卫生部规划教材：《天然药物化学》课程教学资源（讲义）糖和苷

目录 概述… 二、结构类型 ()糖的表示式 ( Fischer与 Haworth的转换及其相对构型 糖的绝对构型(D、L) 四环的构象 三、糖苷分类… ()糖匀体 1.常见单糖…… 2.氨基糖 3.糖醇 4.去氧糖 5.糖醛酸 (糖杂体 1.按苷原子不同分类 2.按苷元不同分类 3.按苷键 按端基碳构型分 3334456666777788899999 5.按连接单糖个数分 6.按糖链个数分 7.按生物体内存在分 四、糖和苷的物理性质 ()溶解性. (味觉 旋光性及其在构型测定中的应用 900 五、糖的化学性质 10 ()氧化反应 10 (糠醛形成反应( Molish反应) 12 羟基反应 1.醚化反应(甲基化) 13 2.酰化反应(酯化反应) 3.缩酮和缩醛化反应 四羰基反应 (h)硼酸络合反应 66

目 录 一、概述...........................................................................................................3 二、结构类型...................................................................................................3 ㈠糖的表示式.................................................................................................3 ㈡Fischer与Haworth的转换及其相对构型.......................................................4 ㈢糖的绝对构型（D、L）.............................................................................4 ㈣环的构象.....................................................................................................5 三、糖苷分类...................................................................................................6 ㈠糖匀体.........................................................................................................6 1．常见单糖............................................................................................................................ 6 2．氨基糖................................................................................................................................ 6 3．糖醇.................................................................................................................................... 7 4．去氧糖................................................................................................................................ 7 5．糖醛酸................................................................................................................................ 7 ㈡糖杂体.........................................................................................................7 1．按苷原子不同分类............................................................................................................ 8 2．按苷元不同分类................................................................................................................ 8 3．按苷键................................................................................................................................ 8 4．按端基碳构型分................................................................................................................ 9 5．按连接单糖个数分............................................................................................................ 9 6．按糖链个数分.................................................................................................................... 9 7．按生物体内存在分............................................................................................................ 9 四、糖和苷的物理性质...................................................................................9 ㈠溶解性.........................................................................................................9 ㈡味觉...........................................................................................................10 ㈢旋光性及其在构型测定中的应用..............................................................10 五、糖的化学性质.........................................................................................10 ㈠氧化反应...................................................................................................10 ㈡糠醛形成反应（Molish反应）..................................................................12 ㈢羟基反应...................................................................................................13 1．醚化反应（甲基化）...................................................................................................... 13 2．酰化反应（酯化反应）.................................................................................................. 14 3．缩酮和缩醛化反应.......................................................................................................... 14 ㈣羰基反应...................................................................................................16 ㈤硼酸络合反应............................................................................................16

六、苷键的裂解…… ()酸催化水解反应 乙酰解反应 7789 碱催化水解和B消除反应 四酶催化水解反应 20 ()氧化开裂法( Smith降解法)… 七、糖的提取分离...11 ()提取 (分离 21 1.活性炭柱色谱. 2.纤维素色谱 3.离子交换柱色谱.. 23 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 糖的提取分离实例. 八、糖的鉴定和糖链结构的测定. 222 ()糖的鉴定 26 1.纸层析 26 2.薄层层析 3.气相层析 4.离子交换层析 5.液相色谱 (糖链结构的测定 27 1.单糖的组成 2.单糖之间连接位置的决定 28 3.糖链连接顺序的决定 28 4.苷键构型的决定 1CNMR在糖链结构测定中的应用 第2页共31页

糖和苷 第 2 页 共31页 六、苷键的裂解.............................................................................................17 ㈠酸催化水解反应........................................................................................17 ㈡乙酰解反应...............................................................................................18 ㈢碱催化水解和Β消除反应..........................................................................19 ㈣酶催化水解反应........................................................................................20 ㈤氧化开裂法（Smith降解法）...................................................................20 七、糖的提取分离.........................................................................................21 ㈠提取...........................................................................................................21 ㈡分离...........................................................................................................21 1．活性炭柱色谱.................................................................................................................. 21 2．纤维素色谱...................................................................................................................... 23 3．离子交换柱色谱.............................................................................................................. 23 4．凝胶柱色谱...................................................................................................................... 23 5．季铵氢氧化物沉淀法...................................................................................................... 24 6．分级沉淀或分级溶解法.................................................................................................. 24 7．蛋白质除去法.................................................................................................................. 24 ㈢糖的提取分离实例....................................................................................25 八、糖的鉴定和糖链结构的测定.................................................................26 ㈠糖的鉴定...................................................................................................26 1．纸层析.............................................................................................................................. 26 2．薄层层析.......................................................................................................................... 26 3．气相层析.......................................................................................................................... 27 4．离子交换层析.................................................................................................................. 27 5．液相色谱.......................................................................................................................... 27 ㈡糖链结构的测定........................................................................................27 1．单糖的组成...................................................................................................................... 27 2．单糖之间连接位置的决定.............................................................................................. 28 3．糖链连接顺序的决定...................................................................................................... 28 4．苷键构型的决定.............................................................................................................. 28 5．13C-NMR在糖链结构测定中的应用.............................................................................. 29

