中药化学 第三章 糖和苷类化合物
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② 酚苷 苷元分子中的酚性羟基与糖脱水而成的苷。
③ 酯苷 苷元中羧基与糖缩合而成的苷,其苷键既有缩 醛性质又有酯的性质,易为稀酸和稀碱所水解。如山慈菇 苷A和B(是山慈菇中抗霉菌的活性成分)被水解后,苷元 立即环合生成山慈菇内酯A和B。
④ 吲哚苷:靛苷,苷元为吲哚醇。 ⑤ 氰苷 氰苷主要是指一类具有α-羟基腈的苷,数目不多,但 分布广泛。这种苷易水解,尤其是在有稀酸和酶催化时水 解更快,生成的苷元α-羟腈很不稳定,立即分解为醛(酮 )和氢氰酸;而在浓酸作用下,苷元中的-CN基易氧化成COOH基,并产生NH4+;在碱性条件下,苷元容易发生异 构化而生成α-羟基羧酸盐。 苦杏仁苷(amygdalin)存在于杏的种子中,具有α 羟基腈结构,属于氰苷类(cyanogenic glycosides)。苦杏 仁苷在人体内会缓慢分解生成不稳定的α -羟基苯乙腈, 进而分解成为具有苦杏仁味的苯甲醛以及氢氰酸。小剂量 口服时,由于释放少量氢氰酸,对呼吸中枢产生抑制作用 而镇咳。大剂量口服时因氢氰酸能使延髓生命中枢先兴奋 而后麻痹,并能抑制酶的活性而阻断生物氧化链,从而引 起中毒,严重者甚至导致死亡。
2.其它分类方法 (1)按苷元的化学结构类型:分为香豆素苷、蒽醌苷、 黄酮苷、吲哚苷等。 ( 2 ) 按苷类 在 植 物体 内 的 存在 状 况:分 为 原生苷 ( primary glycosides原存在于植物体内),苷,称为次生苷( secondary glycosides原生苷水解失去一部分糖后生成的)。 如苦杏仁苷是原生苷,野樱苷是次生苷。 (3)按苷的生理作用分类:强心苷。 (4)按苷的特殊物理性质分类:皂苷。 (5)按糖的种类或名称分类:葡萄糖苷、木糖苷、去氧 糖苷等。 (6)按苷分子所含单糖的数目分类,可分为单糖苷、双 糖苷、三糖苷等。 (7)按苷分子中的糖链数目分类,可分为单糖链苷、双 糖链苷等。 (8)按其植物来源分类,例如人参皂苷、柴胡皂苷等。
二、苷类的结构与分类
(一)结构 1、苷键:苷中的苷元与糖之间的化学键称为苷键。 2、苷原子:苷元上形成苷键以连接糖的原子,称为苷键 原子,也称为苷原子。苷键原子通常是氧原子,也有硫原 子、氮原子;少数情况下,苷元碳原子上的氢与糖的半缩 醛羟基缩合,形成碳-碳直接相连的苷键。 3、苷的构型:由于单糖有α及β二种端基异构体,因此在 形成苷类时就有二种构型的苷,即α-苷和β-苷。在天然的 苷类中,由D-型糖衍生而成的苷多为β-苷,而由L-型糖衍 生而成的苷多为α-苷。 4、成苷的常见糖:主要是单糖,厂为D-葡萄糖、L-阿拉 伯糖、D-木糖、L-鼠李糖、D-甘露糖、D-半乳糖、D-果糖 、D-葡萄糖醛酸以及D-半乳糖醛酸等,也有去氧糖等其他 糖。
第二节 苷类化合物
一、 概述 1、含义:苷类(glycosides)是糖或糖的衍生物与另一 非糖物质通过糖的端基碳原子连接而成的一类化合物,又 称为配糖体 。苷中的非糖部分称为苷元 (genin)或配基( aglycone)。 2、植物分布:苷类的分布广泛,是普遍存在的天然产 物,由于苷元的结构类型不同,各种结构类型的苷类在植 物中的分布情况亦不一样。如黄酮苷在近200个科的植物中 都有分布;强心苷主要分布于玄参科、夹竹桃科等10多个 科。对多数中草药,根及根茎往往是苷类分布的一个重要 部位。 3、生物活性:苷类化合物多具有广泛的生物活性,如 天麻苷是天麻安神镇静的主要活性成分;三七皂苷是三七 活血化瘀的活性成分;强心苷有强心作用;黄酮苷有抗菌 、止咳、平喘、扩张冠状动脉血管等等作用。
(4) 碳苷 碳苷是一类糖基的端基碳原子直接与苷元碳 原子相连接而成的苷类化合物。组成碳苷的苷元多为黄酮 类、蒽醌类化合物等,其中以黄酮碳苷最为多见。碳苷类 具有水溶性小,难于水解的共同特性。 芦荟(Aloe)中的致泻有效成分之一芦荟苷(aloin) 是最早从中药中获得的蒽醌碳苷,具有不同旋光性和圆二 色性、并可相互转化的一对非对映体。
第三章 糖和苷类化合物
