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1、第二章 糖和苷,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：
2、 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。,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)，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。,第二节、糖和苷的分类,单糖 monosaccharides低聚糖 oligosaccharides:由
3、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 monosaccharides,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
4、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,二、低聚糖 oligosaccharides,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
5、种单糖组成。如：由葡聚糖为glucan。杂多糖（heterosaccharide):如：葡萄甘露聚糖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,2. 硫苷,3. 氮苷,4. 碳苷：由苷元的酚羟基所活化的邻或对位的氢与
6、糖的端基羟基脱水缩合而成。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。,第三节、糖的化学性质,与糖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。,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：,
7、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克分子数。,二、糠醛的形成反应,单糖在浓酸作用下，脱水，生成具有呋喃环结构的化合物。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、酚类可缩合生成有色物质。 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：含有活泼亚甲基并有共轭未饱和系统的 化合物，如：苯酚，萘酚，苯胺。,Molish反应
8、：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,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：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
9、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，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连用，决定多糖连接点。,3. 缩酮和缩醛反应,酮或醛在脱水剂存在下和多元醇的两个有适当空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
10、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、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-
11、COOH取代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.（p79）,酸水解方法,酸水 510%HCl/H2SO4 两相水解法：对酸不稳定苷元用酸水/有机溶剂（后加）TLC斑点水解,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。,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
12、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。,第五节、糖的核磁共振性质,一般1H-NMR谱中，糖端基质子信号在4.3-5.5，其余部分在3.2-4.2左右，因此可以从端基质子数了解糖的种类和个数。,C1-H和C2-H的偶合常数，决定端基碳的构型。,-D
13、-葡萄糖,- D-葡萄糖,六碳吡喃糖苷，当是葡萄糖或半乳糖，-构型其J1，2为8Hz左右，而-构型双面角近60，J1，2为4Hz左右。,-D-甘露糖,- D-甘露糖,而甘露糖和鼠李糖难于区分端基碳的构型。,JC，H也可对六碳吡喃糖苷的竖键（即-型）和横键（-型）的鉴定有很大帮助，前者为160-165Hz，后者为170-175Hz。,13C-NMR：anomeric 碳：98-110，型在低场,C2 C4碳：70-85,C5 、C6碳：60-65,CH3（甲基五碳糖）：18,苷化位移（glycosidation shift）糖的端基羟基成苷后，端基碳（C1）和苷元的-C的化学位移均向低场移动，而
14、相邻的碳（-C）稍向高场移动，偶尔也有稍向低场移动的，这种苷化前后的化学变化，称做 。,苷化位移规律：,一、 醇苷：端基及-C向低场1、苷元为链状，苷化位移随伯、仲、叔递减。,2、苷元为环醇，若-C有烷基取代，苷化位移与苷元位及糖的端基手性有关。,苷元位及糖的端基手性相同，与-C无取代相似。,苷元位及糖的端基手性不同， 苷化位移比-C无取代大。,二、 酚苷：与醇苷相反， -C向高场， -C向低场。,三、 酯苷：与醇苷相反， -C向高场， -C向低场。,第六节、糖链结构的测定,三个问题：单糖组成；糖的连接顺序和位置；苷键构型。,（一）纯度鉴定 常用的纯度鉴定法有：官能团分析；比旋度；毛细管气相层
15、析；HPLC等。 电泳是常用的鉴定纯度方法。,多糖的分子量只是一种统计平均值。,（二）分子量的测定,单糖、低聚糖及其苷的分子量测定目前大多用质谱法。,在不同型号的Sephadex或Sepharose柱层析上测定多糖分子量是用量小、操作简便的方法。,工作中需要一系列结构相似的已知分子量得多糖作比标准曲线。,（三）单糖的鉴定,1、糖的种类 一般是将苷键全水解，水解产物鉴定。,色谱法：PC；TLC；GC（衍生物）；HPLC,NMR：化学位移；J值,化学法：如Molish反应,2、糖的数目的确定,主要根据NMR：碳谱 90110；氢谱 46 2D-NMR；MS等。,（四）单糖之间连接位置的决定,将糖链
16、全甲基化，然后水解苷键，鉴定所获得的甲基化单糖，其中游离-OH的部位就是连结位置。 目前常使用 13C-NMR 方法，主要是通过归属各碳信号，以确定产生苷化位移的碳。,（五）糖链连接顺序的决定,早期是缓和水解法。将糖链水解成较小的片断（各种低聚糖）再分析。,质谱分析也以用于低聚糖的结构研究。,自旋晶格弛豫时间T1是结构研究中常用的另外一个参数。一般说外侧糖比内侧糖的T1 值大。,观察两糖之间质子的远程偶合确定。,（六）苷键构型的确定,核磁共振技术,酶催化水解,分子旋光差（Klyne法） Klyne将苷和苷元的分子旋光差与组成该苷元的糖的一对甲苷的分子旋光度进行比较，数值上相接近的一个便是与之有相同苷键的一个（参见94）。,第七节、糖和苷的提取分离,为防止苷在提取中发生水解，可用乙醇或沸水作为溶剂进行提取。,通常是将生药的乙醇或甲醇提取物顺次以石油醚脱脂，以乙醚或氯仿抽出苷元，以乙酸乙酯抽出单糖苷或少糖苷，在以丁醇提取多糖苷。,一、离子交换层析 二、凝胶滤过法 三、季铵氢氧化物沉淀法 四、分级沉淀或分级溶解法 五、蛋白质除去法,反应机理：,若吡喃糖无顺邻羟基，易转化成呋喃型。,D-葡萄糖 1,2;5,6-二-O-异丙叉- -D-葡萄呋喃糖,2. 乙酰解反应,2. 碱催化水解和-消除反应,