糖和苷 糖和苷 概述 糖类又称碳水化合物( carbohydrates),是植物光合作用的初生产物,是 类最丰富的天然产物,其与人类关系极为密切,食用的蔗糖、粮食的主要成 分淀粉、棉布的棉纤维等。 糖类在中草药中分布十分广泛,常常占植物干重的80%90% 糖类与核酸、蛋自质、脂质一起合称生命活动所必需的四大类化合物。 从化学结构上看是多羟基内半缩醛(酮)及其缩聚物。 根据其分子水解反应的情况,可以分为单糖、低聚糖和多糖 1.单糖:不能水解的最简单的多羟基内半缩醛(酮) 如葡萄糖等。 2.低聚糖:水解后生成 四、……九个单糖分子的糖。 如:蔗糖(D-葡萄糖-D果糖) 麦芽糖(葡萄糖1→4葡萄糖) 3.多糖:水解后能生成多个单分子的,称为多糖。 如:淀粉、纤维素等 由一种单糖组成一一均多糖 由二种以上单糖组成—一杂多糖 苷——糖+非糖。如:黄酮苷、皂苷等 二、结构类型 ()糖的表示式 单糖是多羟基醛或酮。从三碳糖至八碳糖天然界都有存在。 以 Fischer式表示天然常见糖如下 CHO CHO CH2OH CHOH CH2OH D-木糖 L-鼠李糖 D葡萄糖 D果糖 五碳醛糖甲基五碳醛糖六碳醛糖 六碳酮糖 第3页共31页

糖和苷 第 3 页 共31页 糖和苷 一、概述 糖类又称碳水化合物（carbohydrates），是植物光合作用的初生产物，是 一类最丰富的天然产物，其与人类关系极为密切，食用的蔗糖、粮食的主要成 分淀粉、棉布的棉纤维等。 糖类在中草药中分布十分广泛，常常占植物干重的 80%~90%。 糖类与核酸、蛋白质、脂质一起合称生命活动所必需的四大类化合物。 从化学结构上看是多羟基内半缩醛（酮）及其缩聚物。 根据其分子水解反应的情况，可以分为单糖、低聚糖和多糖。 1．单糖：不能水解的最简单的多羟基内半缩醛（酮）。 如葡萄糖等。 2．低聚糖：水解后生成二、三、四、……九个单糖分子的糖。 如：蔗糖（D-葡萄糖-D 果糖） 麦芽糖（葡萄糖 1→4 葡萄糖） 3．多糖：水解后能生成多个单分子的，称为多糖。 如：淀粉、纤维素等 由一种单糖组成——均多糖 由二种以上单糖组成——杂多糖 苷——糖+非糖。如：黄酮苷、皂苷等。 二、结构类型 ㈠糖的表示式 单糖是多羟基醛或酮。从三碳糖至八碳糖天然界都有存在。 以 Fischer 式表示天然常见糖如下： CH2OH CHO CHO CH3 CHO CH2OH O CHO CH2OH D-木糖 L-鼠李糖 D-葡萄糖 D-果糖 五碳醛糖 甲基五碳醛糖 六碳醛糖 六碳酮糖

糖和苷 单糖在水溶液中形成半缩醛环状结构,即成呋喃糖和吡喃糖。 具有六元环结构的糖——吡喃糖( pyranose) 具有五元环结构的糖一—呋喃糖( furanose) 单糖处于环状结构时,可用 Haworth式表示 如:葡萄糖 CHO CHOH D葡萄糖 (糖处游离状态时用 Fischer式表示,苷化后成环用 Haworth式表示) Fischer与 Haworth的转换及其相对构型 异侧 同侧 CH2OH CHOH CHOH D-葡萄糖 同侧 异侧 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( anomer)有α、β二种构型。 从 Fischer式看(C1与Cs的相对构型) C1-OH与原C(六碳糖)或C4(五碳糖)-OH,顺式为α,反式为β 从 Haworth式看 C1-OH与C5(或C4)上取代基之间的关系:同侧为β,异侧为a。 白糖的绝对构型(D、L) 以α-OH甘油醛为标准,将单糖分子的编号最大的不对称碳原子的构型与 第4页共31页

