糖和苷類化合物課件

中藥化學(xué)

糖和苷類化合物李霄副教授lx045102@163.com

第2章糖和苷類化合物第1節(jié)糖類化合物第2節(jié)苷類化合物第3節(jié)糖和苷的提取與分離第4節(jié)糖和苷的結(jié)構(gòu)研究

掌握：1.糖類化合物的概念、分類、單糖結(jié)構(gòu)2.苷類化合物的概念、結(jié)構(gòu)、分類3.苷類化合物的酸水解規(guī)律第1節(jié)糖類化合物一概述

糖類化合物是多羥基醛或酮及其聚縮物和衍生物,又稱碳水化合物。多數(shù)情況下，通式為Cx（H2O）Y。糖類化合物可分為三類：

單糖：不能被水解的、糖類化合物的最小單位，如葡萄糖、半乳糖等

低聚糖：由2~9個單糖通過糖苷鍵聚合而成，能被水解成相應(yīng)數(shù)目單糖，又稱寡糖。如蔗糖（D-葡萄糖-D-果糖）

多糖：由10個以上的單糖通過糖苷鍵聚合而成，通常是由幾百甚至幾千個單糖組成的高分子化合物，能被水解為多個單糖。性質(zhì)不同于單糖和低聚糖，又稱多糖。

Haworth

Fischer葡萄糖(分子式：C6H12O6)Haworth葡萄糖的構(gòu)象式-D-吡喃葡萄糖-D-吡喃葡萄糖(1)(2)(3)(4)穩(wěn)定性（1）>（3）>（4）>（2），所以，混合物中-D-吡喃葡萄糖多二、糖類的結(jié)構(gòu)與分類1.常見單糖及衍生物既有游離態(tài)，又有結(jié)合態(tài)，從三碳糖到八碳碳糖都在自然界存在。最常見的為五碳（戊）糖和六碳（己）糖。單糖的衍生物以糖醇和糖醛酸較為常見。2.特殊單糖及衍生物

2位，6位失去氧的糖，稱之為2,6-二去氧糖，主要存在于強心苷等成分中，如洋地黃毒糖。單糖的伯或仲羥基被置換為氨基的，稱之為氨基糖，這類糖常存在于動物或菌類中。有分支糖鏈的糖也被發(fā)現(xiàn)，如D-芹糖。（一）單糖3單糖的構(gòu)型

在水溶液中，單糖形成半縮醛環(huán)狀結(jié)構(gòu)，常被稱之為呋喃糖和吡喃糖。新形成的一個不對稱碳原子被稱之為端基碳原子。3.1絕對構(gòu)型編號最大的手性碳原子（多為倒數(shù)第二個碳原子）的構(gòu)型定位糖的構(gòu)型

Fisher式：羥基向右為D型，羥基向左為L型。

Haworh式：六碳糖C5（五碳糖C4）取代基向上為D型，取代基向下為L型。3.2相對構(gòu)型

Haworh式：當(dāng)C1羥基與六碳糖C5（五碳糖C4）上取代基在環(huán)的同羥基與取代基同側(cè)為β型，異側(cè)為α型

α-D-糖β-D-糖α-L-糖β-L-糖常見的單糖木糖(xyl)、阿拉伯糖(ara)、核糖(rib)、鼠李糖(rha)、甘露糖(man)、半乳糖(gal)、果糖(fru)可分為二糖、三糖、四糖等。二糖最多見。常見的二糖：蔗糖、蕓香糖、新橙皮糖三糖、四糖（二）低聚糖水不溶性的：主要形成動植物的支持組織，分子呈直糖鏈型。如：纖維素，甲殼素等。水溶性的：溶于熱水成膠體溶液，為動植物儲藏養(yǎng)料。借酶水解釋放單糖，有直鏈型，多為支鏈型。如動植物體內(nèi)儲存的營養(yǎng)物質(zhì)：淀粉、菊糖、粘液質(zhì)、果膠、樹膠等；及植物的一次代謝產(chǎn)物如：人參多糖、黃芪多糖等。基本概念均多糖：由同一種單糖組成。雜多糖：由二種以上單糖組成。（三）多聚糖多糖果聚糖粘液質(zhì)淀粉肝素茯苓多糖豬苓多糖靈芝多糖纖維素植物多糖動物多糖甲殼素樹膠透明質(zhì)酸硫酸軟骨素菌類多糖植物多糖：纖維素，淀粉，粘液質(zhì)淀粉的性質(zhì)水提醇沉：乙醇濃度75%~85%第2節(jié)苷類化合物一概述二苷類的結(jié)構(gòu)與分類三苷類的性質(zhì)四苷鍵的裂解反應(yīng)第2節(jié)苷類化合物一、概述1.定義：糖或糖的衍生物與另一非糖物質(zhì)（稱苷元或配基）通過糖的端基碳連接而成的化合物稱為苷類化合物。

