糖药学专升本陆涛版de课件.ppt
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1、第十五章第十五章 糖类糖类(saccharide)糖类糖类,又称碳水化合物碳水化合物(Carbohydrate)。是自然界中存在最多的一类有机物。植物干重的50%80%为糖类化合物。糖是重要的食物之一。糖类是绿色植物吸收空气中的糖类是绿色植物吸收空气中的CO2,经过复杂的光合作用,经过复杂的光合作用而产生的。而产生的。6CO2 +6H2O C6H12O6 +6O2 Glucose光合作用(植物)呼吸(动物)太阳能化学能和热能 绝大多数糖类分子由绝大多数糖类分子由C、H、O三中元素组成,大多三中元素组成,大多数化合物具有数化合物具有通式通式Cn(H2O)m,但有些糖但有些糖鼠李糖鼠李糖(C6H1
2、2O5)并不符合这个通式。因此碳水化合物只并不符合这个通式。因此碳水化合物只是沿用习惯的称呼。是沿用习惯的称呼。定义定义:糖类是一类多羟基醛、酮以及通过:糖类是一类多羟基醛、酮以及通过水解产生这些醛酮的物质水解产生这些醛酮的物质。如葡萄糖的结构为:如葡萄糖的结构为:OH OH OH OH OHCH2CHCHCHCHCHO单糖:不能再被水解成更小分子的糖。如葡萄糖、果糖、核糖等。双糖:水解后产生2分子单糖的糖。如蔗糖、麦芽糖等。寡糖(低聚糖):水解后产生310个单糖的糖。如棉子糖。多糖(高聚糖):完全水解后生成10个以上单糖的糖。为天然高分子化合物。如淀粉、纤维素等。广义而言,碳水化合物也包括其
3、衍生物。如:糖醇、脱氧糖、糖酸、糖醛酸、氨基糖等。根据糖类化合物水解情况分为四类:分类:分类:第一节第一节 单单 糖糖(monosaccharide)单糖的分类:单糖的分类:单糖醛糖:酮糖:自然界中最简单的醛糖是甘油醛,它是研究糖类化学结构的参照物,也是合成复杂糖类化合物的起始原料。CHO CHOHOHHO HCH2OH CH2OH(1)根据单糖所含羰基种类)根据单糖所含羰基种类D-甘油醛甘油醛 L-甘油醛甘油醛丙酮糖、丁酮糖、戊酮糖、己酮糖,丙酮糖、丁酮糖、戊酮糖、己酮糖,丙醛糖、丁醛糖、戊醛糖、己醛糖、庚醛糖,丙醛糖、丁醛糖、戊醛糖、己醛糖、庚醛糖,(2)根据分子中所含碳原子数目)根据分子
4、中所含碳原子数目 最简单的酮糖是1,3-二羟基丙酮。在生物体内以戊糖和己糖最为常见。有些糖的羟基被H和-NH2取代,分别叫去氧糖和氨基糖。CH2OHCOCH2OH二羟基丙酮CHOH HHOHHOHCH2OHCHONH2HHOHOHOHHHCH2OH2-去氧核糖2-氨基葡萄糖旋光异构旋光异构体数目体数目CHO CH2OH CHO CH2OH *CHOH C=O*CHOH C=O *CHOH *CHOH*CHOH *CHOHCH2OH CH2OH*CHOH*CHOH CH2OH CH2OH CHO CH2OH*CHOH C=O*CHOH*CHOH*CHOH*CHOH*CHOH*CHOH CH2OH
5、 CH2OH己醛糖己醛糖(24=16)己酮糖己酮糖(23=8)22=4 21=2 23=8 22=4戊醛糖戊醛糖 戊酮糖戊酮糖丁醛糖丁醛糖 丁酮糖丁酮糖 D-葡萄糖 L-葡萄糖 CHOCH2OHCHOCH2OH糖(以葡萄糖为例)的两种简写方法:糖(以葡萄糖为例)的两种简写方法:L-葡萄糖 D-葡萄糖 但己醛糖有4个手性碳,就有24=16个旋光异构体,组成 8对对映体,一对对映体有同一名称。因一对对映体有同一名称。因此己醛糖包含此己醛糖包含8种不同的糖。种不同的糖。其中仅一对为葡萄糖。葡萄糖是一种己醛糖。一、单糖的开链结构及构型一、单糖的开链结构及构型CH2*CH*CH*CH*CHCHOOH O
6、H OH OH OH 单糖名称常采用俗名。如葡萄糖(己醛糖)、单糖名称常采用俗名。如葡萄糖(己醛糖)、果糖(己酮糖)等。果糖(己酮糖)等。L-阿洛糖 D-阿洛糖 L-阿卓糖 D-阿卓糖 L-葡萄糖 D-葡萄糖 L-甘露糖 D-甘露糖 L-古罗糖 D-古罗糖 L-艾杜糖 D-艾杜糖 L-半乳糖 D-半乳糖 L-太罗糖 D-太罗糖 自然界中只存在 3 种己醛糖:D-葡萄糖、D-甘露糖、D-半乳糖,其余的13种都为人工合成品。CHO CHO CHO CHOH OH HO H HO H H OH HO H H OH HO H HO H CHO H OH HO H H OH HO HH OHH OH H