糖和苷 第 4 页 共31页 单糖在水溶液中形成半缩醛环状结构，即成呋喃糖和吡喃糖。 具有六元环结构的糖——吡喃糖（pyranose） 具有五元环结构的糖——呋喃糖（furanose） 单糖处于环状结构时，可用 Haworth 式表示。 如：葡萄糖 （糖处游离状态时用 Fischer 式表示，苷化后成环用 Haworth 式表示） ㈡Fischer 与 Haworth 的转换及其相对构型 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（anomer）有α、β二种构型。 从 Fischer 式看（C1与 C5的相对构型） C1-OH 与原 C5（六碳糖）或 C4（五碳糖）-OH，顺式为α，反式为β。 从 Haworth 式看 C1-OH 与 C5（或 C4）上取代基之间的关系：同侧为β，异侧为α。 ㈢糖的绝对构型（D、L） 以α-OH 甘油醛为标准，将单糖分子的编号最大的不对称碳原子的构型与 CHO CH2OH O D-葡萄糖 ~ CHO CH2OH O O C CH2OH HO H O C CH2OH OH H O D-葡萄糖 异侧 同侧 β α 异侧 同侧

糖和苷 甘油醛作比较而命名分子构型的方法。 CHO CHO H—c-H Ho一c—H CH OH CH2OH a-OH甘油醛 Fischer式中最后第二个碳原子上OH向右的为D型,向左的为L型 Haworth式中C5向上为D型,向下为L型 CHO CHO CHO CHOH CH CHOH D-葡萄糖 D型a-OH甘油醛 L-鼠李糖 β-D-葡萄糖 a-L-鼠李糖 四环的构象 呋喃糖五元环接近在同一平面上。唯醛糖的C3、酮糖的C4超出平面0.5A, 几乎是固定的结构。 呋喃糖六元环有船式和椅式构象,在溶液或固体状态是都是椅式构象,不 是C1便是1C。C表示椅式( chair form)] C1式 lC式 第5页共31页

糖和苷 第 5 页 共31页 甘油醛作比较而命名分子构型的方法。 Fischer 式中最后第二个碳原子上-OH 向右的为 D 型，向左的为 L 型。 Haworth 式中 C5向上为 D 型，向下为 L 型。 ㈣环的构象 呋喃糖五元环接近在同一平面上。唯醛糖的 C3、酮糖的 C4超出平面 0.5A， 几乎是固定的结构。 呋喃糖六元环有船式和椅式构象，在溶液或固体状态是都是椅式构象，不 是 C1 便是 1C。[C 表示椅式（chair form）]。 C CH2OH H OH CHO C CH2OH HO H CHO α-OH甘油醛 D 型 L 型 O C CH2OH H OH CHO CHO CH2OH CHO CH3 CH3 O D-葡萄糖 D 型 α-OH甘油醛 L-鼠李糖 β-D-葡萄糖 α-L-鼠李糖 O O O 1 3 2 4 (2) (4) (3) (5) O O C1式 1C式 1 2 3 4 5 1 2 4 3 5

以C2、C3、C5、O四个原子构成的平面为准,C4处面上,C1处面下的标 为<C1,简称C1,反之IC4简称1C Angyal用总自由能来分析构象式的稳定性,比较二种构象式的总自由能 差值,能量低的是优势构象。 如:葡萄糖的二种构象式的比较: Cl式 β-D-葡萄糖 1C式 糖苷分类 ()糖匀体 指均由糖组成的物质。如单糖、低聚糖、多糖等。 1.常见单糖 CHO CHO CHOH D-葡萄糖 D半乳糖 L-鼠李糖 CHO CHO 呋喃 CHO 当构成二糖或多糖时 a CHOH CHOH CHOH OH吡喃 D-甘露糖 D-木糖 D-果糖 当游离存在时 2.氨基糖 是指单糖的伯或仲醇基置换成氨基的糖类。 第6页共31页