所以，可以簡單的寫成：糖+苷元=苷類苷的共性在于糖，因苷元各異，所以性質(zhì)也各異。自然界存在的苷，D-糖形成的常是β-苷，L-糖形成的常是α-苷。二、苷類的結(jié)構(gòu)與分類（一）苷類的結(jié)構(gòu)連接苷元與糖之間的化學(xué)鍵稱為苷鍵。苷元上形成苷鍵以連接糖的原子稱為苷鍵原子。（二）苷類的分類按苷元：黃酮苷、蒽醌苷。按在植物體內(nèi)的存在狀態(tài)：原生苷、次生苷。按連接糖基的數(shù)目：單糖苷、二糖苷。按連接糖鏈的數(shù)目：單糖鏈苷、雙糖鏈苷。

按苷鍵原子：O-苷、S-苷、N-苷、C-苷。按來源：人參皂苷、甘草皂苷。苷氮苷硫苷氰苷酯苷酚苷醇苷氧苷碳苷1.氧苷數(shù)量最多，最常見，根據(jù)形成苷鍵的苷元羥基類型不同，分為醇苷、酚苷、酯苷和氰苷，其中醇苷和酚苷最多，酯苷最少。

醇苷：是由苷元醇羥基與糖端基羥基脫水縮合而成。其中，強心苷和皂苷是醇苷中重要類型。酚苷：是由苷元酚羥基與糖分子端基羥基脫水縮合而成。（自然界中以酚苷為多）醇苷酚苷氰苷：主要指具有α-羥基腈的苷元與糖組成的氧苷。具有水溶性，不宜結(jié)晶，易水解。經(jīng)酶或稀酸水解生成的苷元不穩(wěn)定，立即分解為醛（酮）和氫氰酸。氰苷酯苷苷元的羧基和糖的半羧醛羥基脫水而成。兼具羧醛和酯的性質(zhì)。易為稀酸和稀堿水解。在三萜皂苷中較多見。山慈姑苷：抗霉菌的活性成分，水解后，立即生成山慈姑內(nèi)酯。吲哚苷苷元具有吲哚母核，苷元吲哚醇中的羥基與糖形成的苷。大青葉中的靛苷：是靛藍和靛玉紅（治療白血?。┑那绑w成分存在于大青葉中。酯苷吲哚苷2硫苷是由苷元上巰基與糖分子端基羥基脫水縮合而成。水解（酶解）后，苷元多變成異硫氰酸的酯類，有特殊氣味。此類成分多存在于十字花科植物中。3氮苷是由苷元上氮原子與糖分子的端基碳直接相連而成。核苷酸就是氮苷。巴豆苷水解后的苷元（巴豆毒素）有毒。4碳苷苷元的碳原子與糖分子的端基碳直接連接而成。碳苷難水解，單糖碳苷水溶性小。苷元多為黃酮、蒽醌，尤其是黃酮碳苷多見。三、苷類的性質(zhì)（一）性狀

1形：均為固體，小分子連糖少的多具完整晶形，大分子連糖多的多為無定形粉末。即連糖越多，越難結(jié)晶，并有吸濕性。

2色：取決于苷元部分共軛體系的大小和助色團的存在與否，大多數(shù)無色，特征性同類苷元的顏色多類似。

3味：無味的居多，另有甜味、苦味的成分。有些還有粘膜刺激作用，如皂苷、強心苷。（二）溶解性由于苷類結(jié)構(gòu)中含有糖，故大多數(shù)的苷有一定的水溶性，且可溶于極性較大的有機溶劑如甲醇、乙醇、正丁醇中，而難溶于親脂性有機溶劑如石油醚、苯、氯仿中。苷元上極性基團少或糖基數(shù)目少的苷類脂溶性大。反之，苷元上極性基團多或糖基數(shù)目多的苷類水溶性大。碳苷無論在水中還是在有機溶劑中，溶解度都小。（三）旋光性

1苷：多為左旋

2糖：多為右旋

3糖和苷的混合物：多為右旋（四）苷的檢識反應(yīng)α-奈酚-濃硫酸試劑（Molish試劑）反應(yīng)苷（多糖、糖）在濃硫酸作用下水解、脫水后與α-萘酚縮合成紫紅色物質(zhì)陽性：生成紫紅色物質(zhì)苯胺鹽類試劑反應(yīng)：糖類在強酸作用下形成的糠醛衍生物，其與鄰苯二甲酸-苯胺、二苯胺等苯胺鹽試劑反應(yīng)生成縮合物而顯色。陽性：生成棕色縮合物

