天然药物化学 第二章 糖和苷类

过碘酸氧化反应 特 点
作用缓和、选择性高：作用于邻二醇、α -氨 基醇、α -羟基醛(酮)、邻二酮和某些活性次 甲基等结构上。 反应可以定量进行：氧化产物HIO3可以滴定， 而且可以得到稳定的最终降解产物，如甲醛、 甲酸等。
二、 糠醛形成反应
单糖在浓酸（4-10N）加热作用下，失去三分 子水，生成具有呋喃环结构的化合物。多糖 在矿酸存在下先水解成单糖，再行脱水生成 相同的产物。五碳糖生成糠醛，甲基五碳糖 生成5-甲基糠醛，六碳糖生成的是5-羟甲糠醛。 糠醛及其衍生物可与许多芳胺、酚类缩合成 有色物质。
鉴定 薄层色谱 气相色谱
三、碱催化水解： 苷键的缩醛结构（苷键原子的 负电性）对稀碱（OH-）稳定, 故苷 很少用碱水解，而酯苷、酚苷、烯 醇苷、β–吸电子基团的苷类（苷键 原子的正电性）易为碱水解。
四、酶催化水解：
酶水解的特点及意义 条件温和 （水、30～40℃） 高度专属性： ａ–苷酶 ——ａ–苷 （麦芽糖酶 水解 ａ -葡萄糖苷键） β–苷酶 ——β–苷 （苦杏仁酶 水解 β -葡萄糖苷键 和其他六碳糖的β–苷键） 苷键构型（ａ、β）的判断
获得真正苷元
第五节
糖的核磁共振
一、 糖的1H-NMR性质 一般在氢谱中，糖端基质子信号在δ4.3-5.5， 其余部位的质子信号均在3.2-4.2左右。糖的 端基质子信号与其它信号相隔较远，易于辨 认。根据糖上端基质子信号的个数和化学位 移值可推测糖的个数、糖的种类及糖与糖、 糖与苷元的连接位置。
一、酸催化水解：反应机理（以葡萄糖为例）
OH
O OR
OH + H+ H +OR O OH
OH
OH -ROH
O
OH +
OH -H+
O
OH
OH
OH
OH
H
+H2 O
+ OH2 O OH
OH
OH
OH
H,OH OH
H OH
H OH
OH
H OH
苷键原子质子化 苷键断裂
阳碳离子溶剂化
脱去氢离子
酸水解难易的关键
影响苷键原子质子化的因素
（四）、 糖连接位置的测定
将糖链全甲基化，然后水解苷键，用GC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,全甲基化的单糖即为末端糖。
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）、 糖链连接顺序的确定
通过1H-NMR谱，观察两糖之间质子的远程偶合而确定其连 接顺序。
四、 苷类
苷，又称配糖体，是糖或糖的衍生物（如氨基 糖、糖醛酸等）与另一非糖物质（称为苷元或 配基，aglycone or genin）通过糖的端基碳 原子连接而成的化合物。
第三节 糖的化学性质
一、 氧化反应：
单糖分子中有醛（酮）基、伯醇基、仲醇基 和邻二醇基结构单元。一般来说，醛（酮）基最 易被氧化，伯醇次之。在控制反应条件的情况下， 不同的氧化剂可选择性的氧化某些特定基团。如 Ag＋、Cu＋和溴水可将醛基氧化成羧基，硝酸可 使醛糖氧化成糖二酸，过碘酸和四醋酸铅可氧化 邻二羟基。

相对构型(α/β): 单糖成环后新形成的 一个不对称碳原子称为端基碳 (anomeric carbon) ，生成一对差向异构体有α/β两种构型。 从Fischer式看，C1-OH与原C5(六碳糖)或 C4(五碳糖)-OH,顺式的为α，反式的为β。因此， α/β是C1与C5的相对构型。而在Haworth式中， C6或C5在同侧的为β型，异侧的为α型。
1H-NMR谱：
利用端基质子偶合常数的大小判断苷键构型
依据
相邻碳原子上质子偶合常数的大小与二者之间的立体夹角有关 H-2ˊ为ａ键的糖 （葡萄糖、木糖、半乳糖）
ａ-苷键 β-苷键 J1ˊ2 = 2～3.5Hz J1ˊ2ˊ= 6～9Hz (Jae、Ф60O) （Jaa、180）
H-2ˊ为e键的糖 （鼠李糖、甘露糖）
ａ-苷键 J1ˊ2ˊ= 2 Hz （Jee、60） β-苷键 J1ˊ2ˊ2 Hz （Jae、60O）
J1ˊ2不相等 意义 可以用于构型的判断
J1ˊ2相等
不能用于构型的判断