糖和苷 第 6 页 共31页 以 C2、C3、C5、O 四个原子构成的平面为准，C4处面上，C1 处面下的标 为 4C1，简称 C1，反之 1C4简称 1C。 Angyal 用总自由能来分析构象式的稳定性，比较二种构象式的总自由能 差值，能量低的是优势构象。 如：葡萄糖的二种构象式的比较： 三、糖苷分类 ㈠糖匀体 指均由糖组成的物质。如单糖、低聚糖、多糖等。 1．常见单糖 2．氨基糖 是指单糖的伯或仲醇基置换成氨基的糖类。 O O O C1式 β-D-葡萄糖 1C式 O CHO CH2OH CHO CH3 CH3 O CHO CH2OH O CHO CH2OH O CHO CH2OH O O O CHO CH2OH O R1 R2 O R1 R2 -OH -OH D-葡萄糖 L-鼠李糖 β α β α β α β α D-半乳糖 D-甘露糖 β α D-木糖 D-果糖 β α β α 当构成二糖或多糖时 呋喃 当游离存在时 吡喃

糖和苷 2-氨基-2-去氧- glucose 3.糖醇 单糖的醛或酮基还原成羟基后所得的多元醇称糖醇 HOH CH OH D-山梨醇 4.去氧糖 单糖分子的一个或二个羟基为氢原子代替的糖叫去氧糖。 CHO 通常在C2上无OH,强心苷中较多见 CH D-毛地黄毒糖 (2,6-二去氧糖) 5.糖醛酸 单糖分子中伯醇基氧化成羧基的化合物 C5-OH氧化成酸 a-D-葡萄糖醛酸 白糖杂体 糖与非糖组成的化合物 第7页共31页

糖和苷 第 7 页 共31页 3．糖醇 单糖的醛或酮基还原成羟基后所得的多元醇称糖醇。 4．去氧糖 单糖分子的一个或二个羟基为氢原子代替的糖叫去氧糖。 通常在 C2上无-OH，强心苷中较多见。 5．糖醛酸 单糖分子中伯醇基氧化成羧基的化合物。 ㈡糖杂体 糖与非糖组成的化合物。 O OH O NH2 OH NH3 2-氨基-2-去氧-D-glucose CH2OH CH2OH D-山梨醇 CH2 CHO CH3 D-毛地黄毒糖 （2,6-二去氧糖） O O COOH α C5-OH氧化成酸 - D-葡萄糖醛酸

苷的分类 苷原子(氧苷) 1.按苷原子不同分类 苷元一O一糖 (1)氧苷 如:红景天苷 红景天苷 腺苷 (2)氮苷:如腺苷。 (3)硫苷:如萝卜苷, 萝卜苷 牡荆素 (4)碳苷:如牡荆素 2.按苷元不同分类 如:黄酮苷、蒽醌、香豆素、强心苷、皂苷等 3.按苷键 (1)醇苷:是通过醇羟基与糖端基羟基脱水而成的苷。如红景天苷 (2)酚苷:是通过酚羟基而成的苷。如天麻苷。 H 天麻苷 山慈菇苷A R=H野樱苷 R=β-D-gc苦杏仁苷 (3)酯苷:苷元以COOH和糖的端基碳相连接的是酯苷。如山慈菇苷A。 (4)氰苷:是指一类α羟腈的苷。如野樱苷。 第8页共31页

糖和苷 第 8 页 共31页 苷的分类： 1．按苷原子不同分类 ⑴氧苷 如：红景天苷 ⑵氮苷：如腺苷。 ⑶硫苷：如萝卜苷。 ⑷碳苷：如牡荆素。 2．按苷元不同分类 如：黄酮苷、蒽醌、香豆素、强心苷、皂苷等。 3．按苷键 ⑴醇苷：是通过醇羟基与糖端基羟基脱水而成的苷。如红景天苷。 ⑵酚苷：是通过酚羟基而成的苷。如天麻苷。 ⑶酯苷：苷元以-COOH 和糖的端基碳相连接的是酯苷。如山慈菇苷 A。 ⑷氰苷：是指一类α羟腈的苷。如野樱苷。 苷元 O 糖 苷原子（氧苷） O O OH O N N N N NH2 红景天苷 腺苷 O S N-OSO3 S O O glc HO OH O OH 牡荆素 - 萝卜苷 CH2OH O glc O O O CH2OH O OR O C NC H 野樱苷 β 苦杏仁苷 天麻苷 山慈菇苷A R=H R= -D-glc