（四）苷的檢識反應(yīng)1.糠醛形成反應(yīng)：苷在濃硫酸作用下，先水解形成單糖，再脫水形成糠醛衍生物，其與多元酚或芳香胺類縮合成有色物質(zhì)。區(qū)別苷還是糖的糠醛反應(yīng)的方法:用正丁醇萃取，萃取液中為苷類成分，糖很難進入正丁醇中，此時反應(yīng)陽性說明含有苷類。碳苷和糖醛酸的糠醛反應(yīng)呈陰性。①Molish（α-萘酚-濃硫酸）反應(yīng)：苷、多糖、糖在濃硫酸作用下水解、脫水后與α-萘酚縮合成紫紅色物質(zhì)。②苯胺鹽類試劑反應(yīng)：糖類在強酸作用下形成的糠醛衍生物，其與鄰苯二甲酸-苯胺、二苯胺等苯胺鹽試劑反應(yīng)生成縮合物而顯色。2氧化反應(yīng)：樣品與菲林試劑或多倫試劑反應(yīng)呈陽性，說明存在還原糖，而非還原糖與苷類呈陰性。樣品酸水解后再進行菲林試劑或多倫試劑反應(yīng)，如果陽性說明存在苷類或多糖類。①Fehling（堿性酒石酸酮）反應(yīng)：凡是含有還原糖的結(jié)構(gòu)均有此反應(yīng)，產(chǎn)生紅色沉淀的氧化亞銅。②Toller（氨性硝酸銀）反應(yīng)：凡是含有還原糖的結(jié)構(gòu)均有此反應(yīng)，生成銀沉淀。四、苷鍵的裂解反應(yīng)

苷鍵的裂解研究有助于了解苷元的結(jié)構(gòu)、糖的種類和組成，確定苷元與糖、糖與糖之間的連接方式。苷鍵裂解的方法有：酸水解、酶水解、堿水解和氧化裂解法（一）酸催化水解：在水或稀醇中，苷鍵易被稀酸催化水解，常用的酸有鹽酸、硫酸、乙酸和甲酸。反應(yīng)機理：苷鍵原子首先發(fā)生質(zhì)子化，質(zhì)子化后使苷鍵鍵力松弛，然后苷鍵斷裂生成苷元和糖的陽碳離子中間體，在水中陽碳離子經(jīng)溶劑化，再脫去氫離子而形成糖分子。其難易程度與苷鍵原子的質(zhì)子化（堿度），即苷鍵原子接受氫質(zhì)子的難易。苷鍵原子周圍的電子云密度越高，空間位阻越小，氫質(zhì)子越易接近，苷鍵原子越易質(zhì)子化，就越有利于水解的進行。

1.按苷鍵原子不同：氮苷>氧苷>硫苷>碳苷，氮上電子云最豐富，易接受質(zhì)子，故最易水解。而碳上無未共用電子對，不能質(zhì)子化，很難水解，除非用劇烈條件。

2.按苷上糖的種類不同：

①：呋喃糖苷>吡喃糖苷，五元呋喃環(huán)的平面性使環(huán)上各取代基處于重疊位置，張力較大，形成水解中間體可使張力減小，有利于水解。②：酮糖苷>醛糖苷，因為酮糖大多數(shù)為呋喃糖。③：五碳糖苷>甲基五碳糖苷>六碳糖苷>七碳糖苷>糖醛酸苷，因為吡喃環(huán)C5上的取代基越大，越難于水解。④：2,6-二去氧糖苷>2-去氧糖苷>6-去氧糖苷>2-羥基糖苷>2-氨基糖苷，苷鍵原子鄰近吸電子基的誘導(dǎo)效應(yīng)，使苷鍵原子上電子云密度降低質(zhì)子化困難。3按苷元的種類不同：①：芳香苷>脂肪苷。②：小基團苷元：e鍵>a鍵，因為e鍵暴露在外。③：大基團苷元：a鍵>e鍵，因為a鍵不穩(wěn)定。④：氮苷中苷元：當(dāng)N處于苷元中酰胺N或嘧啶N位置，難水解。（二）堿催化水解

1一般的苷：苷鍵是縮醛形的醚鍵，對堿試劑穩(wěn)定

2酯苷和具有酯性質(zhì)的苷：可被堿水解。（三）酶催化水解：優(yōu)點：專屬性高，條件溫和，可獲得苷鍵構(gòu)型。麥芽糖酶：專使α-葡萄糖苷鍵水解，專屬性強。（四）氧化裂解：

