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1、第二章 糖和苷Saccharides and Glycosides,目的要求：1熟悉糖的结构类型，掌握糖Haworth式的端基碳构型、构象及糖的理化性质。2熟悉苷的结构类型，掌握苷的一般性质、苷键的裂解方法及其裂解规律。3掌握苷元和糖、糖和糖之间连接位置、连接顺序以及苷键构型的确定方法。4掌握糖和苷的提取分离方法。,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
2、构型。其羟基向右的为D型，向左的为L-型。,在Haworth式中也是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：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。,异侧,同侧,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
3、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。,绝大多数单糖的优势构象是C1式，只有极少数如L-鼠李糖等的优势构象是1C式。,4C1,1C4,第二节、糖和苷的分类,单糖 monosaccharides低聚糖 oligosaccharides:由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ald
4、opentoses,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,环状的多羟基化合物。从生源上看属于单糖衍生物。,二、低聚糖 oligosaccharides,二糖：蔗糖据单糖的个数
5、 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):由一种单糖组成。如：由葡聚糖为glucan。杂多糖（heterosaccharide):由两种以上的单糖组成，如：葡萄甘露聚糖glucomannan。,据单糖的种类分为：,
6、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,红景天苷,天麻苷,垂盆草苷,山慈姑苷,菘苔苷,2.硫苷,萝卜苷,3.氮苷,腺苷,4.碳苷：由苷元的酚羟基所活化的邻或对位的氢与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
7、苷糖多接在6-或8-位上。,1,4,6,8,第三节、糖的化学性质,与糖和苷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（中性或弱酸性）；对固定在环的异侧并无扭曲余地的邻二醇羟基不反应。应用：推测糖的种类、糖的氧环大小、糖与糖的连接位置、分子中邻二醇羟基的数目及碳的构型等。,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
8、,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：,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摩尔数。,二、糠醛的形成反应,单糖在浓酸作用下，脱去三分子水，生成具有呋喃环结构的糠醛衍生物。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、酚类以及具有活性次甲基基团的化合物缩合生成有色物质。根据这一性质配置了糖的显色剂。试剂：有机酸（三氯乙
9、酸、草酸等）或无机酸（硫酸、磷酸等）酚或胺类：如：苯酚，萘酚，苯胺。,含有活泼次甲基的,化合物：如,蒽酮,Molish反应：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（蓝色）,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：是在Haworth法和Purdic法的基础上改良的。在二甲基甲酰胺（DMF）溶液中用CH3I和Ag2O,或(CH3
10、)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，室温放置即可得到全乙酰化的糖。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联用，决定多糖连接点。,3.缩酮和缩醛反应,酮或醛在脱水剂（如矿酸、无水氯化锌和无水硫酸铜）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