4.按端基碳构型分 a苷,多为L型; β苷,多为D型。 5.按连接单糖个数分 1个糖——单糖苷 2个糖一—双糖苷 3个糖—一叁糖苷 6.按糖链个数分 1个位置成苷—单糖链 2个位置成苷—双糖链 7.按生物体内存在分 原级苷—一在植物体内原存在的苷 次级苷一一原级苷水解掉一个糖或结构发生改变。例 苦杏仁酶 GIc 苦杏仁苷 野樱苷 四、糖和苷的物理性质 (-)溶解性 糖——小分子极性大,水溶性好,随着聚合度增高,水溶性下降。 多糖难溶于冷水,或溶于热水成胶体溶液。 单糖极性>双糖极性 (与羟基和碳的分担比有关,即按-OHC的分担情况而定) 苷一一亲水性(其大小与连接糖的数目、位置有关)。 苷元一—为亲脂性。 第9页共31页

糖和苷 第 9 页 共31页 4．按端基碳构型分 α苷，多为 L 型； β苷，多为 D 型。 5．按连接单糖个数分 1 个糖——单糖苷 2 个糖——双糖苷 3 个糖——叁糖苷 6．按糖链个数分 1 个位置成苷——单糖链 2 个位置成苷——双糖链 7．按生物体内存在分 原级苷——在植物体内原存在的苷； 次级苷——原级苷水解掉一个糖或结构发生改变。例： 四、糖和苷的物理性质 ㈠溶解性 糖——小分子极性大，水溶性好，随着聚合度增高，水溶性下降。 多糖难溶于冷水，或溶于热水成胶体溶液。 单糖极性 > 双糖极性 （与羟基和碳的分担比有关，即按-OH/C 的分担情况而定） 苷——亲水性（其大小与连接糖的数目、位置有关）。 苷元——为亲脂性。 O O C NC H O O O C C H O N 苦杏仁苷 野樱苷 + Glc 苦杏仁酶

糖和苷 味觉 ①单糖~低聚糖一一甜味。 ②多糖——无甜味(随着糖的聚合度增高,则甜味减小) ③苷类——苦(人参皂苷)、甜(甜菊苷)等 白旋光性及其在构型测定中的应用 具有多个不对称碳原子——用于苷键构型的测定(即α、β苷键)。 多数苷类呈左旋 利用旋光性→测定苷键构型方法 Kwn法:将苷和苷元的分子旋光差与组成该苷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。 例:有一苷[Mb=-273.03(G代表苷),知是豆甾醇的葡萄糖苷,苷元豆 甾醇[M=210.04(A代表苷元),求苷的构型? (已知:葡萄糖甲苷α=+308.6β=66.4) 解:[M]PM]=△[M]=-27303(-21004)=6299 与题给出的β型-664接近,故该苷构型为β型。 五、糖的化学性质 糖的化学性质在普通有机化学中已有所涉及,下面介绍的主要是一些与糖 的分离和结构测定密切相关的化学反应。 ()氧化反应 单糖的分子有醛(酮)、伯醇、仲醇和邻二醇等结构,氧化条件不同其产 物也不同,如: COOH) CHO COOH Br2/H2O HOH CHOH CooH 2o 伯醇R♀OH 醛 羧酸 HO 仲醇 第10页共31页

糖和苷 第 10 页 共31页 ㈡味觉 ①单糖~低聚糖——甜味。 ②多糖——无甜味（随着糖的聚合度增高，则甜味减小）。 ③苷类——苦（人参皂苷）、甜（甜菊苷）等。 ㈢旋光性及其在构型测定中的应用 具有多个不对称碳原子——用于苷键构型的测定（即α、β苷键）。 多数苷类呈左旋。 利用旋光性 → 测定苷键构型方法 Klyne 法：将苷和苷元的分子旋光差与组成该苷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。 例：有一苷 =-273.03（G 代表苷），知是豆甾醇的葡萄糖苷，苷元豆 甾醇[M]A=-210.04（A 代表苷元），求苷的构型？ （已知：葡萄糖甲苷α=+308.6 β=-66.4） 解：[M]G-[M]A=△[M]=-273.03-(-210.04)=-62.99° 与题给出的β型-66.4 接近，故该苷构型为β型。 五、糖的化学性质 糖的化学性质在普通有机化学中已有所涉及，下面介绍的主要是一些与糖 的分离和结构测定密切相关的化学反应。 ㈠氧化反应 单糖的分子有醛（酮）、伯醇、仲醇和邻二醇等结构，氧化条件不同其产 物也不同，如： G M D [ ] CH2OH CHO CH2OH COOH COOH COOH Br2 / H2O 稀 HNO3 R C OH H H R C OH H OH R C O H R C O OH R' C H R OH R' C OH R OH R C O R' [O] - H2O [O] [O] - H2O 伯醇 醛 羧酸 仲醇 酮