第一节 糖类化合物
一、概 述 1、糖的含义:糖(saccharides)是多羟基醛或多羟基 酮及其衍生物、聚合物的总称。糖的分子中含有碳、氢、 氧三种元素,大多数糖分子中氢和氧的比例是2:1,因此 ,具有Cx(H2O)y的通式,所以,糖又称为碳水化合物 (carbohydrates),但有的糖分子组成并不符合这个通式 ,如鼠李糖(rhamnose)为C6H12O5。 2、存在:在自然界中,糖的分布极广,无论是在植物 界还是动物界。糖可分布于植物的各个部位,植物的根、 茎、叶、花、果实、种子等大多含有葡萄糖、果糖 (fructose)、淀粉和纤维素(cellulose)等糖类物质。 3、主要生物活性:糖类化合物多具有抗肿瘤活性(香 菇多糖)或具有增强免疫功能(黄芪多糖)。
HO O OH HO HO
OH O O OH HO HO HO O COOCH HO
+
glc
野樱苷
HO
+
NH3 CN CH
野樱酶
+
glc
稀酸
COOH HO C H O
+
glc
H
C
+
HCN
(2) 硫苷 糖的半缩醛羟基与苷元上巯基缩合而成的苷称为硫苷。 (3) 氮苷 糖上的端基碳与苷元上氮原子相连接而成的苷称为氮 苷。氮苷在生物化学领域中是十分重要的物质,腺苷、鸟 苷、胞苷、尿苷、等是核酸的重要组成部分。另外,中药 巴豆中的巴豆苷(crotonside),其化学结构与腺苷相似。
三、苷类的性质 (一)物理性质 1、苷类均为固体,无定形粉末状物或结晶, 2、多具有吸湿性。 3、刺激性:有些苷类对粘膜具有刺激作用,如皂苷、强 心苷等。 4、苷类具有旋光性,多数苷呈左旋。苷类水解后由于生 成的糖是右旋的,因而使混合物呈右旋。 5、溶解性:(1)苷:在中药各类化学成分中,苷类属于 极性较大的物质,在甲醇、乙醇、含水正丁醇等极性大的 有机溶剂中有较大的溶解度,一般也能溶于水。苷的糖基 增多,极性增大,亲水性增强,在水中的溶解度也就增加 。在用不同极性的溶剂顺次提取中药时,除了挥发油部分 、石油醚部分等非极性部分外,在极性小、中等极性、极 性大的提取部分中都存在苷类的可能,但主要存在于极性 大的部位。碳苷的溶解性较为特殊,和一般苷类不同,无 论是在水还是在其它溶剂中,碳苷的溶解度一般都较小。 (2)苷元:易溶于亲脂性有机溶剂或不同浓度的醇。
(4)六碳酮糖:D-果糖(fructose,fru)
(5)糖醛酸:D-葡萄糖醛酸(D-glucuronic acid)、D半乳糖醛酸(D-galacturonic acid)等。
(6)糖醇:单糖的醛或酮基还原成羟基后所得到的多元 醇称糖醇。糖醇在天然界分布也很广,亦多有甜味。如卫 矛醇、D-甘露醇、D-山梨醇。 (7)其他: ①去氧塘:在单糖的2,6位失去氧,就成为2,6-二 去氧糖,主要存在于强心苷等成分中。 ②氨基糖:单糖的伯或仲羟基被置换为氨基,就成 为氨基糖。天然氨基糖存在于动物和菌类中较多。自然界 亦发现一些有分支碳链的糖,如D-芹糖。
(二)低聚糖 按组成低聚糖的单糖基数目,低聚糖分为二糖、三糖、 四糖等。常见的二糖有蔗糖、龙胆二糖(gentiobiose)、麦 芽 糖 ( maltose ) 、 芸 香 糖 ( rutinose ) 、 蚕 豆 糖 (vicianose)、槐糖(sophorose)等。
(三)多糖 多糖分子量较大,一般由几百个甚至几万个单糖分子组 成,已失去一般单糖的性质,一般无甜味,也无还原性。 由一种单糖组成的多糖为均多糖(homosaccharides),由 二种以上单糖组成的为杂多糖(heterosaccharides)。 1.植物多糖 (1)纤维素(cellulose) 由3000~5000分子的D-葡萄糖 通过1→4苷键以反向连接聚合而成的直链葡聚糖,分子结 构直线状,不易被稀酸或碱水解。