7、O H H OH H OH CH2OH CH2OH CH2OH CH2OH CH2OHD-葡萄糖D-甘露糖D-半乳糖D-葡萄糖和D-半乳糖是差向异构体吗?D-甘露糖与D-半乳糖是差向异构体吗?在含多个手性碳的非对映体中,若彼此间只有1个*C构型不同,其余*C构型都相同,则互称为差向异构体差向异构体。非对映体 C2-差向异构体C4-差向异构体差向异构体不是不是CHOHOHHHOOCH2OHHCH2OHD果糖 己酮糖有己酮糖有3个手性碳,即有个手性碳,即有8个旋光异构体,个旋光异构体,即即4对对映异构体,其中一对为果糖。对对映异构体,其中一对为果糖。CH2OHC=OCH2OHHHOHOOHHH L
8、-果糖 单糖的构型命名:单糖的构型命名:方法1:可以用R/S构型(复杂)。如两个葡萄糖:121为:(2S,3R,4S,5S)-2,3,4,5,6-五羟基己醛2为:(2R,3S,4R,5R)-2,3,4,5,6-五羟基己醛 (2)以D-甘油醛为标准。编号最大的手性碳的-OH在右右D-构型糖构型糖,在左左L-构型糖构型糖。D-甘油醛D-葡萄糖L-葡萄糖方法2:同一对对映体之间,用D/L构型命名法加以区别。(1)醛糖或酮糖按严格的Fischer投影式书写,竖线表示碳链,羰基具有最小编号。羰基具有最小编号。二二.单糖的环状结构及构象单糖的环状结构及构象 谱图中18001600cm-1处无吸收峰,表明测
9、不出羰基;2700cm-1附近也无吸收峰,表明未测出醛基氢CHO;单糖是多羟基醛(酮)的开链结构,得到了一些化学反应的证实。但单糖的其它一些性质却是开链结构不能解释的。(1)单糖晶体单糖晶体IR谱无谱无羰基羰基的伸缩振动峰;醛糖的伸缩振动峰;醛糖NMR谱谱无醛氢的特征峰。无醛氢的特征峰。(4)存在变旋光现象存在变旋光现象。D-葡萄糖在不同条件下可得两种葡萄糖在不同条件下可得两种结晶。结晶。在冷乙醇中结晶的葡萄糖mp146,新配制的溶液aD+112,放置过程中比旋光度降低,最后变至+52.5;由热的吡啶溶液中结晶的葡萄糖mp150,新配制的溶液aD+18.7,放置过程中比旋光度变高,最后也变至+
10、52.5。这种比旋光度发生变化的现象称为变旋光现象。(2)葡萄糖分子中虽然含有醛基,但却不发生某些羰基的加成反应(如不与NaHSO3加成)。(3)一般醛+2分子醇 缩醛,但葡萄糖只与1分子醇反应生成稳定化合物(相当于半缩醛)。干干HCl 上述现象都不能用开链结构加以解上述现象都不能用开链结构加以解释。说明葡萄糖还可能以另外的结构形释。说明葡萄糖还可能以另外的结构形式存在。式存在。醛与醇可以生成半缩醛和缩醛,g-g-或d-羟基醛则主要以环状半缩醛的形式存在:糖类分子中既有C=O,又在g-或 d-位存在OH,故可发生分子内羟醛缩合反应,形成环状半缩醛。d g b ad g b ag b ag b
11、aOHOOCH3CHCH2CH2CH2CH CH3CHCH2CH2CH2CH-OHOOOHCH3CHCH2CH2CH CH3CHCH2CH2CHOH *糖的环状半缩醛较稳定,通常为四碳一氧的五元杂环(呋喃糖)或五碳一氧的六元杂环(吡喃糖)。羰基羰基碳变成手性中心,故有碳变成手性中心,故有、两种异构体。两种异构体。这种仅端这种仅端基不同的异构体称端基异构体基不同的异构体称端基异构体或异头物或异头物。该环状结构式称为该环状结构式称为Haworth式式。-异构体:半缩异构体:半缩醛羟基在环平面上醛羟基在环平面上方的。方的。-异构体:半缩异构体:半缩醛羟基在环平面下醛羟基在环平面下方的。方的。OHOH
