲哚苷 苷元具有吲哚母核，苷元吲哚醇中的羟基苷元具有吲哚母核，苷元吲哚醇中的羟基与糖形成的苷。与糖形成的苷。 大青叶中的靛苷：是靛蓝和靛玉红（治疗大青叶中的靛苷：是靛蓝和靛玉红（治疗白血病）的前体成分存在于大青叶中。白血病）的前体成分存在于大青叶中。酯苷酯苷吲哚苷吲哚苷2 硫苷 是由苷元上巯基与糖分子端基羟基脱水缩合而成。水解（酶解）后，苷元多变成异硫氰酸的酯类，有特殊气味。此类成分多存在于十字花科植物中。3 氮苷 是由苷元上氮原子与糖分子的端基碳直接相连而成。核苷酸就是氮苷。巴豆苷水解后的苷元（巴豆毒素）有毒。4 碳苷 苷元的碳原子与糖分子的端基碳直接连接而成。碳苷难水解，

12、单糖碳苷水溶性小。苷元多为黄酮、蒽醌，尤其是黄酮碳苷多见。三三 、苷类的性质、苷类的性质 （一）性状 1 形：均为固体，小分子连糖少的多具完整晶形，大分子连糖多的多为无定形粉末。即连糖越多，越难结晶，并有吸湿性。 2 色：取决于苷元部分共轭体系的大小和助色团的存在与否，大多数无色，特征性同类苷元的颜色多类似。 3 味：无味的居多，另有甜味、苦味的成分。有些还有粘膜刺激作用，如皂苷、强心苷。（二）溶解性由于苷类结构中含有糖，故大多数的苷有一定的水溶性，且可溶于极性较大的有机溶剂如甲醇、乙醇、正丁醇中，而难溶于亲脂性有机溶剂如石油醚、苯、氯仿中。苷元上极性基团少或糖基数目少的苷类脂溶性大。反之，苷

13、元上极性基团多或糖基数目多的苷类水溶性大。碳苷无论在水中还是在有机溶剂中，溶解度都小。（三）旋光性 1 苷：多为左旋 2 糖：多为右旋 3 糖和苷的混合物：多为右旋（四）苷的检识反应-奈酚-浓硫酸试剂（Molish试剂）反应苷（多糖、糖）在浓硫酸作用下水解、脱水后与-萘酚缩合成紫红色物质阳性：生成紫红色物质苯胺盐类试剂反应：糖类在强酸作用下形成的糠醛衍生物，其与邻苯二甲酸-苯胺、二苯胺等苯胺盐试剂反应生成缩合物而显色。阳性：生成棕色缩合物 （四）苷的检识反应1 .糠醛形成反应： 苷在浓硫酸作用下，先水解形成单糖，再脱水形成糠醛衍生物，其与多元酚或芳香胺类缩合成有色物质。区别苷还是糖的糠醛反应的

14、方法:用正丁醇萃取，萃取液中为苷类成分，糖很难进入正丁醇中，此时反应阳性说明含有苷类。碳苷和糖醛酸的糠醛反应呈阴性。Molish（-萘酚-浓硫酸）反应：苷、多糖、糖在浓硫酸作用下水解、脱水后与-萘酚缩合成紫红色物质。苯胺盐类试剂反应：糖类在强酸作用下形成的糠醛衍生物，其与邻苯二甲酸-苯胺、二苯胺等苯胺盐试剂反应生成缩合物而显色。 2 2 氧化反应：氧化反应：样品与菲林试剂或多伦试剂反应呈阳性，说明存在还原样品与菲林试剂或多伦试剂反应呈阳性，说明存在还原糖，而非还原糖与苷类呈阴性。糖，而非还原糖与苷类呈阴性。 样品酸水解后再进行菲林试剂或多伦试剂反应，如果样品酸水解后再进行菲林试剂或多伦试剂反应

