Natural Products Chemistry

1

Natural Products Chemistry

第三章第三章 糖和苷 (Saccharide and Glycoside)

2

[ 基本内容 ]常见的几种单糖的结构特征；糖的化学性质：过碘酸氧化、 Smith 降解、醚化 反应、酰化反应、缩酮和缩醛反应，以及硼酸 络合反应；苷键的裂解规律和特征；糖的核磁共振谱学特征：糖上的质子在 1H-NMR 谱及碳原子信号在 13C-NMR 上出现的大致位 置。根据 J 值判断多数糖苷端基碳原子构型。苷 化位移规律。

3

[ 基本要求 ] 掌握苷键的裂解规律和影响因素。 熟悉苷结构特征、分类和鉴别方法；及糖苷 的核磁性质和苷化位移规律。

4

第一节 单糖的立体化学第一节 单糖的立体化学第二节 糖和苷的分类第二节 糖和苷的分类第三节 糖的理化性质第三节 糖的理化性质第四节 苷键的裂解第四节 苷键的裂解第五节 提取分离第五节 提取分离第六节 糖的核磁共振性质第六节 糖的核磁共振性质第七节 糖链的结构测定第七节 糖链的结构测定

本 章 内 容本 章 内 容

5

单糖（ monosaccharide ）：糖的基本单位，又称碳水 化合物 (Carbohydrates), 为多羟基的醛（ p

olyhydroxylaldehyde) 或多羟基酮（ polyhydroxyketone ）。

为重要的一次代谢产物 . 具有醛基的单糖称为醛糖（ aldose ），具有酮基的单糖称为为酮糖（ ketose ）。

第一节 单糖的立体化学一 糖的定义

6

以 D- 葡萄糖（ D-glucose ）为例：CHO

OHH

HHO

OHH

OHH

CH2OH

Fischer 投影式

OHH

HHO

OHH

H

CH2OH

HO H

O

OCH2OH

OH

H

H

OH

OH

H

H

OH

Haworth 式

O

Haworth 简式

O

优势构象式

第一节 单糖的立体化学

单糖的表示方法： Fischer 、 Haworth 、优势构象式二 糖的表示方法

7

最早系统反应单糖立体结构的为 Fischer 投影式

D 、 L- 甘油醛 规则：碳主链竖直放置，醛基（羰基）位于顶端，羟甲基位于底端，链上中间碳上的取代基水平放置两端。投影式中，水平键朝向平面前，竖直健位于平面后。

第一节 单糖的立体化学

8

部分单糖的 Fischer 投影式如下：

D －木糖 D －果糖 D －葡萄糖 L－鼠李糖D-xylose D-fructose D-glucose L-rhamnose

第一节 单糖的立体化学

9

D-glucose

第一节 单糖的立体化学

10

第一节 单糖的立体化学三 糖的氧环

D- 葡萄糖

β-D- 萄萄呋喃糖 α -D- 萄萄呋喃糖

β-D- 萄萄吡喃糖 α -D- 萄萄吡喃糖

五元氧环—呋喃环

六元氧环—吡喃环

CHO

OH

HOOH

CH2OH

OH

O OH

OH

OHOH

OH O

OH

OH

OH

OH

OH

OOH

OH

OH

CH2OHOH

O

OH

OH

CH2OHOH

OH

单糖在水溶液中形成半缩醛环状结构

11

第一节 单糖的立体化学四 糖的绝对构型 习惯上将单糖的最后一个手性碳原子（距离羰基最远的手性碳）的构型定为单糖的绝对构型。1 Fischer 投影式中单糖 D 、 L 构型的规定 相对于左右旋（ L 、 D －）甘油醛而来，以距离醛基（或羰基）最远的手性碳原子上的－ OH 而定，向右为 D- 构型；向左为 L- 构型。

D 、 L- 甘油醛CHO

C

CH2OH

OHH

CHO

C

CH2OH

HHO

12

D- 构型 L- 构型

第一节 单糖的立体化学

D- 甘油醛 L- 甘油醛

CHO

C

CH2OH

OHH

CHO

C OHH

C HHO

C OHH

CH2OH

CHO

C

CH2OH

HHO

CHO

C OH

C OHH

C HHO

C

CH3

HHO

H

D- 木糖 L- 鼠李糖

13

2 Haworth 式中，绝对构型的判定：1) 六碳醛糖和甲基五碳糖 构成的吡喃糖： C5 上的取代基：向上为 D 型，向下为 L 型。

D- L- 六碳醛糖构成的呋喃型，因 C5 、 C6 部分成为环外侧链，构型判断仍以 C5 为标准， C5-R 者为 D 型糖 ,C5-S 者为 L 型糖。

R

第一节 单糖的立体化学

14

2 Haworth 式中，绝对构型的判定：2) 五碳醛糖构成的吡喃糖： C4 上的取代基：向上

为 L 型，向下为 D 型。 L- D-

第一节 单糖的立体化学

O

OH

HOHO

OH

H

OH

3) 五碳醛糖构成的呋喃糖： C4 上的取代基：向上为 D 型，向下为 L 型。

OOH

HOH

OH

HO

OOH

HOH

OHHO

L- D-

15

第一节 单糖的立体化学五 糖的端基差向异构

差向异构体：具有多个手性中心的化合物，只有一个手性中心不同而形成的异构体。端基差向异构体：单糖成环后形成了一个新的手性碳原子，该原子成为端基碳，形成的一对异构体称为端基差向异构体，具有 α 、 β 两种构型。