(2)淀粉(starch) 淀粉是葡萄糖的高聚物,淀粉在制 剂中常用作赋形剂,在工业上常用作生产葡萄糖的原料。 (3)粘液质(mucilage) 是植物种子、果实、根、茎和 海藻中存在的一类粘多糖。粘液质可溶于热水,冷后呈胶 冻状。 (4)树胶(gum) 树胶是植物在受伤害或毒菌类侵袭后 分泌的物质,干后呈半透明块状物。如中药没药内含64% 树胶,是由D-半乳糖(4份)、L-阿拉伯糖(1份)和4-甲 基-D-葡萄糖醛酸(3份)组成的酸性杂多糖。 2.菌类多糖 (1)猪苓多糖:能显著提高荷瘤小鼠巨噬细胞的吞噬能 力,促进抗体形成,是良好的免疫调节剂,具有抗肿瘤转 移和调节机体细胞免疫功能的作用。此外,对慢性肝炎也 有良好的疗效。 (2)茯苓多糖:本身无抗肿瘤活性,若切断其所含的 1β→6吡喃葡聚糖支链,成为单纯的1β→3葡聚糖(称为茯 苓次聚糖pachymaran)则具有显著的抗肿瘤作用。 (3)灵芝多糖
(二)化学性质
1、苷键的裂解 苷键具有缩醛结构,在稀酸或酶的作用下,苷键可发生 断裂,水解成为苷元和糖。通过苷键的裂解反应将有助于 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。苷键裂解的方法主要有酸水解、酶水 解、碱水解和氧化开裂等。 (1)酸催化水解 苷键易被稀酸催化水解,反应一般在水或稀醇中进行 ,所用的酸有盐酸、硫酸、乙酸和甲酸等。苷发生酸催化 水解反应的机理是:苷键原子首先发生质子化,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。下面以氧苷中的葡 萄糖苷为例,说明其反应历程。
(一)单糖 1、常见的单糖及其衍生物 (1)五碳醛糖:D-木糖(D-xylose,xyl)、L-阿拉伯糖 (L-arabinose,ara)。 (2)甲基五碳糖:L-夫糖(L-fucose,fuc)、D-鸡纳 糖(D-quinovose)、L-鼠李糖(L-rhamnose,rha)。
(3)六碳醛糖:D-葡萄糖(D-glucose,glc)、D-甘露 糖(D-mannose,man)、D-半乳糖(D-galactose,gal)。
在酸碱或酶的作用下,苦杏仁苷依不同的条件生成不 同的分解产物。 (要求掌握)
HO O OH HO HO HO HO OH O O O CN CH CN
稀酸
HO
CH
+
2 glc
杏仁腈
浓HCl
COOH
苦杏仁苷
苦杏仁苷酶
O HC
OH-
2 glc
+ HO
+
HCN
CH
+ NH4ClHO来自苯甲醛O O氢氰酸
CN CH
2、单糖的构型
(1)绝对构型:在哈沃斯(Haworth)式中,只要看六 碳吡喃糖的C5(五碳呋喃糖的C4)上取代基的取向,向上 的为D型,向下的为L型。 (2)相对构型:端基碳原子的相对构型α 或β 是指C1羟 基与六碳糖C5(五碳糖C4)取代基的相对关系,当C1羟基 与六碳糖C5(五碳糖C4)上取代基在环的同一侧为β 构型 ,在环的异侧为α 构型(以下糖结构式中的部分羟基未画 出)。
二、糖类的结构与分类
根据其能否水解和分子量的大小可分为:
单糖(monosaccharides) :不能再被简单地水解 成更小分子的糖。如葡萄糖、鼠李糖等。 低聚糖(oligosaccharides):由2~9个单糖聚合而 成,也称为寡糖。如蔗糖、麦芽糖等。 多糖(polysaccharides): 由10个以上的单糖聚合 而成,分子量很大。其性质也大大不同 于单糖和低聚糖。如淀粉、纤维素等。
(二)分类
1.按苷键原子分类 根据苷键原子的不同,苷类可以分为氧苷、硫苷、氮苷 和碳苷。 (1)氧苷 苷元通过氧原子和糖相连接而成的苷称为氧 苷。氧苷是数量最多、最常见的苷类。根据形成苷键的苷 元羟基类型不同,又分为醇苷、酚苷、酯苷和氰苷等,其 中以醇苷和酚苷居多,酯苷较少见。 ① 醇苷 是苷元的醇羟基与糖缩合而成的苷。
3.动物多糖 (1)肝素(heparin) 是一种含有硫酸酯的粘多糖,肝素 广泛分布于哺乳动物的内脏、肌肉和血液里,作为天然抗 凝血物质受到高度重视,国外用于预防血栓疾病,并已形 成了一种肝素疗法。 (2)甲壳素(chitin) 是组成甲壳类昆虫外壳的多糖, 不溶于水,对稀酸和碱稳定。甲壳素经浓碱处理,可得脱 乙酰甲壳素(chitosan)。甲壳素及脱乙酰甲壳素应用非常 广泛,可制成透析膜、超滤膜,用作药物的载体具有缓释 ,持效的优点,还可用于人造皮肤、人造血管、手术缝合 线等。