15、，如果阳性说明存在苷类或多糖类。阳性说明存在苷类或多糖类。FehlingFehling（碱性酒石酸酮）反应：凡是含有还原糖的结（碱性酒石酸酮）反应：凡是含有还原糖的结构均有此反应，产生红色沉淀的氧化亚铜。构均有此反应，产生红色沉淀的氧化亚铜。TollerToller（氨性硝酸银）反应：凡是含有还原糖的结构均（氨性硝酸银）反应：凡是含有还原糖的结构均有此反应，生成银沉淀。有此反应，生成银沉淀。四 、苷键的裂解反应 苷键的裂解研究有助于了解苷元的结构、糖的种类和组成，确定苷元与糖、糖与糖之间的连接方式。苷键裂解的方法有：酸水解、酶水解、碱水解和氧化裂解法（一）酸催化水解： 在水或稀醇中，苷键易被稀

16、酸催化水解，常用的酸有盐酸、硫酸、乙酸和甲酸。 反应机理：苷键原子首先发生质子化，质子化后使苷键键力松弛，然后苷键断裂生成苷元和糖的阳碳离子中间体，在水中阳碳离子经溶剂化，再脱去氢离子而形成糖分子。其难易程度与苷键原子的质子化（碱度），即苷键原子接受氢质子的难易。苷键原子周围的电子云密度越高，空间位阻越小，氢质子越易接近，苷键原子越易质子化，就越有利于水解的进行。 1. 按苷键原子不同：氮苷氧苷硫苷碳苷，氮上电子云最丰富，易接受质子，故最易水解。而碳上无未共用电子对，不能质子化，很难水解，除非用剧烈条件。 2. 按苷上糖的种类不同： ：呋喃糖苷吡喃糖苷，五元呋喃环的平面性使环上各取代基处于重叠

17、位置，张力较大，形成水解中间体可使张力减小，有利于水解。 ：酮糖苷醛糖苷，因为酮糖大多数为呋喃糖。 ：五碳糖苷甲基五碳糖苷六碳糖苷七碳糖苷糖醛酸苷，因为吡喃环C5上的取代基越大，越难于水解。 ：2,6-二去氧糖苷 2-去氧糖苷 6-去氧糖苷2-羟基糖苷 2-氨基糖苷，苷键原子邻近吸电子基的诱导效应，使苷键原子上电子云密度降低质子化困难。3 按苷元的种类不同：芳香苷脂肪苷。 ：小基团苷元：e键a键，因为e键暴露在外。 ：大基团苷元：a键e键，因为a键不稳定。 ：氮苷中苷元：当N处于苷元中酰胺N或嘧啶N位置，难水解。（二）碱催化水解 1 一般的苷：苷键是缩醛形的醚键，对碱试剂稳定 2 酯苷和具有酯

18、性质的苷：可被碱水解。 （三） 酶催化水解：优点：专属性高，条件温和，可获得苷键构型。 麦芽糖酶：专使-葡萄糖苷键水解，专属性强。（四） 氧化裂解：Smith降解法是常用的氧化裂解法。其特点是作用缓和，具有较高的选择性，氧化裂解的对象为具有邻二醇或-氨基醇的结构。第三节 糖和苷的提取分离一、糖和苷的提取二、糖和苷的分离与精致（一）糖的提取1. 易溶于冷水及乙醇的糖单糖、双糖、三糖、四糖及多元醇。2 .易溶于冷水而不溶于乙醇的糖果胶、阿拉伯聚糖等类胶样物质，常以钙或镁盐形式存在于植物中。3 .易溶于热水而难溶于冷水，不溶于乙醇者黏液质、树胶、木聚糖、菊淀粉、肝糖原。4.多糖的提取（二）苷的提取概

19、念：原生苷、次生苷、苷元(1)提取原生苷，要控制酶的活性，防止原生苷被酶解。常用方法为甲醇、乙醇或沸水提取；在原料药材中拌入一定量的无机盐，如碳酸钙、硫酸铵等；新鲜植物快速低温干燥 (2)提取次生苷，要利用酶的活性，促进苷酶解。可在潮湿状态下，3040保温（酶活性最强）数天，也俗称发酵法。(3)提取苷元，使苷键断裂时，特别要注意保持苷元的完整。一般用可采用乙酰解、酶解及氧化裂解法等。难水解的苷类用酸水解时，可以采用二相水解法，即在酸水中加入有机溶剂（不与水混溶），时水解后的苷元立即溶于有机溶剂中，避免了苷元与酸长时间的接触。中药粗粉浓缩物石油醚提取残留物乙醚或氯仿提取（苷元部分）乙酸乙酯提取（