Smith降解法是常用的氧化裂解法。其特點是作用緩和，具有較高的選擇性，氧化裂解的對象為具有鄰二醇或α-氨基醇的結(jié)構(gòu)。第三節(jié)糖和苷的提取分離一、糖和苷的提取二、糖和苷的分離與精致（一）糖的提取1.易溶于冷水及乙醇的糖單糖、雙糖、三糖、四糖及多元醇。2.易溶于冷水而不溶于乙醇的糖果膠、阿拉伯聚糖等類膠樣物質(zhì)，常以鈣或鎂鹽形式存在于植物中。3.易溶于熱水而難溶于冷水，不溶于乙醇者黏液質(zhì)、樹膠、木聚糖、菊淀粉、肝糖原。4.多糖的提?。ǘ┸盏奶崛「拍睿涸?、次生苷、苷元(1)提取原生苷，要控制酶的活性，防止原生苷被酶解。常用方法為甲醇、乙醇或沸水提??；在原料藥材中拌入一定量的無機鹽，如碳酸鈣、硫酸銨等；新鮮植物快速低溫干燥

(2)提取次生苷，要利用酶的活性，促進苷酶解?？稍诔睗駹顟B(tài)下，30～40℃保溫（酶活性最強）數(shù)天，也俗稱發(fā)酵法。(3)提取苷元，使苷鍵斷裂時，特別要注意保持苷元的完整。一般用可采用乙酰解、酶解及氧化裂解法等。難水解的苷類用酸水解時，可以采用二相水解法，即在酸水中加入有機溶劑（不與水混溶），時水解后的苷元立即溶于有機溶劑中，避免了苷元與酸長時間的接觸。系統(tǒng)溶劑提取法提取苷類成分石油醚提取物乙醚或氯仿提取物乙酸乙酯提取物正丁醇提取物中藥粗粉濃縮物石油醚提取殘留物乙醚或氯仿提?。ㄜ赵糠郑┮宜嵋阴ヌ崛。▎翁擒栈蚝禽^少的苷）藥渣70%～80%的乙醇溶液提取，過濾乙醇提取液減壓回收乙醇殘留物殘留物殘留物（油脂、蠟等）（含糖較多的苷）二、糖和苷的分離與精制（一）糖的分離與精制（二）苷的分離與精制（一）糖的分離與精制糖的分離與精制：除蛋白、脫色、分離和純化1.除蛋白：

(1)Sevag法（氯仿-正丁醇4:1）、三氟三氯乙烷法，多用于微生物多糖。

(2)三氯乙酸法，多用于植物多糖。2.脫色：

(1)離子交換法，不僅可以脫色，而且可以進行多糖的分離。

(2)氧化法，如雙氧水法，濃度不宜過高，低溫進行，防止多糖降解。

(3)金屬絡(luò)合法，如加入菲林試劑，可同時除去蛋白和色素。

(4)吸附法（纖維素、硅藻土、高嶺土、活性炭等）。3.分離和純化：

(1)分級沉淀法：提取濃縮液加入2～4倍量的乙醇，多糖可以沉淀析出，其他雜質(zhì)留在溶液中?？梢砸淮渭尤?，也可分次加入用于防止雜質(zhì)包裹到多糖中，還可以梯度增加醇濃度。

(2)超速離心法：

(3)膜分離法：常用透析或超濾法，透析用于除去小分子雜質(zhì)和離子化合物。超濾法用于按分子大小分離多糖。這是多糖分離純化的一種常用方法

(4)分子篩分離法：葡聚糖凝膠(SephadexG)；瓊脂糖凝膠(Sepharose,Bio-gelA)；聚丙烯酰胺凝膠(Bio-gelp)常用。

(5)纖維素色譜法：色譜性質(zhì)和紙色譜相似，溶劑系統(tǒng)可用水、稀乙醇、稀丙酮、水飽和正丁醇或異丙醇等。對于酸性多糖，系統(tǒng)中應(yīng)加入適量乙酸（甲酸）防止拖尾。

（二）苷的分離與精制(1)溶劑法：

醇提水沉法：乙醇提取物，濃縮后加熱水?dāng)嚢杌蚣铀蠓?，熱過濾，除去不溶于熱水的脂溶性成分。濾液放冷，可以使不易溶于冷水的苷類沉淀結(jié)晶出來。

酸堿溶劑法：酸性苷類可用堿水提取，再于提取液中加入酸，析出沉淀。

極性溶劑法：提取物溶于少量醇，再滴加丙