12、HOHCHOCH2OHHHHOHHOCH2OH OH HOHCHOHHOHH123564125634OHOH123456CHOOHHCH2OHOHHHCOHOHHO12345OHCH2OHOHHHHHHOHOHHOHHOHCH2OHHOD 吡喃葡萄糖HHOHOHHOHHOHCH2OHHOD 吡喃葡萄糖 D-葡萄糖发生变旋现象的内在原因就是这葡萄糖发生变旋现象的内在原因就是这两种异头物与开链结两种异头物与开链结构间可处于动态平衡中,形成平衡混合物。构间可处于动态平衡中,形成平衡混合物。这个混合物的比旋这个混合物的比旋光度为光度为+52.5。同时由于开链结构含量极低,因此羰基加成的某些反应同时由于
13、开链结构含量极低,因此羰基加成的某些反应(NaHSO3)不易发生,并在红外和氢核磁光谱中表现出异常现象。不易发生,并在红外和氢核磁光谱中表现出异常现象。平衡混合物:平衡混合物:36%0.02%64%解释上述问题:解释上述问题:HC=OHOHHO HHOHHOHCH2OHHC=OHOHHO HHOHHOHCH2OH-D-吡喃葡萄糖吡喃葡萄糖-D-吡喃葡萄糖吡喃葡萄糖 OOHOOHHOOHOHOHOHOOHOHOH+吡喃吡喃 D=(18.764%)+(112 36%)=+52.3 由于开链结构含量极低由于开链结构含量极低,因此羰基加成的某些反应因此羰基加成的某些反应(NaHSO3)不易发生,并且不
14、易发生,并且没有明显的羰基特征光谱没有明显的羰基特征光谱。解释上述问题:解释上述问题:平衡时溶液的比旋光度:aD=(18.764%)+(112 36%)=+52.3 由开链式直接写Haworth式:1.O 在六边形右上角2.尾基在上方:D-构型3.半缩醛OH在环平面的上方为b型;在环平面的下方为 a型4.碳链左边羟基在环平面上边,右边羟基在环平面下边。HC=OHOHHO H HOH HOH CH2OHFischer 投影式互为端基异构体,也是C1-差向异构体。Haworth透视式b-D-吡喃葡萄糖 a-D-吡喃葡萄糖CH2OHOHOHOHHOOD-sugar CHOCH2OHOHOHHOHOD
15、-(+)-mannoseHaworth 式把环当作平面,原子和原子团垂直排布式把环当作平面,原子和原子团垂直排布在环的上下方,仍不能完全表示出葡萄糖的立体结构。在环的上下方,仍不能完全表示出葡萄糖的立体结构。更符合实际情况的是更符合实际情况的是,稳定的六元环应是椅式构象。稳定的六元环应是椅式构象。无论是a 式 还是b式,都存在椅式-椅式的相互转换:占优势的构象是 e 键取代最多的构象。b式:式式 式式 在水溶液动态平衡中,在水溶液动态平衡中,b b-异头物的含量较高。异头物的含量较高。D-果糖在溶液中,既可生成a和b两种吡喃型果糖,也可生成a和b两种呋喃型糖.56 CH2OH C=OHO H
16、HOH HOH CH2OHD-果糖b-D-吡喃果糖(5775%)a-D-吡喃果糖(49%)b-D-呋喃果糖(2131%)a-D-呋喃果糖(49%)单糖分子中的多个醇羟基具有醇的一般性质;羰基具有醛酮的性质。同时这些官能团互相影响,又显示某些特有性质。(在写单糖的反应式时,反应物之一的糖应写开链式还是环式,可依实际反应中以何种形式参与反应而定。)三、单糖的化学性质三、单糖的化学性质(一)成苷反应(一)成苷反应 P495P495此反应只发生在半缩醛/酮羟基上,故该羟基又叫苷羟基.与另一含活泼氢的化合物生成糖苷(或称糖甙)的反应。HHOHCHOHOHHOHCH2OHHOHHOHCHOCH3OHHOH
17、CH2OHHO+CH3OHHCl+H2O干燥-CH3b-D-甲基吡喃葡萄糖苷O苷键糖非糖氧苷键、氮苷键硫苷键、碳苷键糖苷基配基或苷元 糖苷糖苷=糖部分糖部分+非糖部分。两者通过非糖部分。两者通过氧苷键氧苷键连接起来。由于糖苷连接起来。由于糖苷中已无半缩醛羟基,不能通过互变异构转成开链结构,所以糖苷无中已无半缩醛羟基,不能通过互变异构转成开链结构,所以糖苷无变旋光现象。变旋光现象。在酸作用或酶催化下,糖苷易水解,生成原来的糖和非糖部分。在酸作用或酶催化下,糖苷易水解,生成原来的糖和非糖部分。糖苷结构糖苷结构 醛糖表现出醛的性质,能被以上弱氧化剂氧化。酮糖(如果糖)由于在碱性条件下通过互变异构生成
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