H HO
CH2OH O H ' 2 OH OR
H3C HO H
H H OH O ' 2 OH H
OR ' 1 H
H HO H
' 1 H
难水解的碳苷 苷元结构不太稳定的氧苷（皂苷）
氧化开裂法 — Smith降解法;两相酸水解法（样品+酸水+苯/氯仿）
获得真正苷元
OH
O
OH OR IO 4
OH OR BH4 CH2OH CH2OH
O
O OHC
OH
OH
OR
CH2OH H
+
CHO
CHOH CH2OH
OHC OH
+
CH2OH
+ ROH
β-D-葡萄糖苷 过碘酸 二元醛 四氢硼钠 二元醇 稀酸室温 （O-苷） （氧化邻二醇） （还原） （稳定性差） （温和）
（三）、 单糖的鉴定
纸色谱（PC）：分配原理，BAW系统，与对照 品共色谱鉴定 薄层色谱（TLC）：硅胶（硼酸溶液或无机盐溶 液制 - 增加上样量） 气相色谱（GLC）：水解、制备TMS衍生物（具 挥发性），用对照品tR鉴定 超导FT-NMR光谱: 苷中各糖的不同质子的δ、J 与标准糖数据进行比较鉴定 苷中各糖的不同碳原子的δ 与标准糖数据进行比 较鉴定
三、 多聚糖类
多聚糖，又称多糖，是由10个以上单糖基通过苷 键连接而成。
（1）均多糖（homosaccharide）:由一种单糖组 成的多糖称为均多糖。如葡聚糖。 （2）杂多糖(heterosaccharide): 由二种以上 单糖组成的多糖称为杂多糖。如葡萄甘露聚糖 (glucomannan)。
利用酶的活性 （加水、30～40℃、24～48ｈ） 加酸水解或碱水解、预发酵等 有机溶剂（醇、苯、氯仿、 石油醚）提取
提取液 浓缩 浓缩液（含大量极性杂质）
二、分离： 色谱方法（为主）
反相硅胶色谱：Rp-18、Rp-8（极性成分适用） 水-甲醇或水-乙腈为流动相 葡聚糖凝胶色谱：SephedexLH-20(有机相适用) 不同浓度的乙醇为洗脱剂
OA c 3.89 H O O O
AcO OA c AcO AcO OA c O AcO AcO H 3.66 H O H OA c H
OH
（六）、苷键构型的确定
13C-NMR谱
(1)利用端基碳原子的化学位移判断苷键构型：除D-甘露糖、 L-鼠李糖外，绝大多数单糖甲苷，其ａ-型与β -型的化学 位移相差4ppm. (2)利用端基碳原子与端基质子的偶合 常数判断苷键构型： ａ-甲苷 JC1-H1≈170Hz β -甲苷JC1-H1≈160Hz Δ δ 10ppm
三、 羟基反应
糖的羟基反应包括醚化、酯化和缩醛（酮） 化。活性最高的是半缩醛羟基，其次是伯醇 基，再次之是C2-OH。这是因为半缩醛羟基 和伯醇羟基处于末端，在空间上较为有利； C2-OH则受羰基诱导效应的影响，酸性有所 增强。
第四节
苷键的裂解
主要有：酸水解、酶解、碱水解、乙酰解、 氧化开裂法等。
第二节
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
糖和苷的分类
自然界中的单糖，从三碳糖到八碳糖都存 在，但以五碳（戊）糖和六碳（己）糖最为 常见和重要，而单糖的衍生物以糖醇和糖醛 酸较为常见。
一、 单糖
二、低聚糖类
二糖：蔗糖 三糖：棉子糖 四糖：水苏糖 五糖：毛蕊糖 还原糖：槐糖、樱草糖等
根据单糖的个数
根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
β-L-鼠李糖苷 J1ˊ2 = Jae = 2 Hz
第七节 糖及苷的提取分离
一、提取 （一）糖类的提取 （二）苷类的提取 苷的存在状态 ：原生苷、次生苷、苷元。 苷与酶共存 提取目的：原生苷
提取原生苷
提取次生苷、苷元
设法抑制酶的活性 （加热、拌碳酸钙、醇） 避免与酸、碱接触 极性溶剂（甲醇、乙醇、 沸水）提取
ａ-D-葡萄糖苷 J1ˊ2 = Jae = 2～3 Hz
H HO H HO H OH H CH2OH O H ' 2
ａ-L-鼠李糖苷 J1ˊ2 = Jae = 2 Hz
H H3C H OH O ' 2 OH H H ' OR