20、单糖苷或含糖较少的苷）药渣70%80%的乙醇溶液提取，过滤乙醇提取液减压回收乙醇残留物残留物残留物（油脂、蜡等）（含糖较多的苷）二、糖和苷的分离与精制（一）糖的分离与精制（二）苷的分离与精制（一）糖的分离与精制糖的分离与精制：除蛋白、脱色、分离和纯化1. 除蛋白：(1) Sevag法（氯仿-正丁醇4:1）、三氟三氯乙烷法，多用于微生物多糖。 (2) 三氯乙酸法，多用于植物多糖。2 .脱色： (1) 离子交换法，不仅可以脱色，而且可以进行多糖的分离。 (2) 氧化法，如双氧水法，浓度不宜过高，低温进行，防止多糖降解。 (3) 金属络合法 ，如加入菲林试剂，可同时除去蛋白和色素。 (4) 吸附法（

21、纤维素、硅藻土、高岭土、活性炭等）。3 .分离和纯化：(1)分级沉淀法：提取浓缩液加入24倍量的乙醇，多糖可以沉淀析出，其他杂质留在溶液中。可以一次加入，也可分次加入用于防止杂质包裹到多糖中，还可以梯度增加醇浓度。 (2)超速离心法： (3)膜分离法：常用透析或超滤法，透析用于除去小分子杂质和离子化合物。超滤法用于按分子大小分离多糖。这是多糖分离纯化的一种常用方法 (4)分子筛分离法：葡聚糖凝胶(Sephadex G)；琼脂糖凝胶 (Sepharose,Bio-gel A)；聚丙烯酰胺凝胶(Bio-gelp)常用。 (5)纤维素色谱法：色谱性质和纸色谱相似，溶剂系统可用水、稀乙醇、稀丙酮、水饱

22、和正丁醇或异丙醇等。对于酸性多糖，系统中应加入适量乙酸（甲酸）防止拖尾。 （二）苷的分离与精制(1) 溶剂法： 醇提水沉法：乙醇提取物，浓缩后加热水搅拌或加水煮沸，热过滤，除去不溶于热水的脂溶性成分。滤液放冷，可以使不易溶于冷水的苷类沉淀结晶出来。 酸碱溶剂法：酸性苷类可用碱水提取，再于提取液中加入酸，析出沉淀。 极性溶剂法：提取物溶于少量醇，再滴加丙酮或乙醚等有机试剂，降低溶液系统的极性，可以使苷析出。 (2) 大孔树脂法： 将提取物溶于水，在水中上样，先以水洗脱糖类、蛋白等大极性杂质成分，然后用逐渐加大浓度的醇溶液洗脱，用于纯化、富集苷类成分，也可用于苷类成分的初步分离。(3) 色谱法分离

23、与精制苷类a. 吸附色谱法： 硅胶比氧化铝常用。但因多数苷类的极性较大，所以分离效果不好，常用于初步分离苷类和苷元、制备有效部位。 b.分配色谱法： 以硅胶或纤维素为支持剂，以水饱和的溶剂系统为流动相分离，常用洗脱系统有乙酸乙酯-丙酮-水体系，苷元常用的洗脱系统是氯仿-甲醇-水体系。 反相硅胶键合相分离苷类效果较好，常用的固定相为C18和C8，洗脱系统为水醇体系（如：水-甲醇、水-乙腈） 。 c.凝胶色谱法： 常采用Sephadex LH-20凝胶，以水-醇体系进行分离精制。 d.聚酰胺色谱法： 根据氢键吸附作用，分离含有羟基、羧基等结构的苷类成分。 e.综合色谱法： 多种色谱方法的配合使用。第五节 糖和苷的结构研究一物理常数的测定二分子式的测定三组成苷的苷元和糖的测定（一）苷元的结构鉴定（二）组成苷的糖的种类鉴定（三）组成苷的糖的数目测定四苷元和糖、糖和糖之间连接位置的确定五糖和糖之间连接顺序的确定六苷键构型的确定小结见书51页