11、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
12、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糖醛酸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.（p78）,必须先将酰胺羰基还原为羟基后才能酸水解,酸水解方法,510%HCl/H2SO4/甲醇 两相水解法：对酸不稳定苷元用酸水/有机溶剂（后加）TLC斑点检查,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
13、解。（自己看书）,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
14、分解法、醋酐-吡啶法等。,七、糖的提取分离 提取,提取 主要为溶剂法水、稀醇（单糖、低聚糖、多糖）糖类的提取可根据它们对乙醇和水的溶解度不同，而采用冷热水、冷热稀醇等条件。苷类分子的极性随着糖基的增多而增大。可根据其极性大小，来选择相适应的溶剂。破坏或抑制植物体内酶的方法：采集新鲜材料迅速加热干燥冷冻保存等,七、糖的提取分离 分离,分离1活性炭柱色谱2纤维素色谱3离子交换柱色谱4凝胶柱色谱5季铵氢氧化物沉淀法6分级沉淀或分级溶解法7蛋白质除去法,七、糖的提取分离 分离,1活性炭柱色谱概述用途分离水溶性物质较好 如：氨基酸、糖类及某些苷类。特点：（对于活性炭柱色谱）上样量大，分离效果较好，适合大
15、量制备；来源容易，价格廉；缺点：无测定其吸附力级别的理想方法。,七、糖的提取分离 分离,分类：粉末状活性炭颗粒细，总表面积大，吸附力及吸附量大。颗粒状活性炭颗粒较上者大，吸附力及吸附量也较上者次之。锦纶-活性炭以锦纶为粘合剂，将粉末状活性炭制成颗粒，吸附力最弱。,七、糖的提取分离 分离,活性炭对物质的吸附规律 对分子量大的化合物吸附力大于分子量小的化合物，即：多糖 单糖 活性炭在水溶液中的吸附力最强，在有机溶剂中吸附力较弱。洗脱顺序：H2O、10%、20%、30%、50%、70%乙醇液 无机盐 二糖 三糖 多糖 单糖等,七、糖的提取分离 分离,2纤维素色谱 原理与PC相同，属分配层析。溶剂系统
16、：水、丙酮、水饱和的正丁醇等。用水溶性的溶剂如HAc：H2O进行展开时，其原理属吸附层析。,七、糖的提取分离 分离,3离子交换柱色谱除水提液中的酸、碱性成分和无机离子；制成硼酸络合物强碱性阴离子交换树脂（不同浓度硼酸盐液洗脱）,七、糖的提取分离 分离,4凝胶柱色谱常用商品名称及型号：葡聚糖凝胶（商品名：Sephadex G）G-10、G-15、G-200等10表示吸水量乘以10，即1.0ml/g的吸水量琼脂糖凝胶（Sepharose，Bio-Gel A）聚丙烯酰胺凝胶（Bio-Gel P）羟丙酰基交联葡聚糖凝胶（Sephadex LH-20）（亲脂性，可在有机溶剂中进行分离的分子筛）,七、糖的
17、提取分离 分离,操作过程：除LH-20外，均在H2O中进行。将凝胶在适当的溶液中浸泡（多为洗脱剂）；待充分膨胀后装入层析柱；用洗脱液洗脱；收集、回收溶液，干燥。,七、糖的提取分离 分离,洗脱溶剂的选择：分离中性物质水及电解质溶液（酸、碱、盐溶液及缓冲液）阻滞较大的组分水+有机溶液（水-甲醇、水-乙醇、水-丙酮等）LH-20可用有机溶液进行溶胀（如：CHCl3、丁醇、二氧六环等）(适用：有机物质的分离，如：脂类、固醇类等),七、糖的提取分离 分离,5季铵氢氧化物沉淀法季铵氢氧化物是一类乳化剂。,七、糖的提取分离 分离,6分级沉淀或分级溶解法 在糖的水溶液中，逐步加入乙醇，即逐渐增大EtOH浓度，
18、可得到各部分的沉淀物。为使多糖稳定，多糖通常在pH=7时进行 酸性多糖在pH=24时进行 处理酸性多糖时，为防酸水解苷键，操作宜迅速。,七、糖的提取分离 分离,7蛋白质除去法 用分级沉淀法得到的多糖，常夹杂有较多的蛋白质，为除之，通常选择能使蛋白质沉淀而使多糖不沉淀的试剂来处理，如：酚、三氯乙酸、鞣酸等。注意：处理时间要短，温度要低。（避免多糖降解）三氟三氯乙烷法和Sevag法（用氯仿：戊醇或丁醇4：1混合）在避免降解上有较好效果。,七、糖的提取分离 分离,糖的提取分离实例地黄根中单糖和低聚糖的分离取鲜根热EtOH、H2O提阴阳离子交换树脂（除酸碱成分）得中性成分 活性炭柱（15%HOAc处理）以H2O、稀EtOH（5、10、15、25%顺次洗脱）,经PC检定，合并D-葡萄糖 D-半乳糖 D-果糖 蔗糖 棉子糖 甘露三糖 水苏糖(四糖)毛蕊糖(五糖),本章重点内容,掌握常见几种单糖的结构（Haworth式）；掌握化学反应的特点及应用；掌握苷键裂解的各种方法及其特点；（如：酸解、碱解、酶解、Smith降解等）,The End,