1
' 1 OR
HO H
β-D-葡萄糖苷 J1ˊ2 = Jaa = 6～9 Hz
一、糖链的结构测定
（一）、 纯度测定 多糖属于高分子化合物，其纯度不能用小 分子化合物的标准判断，即使是一种多糖 纯品，其微观也并不均一。通常所说的多 糖纯品实质上是一定分子量范围的均一组 分。其纯度只代表相似链长的平均分布。
目前多糖纯度常用的测定方法 超离心法
高压电泳法
凝胶柱色谱法
旋光测定法
苷元
OH
O R
1 2
OH
OH
IO 4BH 4 +
CH2OH CHOH CH2OH
R
+
CHOH CH2OH
IO 4
OH
3
H
R-CHO
+ HCOOH
β-D-葡萄糖苷（C-苷）
带醛基的苷元
二、乙酰解反应
醋酐+酸（浓硫酸、 高氯酸、氯化锌） 选择性水解 乙酰化单糖、 乙酰化低聚糖
多糖苷
1,6-苷键 > 1,4-苷键和1, 3-苷键 > 1,2-苷键 依鉴定结果 + 裂解规律 推断多糖苷中糖与糖之间的连接位置
其它方法：如HPLC、示差折射法等。
通常要确定一种多糖的均一性，至少要有两种 以上的方法才能确定。
（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。如电喷雾质谱（electrospray ionization, ESIMS）及近年来发展起来的基 质辅助激光电离质谱或基质辅助激光解析电 离飞行时间质谱（MALDIMS或MALDITOF-MS）可测定多糖、蛋白质等高分子化 合物的分子量。
特别提示： （1）甘露糖（ C2羟基在环的面上）和鼠李糖 （优势构象为1C式）难以用J区分端基碳的构型。 （2）呋喃型糖：无论其端基质子和C2位质子是 处于反式地位还是顺式地位，其偶合常数变化均
不大（0－5Hz），无法用端基质子的偶合常数
来判断它们的苷键构型。
二、糖的13C-NMR性质
（一） 化学位移及偶合常数
此外，糖与糖通过苷键相连虽然并不称为苷， 但苷化位移规律对其同样适用。
苷化位移规律：（表 2－3）
第六节 糖链的结构测定
多糖是生物大分子化合物，像蛋白质一样也具 有一、二、三、四级结构。糖和苷的共性是糖 链，在含有低聚糖的苷中，糖链的测定占主要 地位，苷元的组成种类繁多，本节将重点介绍 糖链的测定方法。主要涉及三个问题： 单糖组成； 糖的连接顺序和位置； 苷键构型。
苷键原子周围的电子云密度 （ 电子云密度大，易于接受 质子，水解容易） 酸水解的规律
空间环境 （有利于接受质子， 水解就容易）
1．与苷键原子有关 : N―苷 > O―苷 > S―苷 > C―苷 (易于接受质子) （无孤对电子） 2． 呋喃糖苷（酮糖） > 吡喃糖苷（醛糖） （分子平面性，张力大） 3． 五碳糖苷 > 甲基五碳糖苷 > 六碳糖苷 > 七碳糖苷 > 糖醛酸苷 （空间位阻小） （大） 4． 2—氨基糖苷 < 2—羟基糖苷 < 2—去氧糖苷 < 2，3—去氧糖苷 （竞争性吸引质子） （无） （无） 5． 芳香族苷 > 脂肪族苷 （苷元供电性）
（二） 苷化位移
苷化位移：糖与苷元成苷后，苷元的α-C、β-C 和糖的端基碳的化学位移值均发生了改变， 这 种改变称为苷化位移(glycosidation shift，GS)， 苷化位移值与苷元的结构有关，与糖的种类关 系不大。
用途：苷化位移在推测糖与苷元、糖与糖的 连接位置、某些苷元被苷化碳的绝对构型和 碳氢信号归属上具有重要的作用。
卫生部规划教材——天然药物化学（第五版）
第二章 糖和苷
第一节 单糖的立体化学
一、概 述
单糖是多羟基醛或多羟基酮类化合 物，也是组成糖类及其衍生物的基本结 构单元。表示单糖结构式的方法有三种， 即Fischer投影式、Haworth投影式和优 势构象式。
基本概念：

绝对构型（D/L型） ：习惯上将单糖 Fischer 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；而Haworth式中则看那个不对称碳 原子上的取代基，向上的为D型，向下的 为L型。