O

OH

HOH

OH

OH

O

OH

HOH

OH

OH

16

第一节 单糖的立体化学

1 Fischer 投影式中端基差向异构体构型的确定同 α 异 β ： C1-OH （端基碳）与距离羰基最远的手性碳原子上的 OH 在同侧者为 α 型 , 异侧者为 β型 .

五 糖的端基差向异构

OHH

HHO

OHH

OH

CH2OH

HO H

OHH

HHO

OHH

OH

CH2OH

H OHCHO

OHH

HHO

OHH

OHH

CH2OH

异 β 同 α

D-glucose

17

2 Haworth 式中端基差向异构体构型的确定：1) 六碳醛糖和甲基五碳糖构成的吡喃糖：

β- α-

第一节 单糖的立体化学

同 β 异 α ： C1-OH （端基碳）与距离羰基最远的手性碳原子上的 C5-OH 在同侧者为 β 型 , 异侧者α 为型 .

O

H

CH2OH

OH O

OH

CH2OH

H

18

2 Haworth 式中端基差向异构体构型的确定：2) 五碳醛糖构成的吡喃糖： C1-OH 和 C4-OH 在同侧 者为 α 型 , 异侧者为 β 型 .

第一节 单糖的立体化学

O

H

OH O

OH

HOH OH

α- β-3) 五碳醛糖构成的呋喃糖： C1-OH 和 C4- 取代基在 同侧者为 β 型 , 异侧者为 α 型 .

OOH

HOH

OHHOO

H

OHOH

OHHO

β- α-

19

第一节 单糖的立体化学α 、 β 表示的是糖端基碳的相对构型，

从端基碳绝对构型来看： β-D 和 α-L ， α -D 和 β –L 型糖（优势构象一样时）的端基碳的绝对构型是一样的

β-D α -L

O

H

OH O

H

OH

20

第一节 单糖的立体化学六 糖的构象 单糖的构象式• 呋喃型糖 : 五元氧环 , 信封式• 吡喃型糖 : 椅式构象为优势构象 (C1, 1C 式 )

O

123

4 5O

1

234

5

4C1 式 , 简称 C1 式 1C4 式 , 简称 1C 式

21

第一节 单糖的立体化学六 糖的构象

O

a 键 e 键的书写方法：• 面上的碳 a 键在面上• 面下的碳 a 键在面下• e 键隔键平行

22

CHO

OHH

HHO

OHH

OHH

CH2OHD-glucose

CHO

HHO

OHH

HHO

HHO

CH2OHL-glucose

D 型糖 L 型糖

R

S

R

R S

S

R

S

规律 1 ： D 型糖采取 C1 式更稳定， L 型葡萄糖采取 1C 式。 规律 2 ： - 构型的端基 OH 总是处于平伏键。

以DL-葡萄糖为例总结：

O

OH

OH

OHOH

OH

CH2OH-D

-D

-LOOH OH

OHOH

OH

CH2OH-L

-D

-D

OHO

HO

OHOH

OH

OH

-L

-L

OHOH2CHO

HOOH

OH

OH

23

必须记住的十种常见单糖：

D-Glucose D-mannose D-allose D-galactose

OHO

HOOH

OH

OH

OHO

HO

HO

H OH

OH

OHO

OHOH

OH

OH

O

HO

HOOH

OH

OH

ÆÏ¡ª ¸Ê2¡ª °¢3¡ª °ë4

123

45

6

D-xylose D-lyxose D-ribose L-arabinose

ľ¡ª À´2¡ª ºË3¡ª °¢4

D-rhamnose

OHO

HO

OH

OH

D-fucose

O

OH

HOOH

OH

OHO

HOOH

OH

OHO

HO

HO

OH

OHO

OHOH

OH

O

OH

HOOH

OH

2 3

4

2 3

5

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第一节 单糖的立体化学第一节 单糖的立体化学第二节 糖和苷的分类第二节 糖和苷的分类第三节 糖的理化性质第三节 糖的理化性质第四节 苷键的裂解第四节 苷键的裂解第五节 提取分离第五节 提取分离第六节 糖的核磁共振性质第六节 糖的核磁共振性质第七节 糖链的结构测定第七节 糖链的结构测定

本 章 内 容本 章 内 容

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一一 . . 糖的分类（按照糖单位数目）糖的分类（按照糖单位数目） 1. 单糖 :

(1) 单糖： 五碳醛糖 , 六碳醛糖 , 六碳酮糖 , 甲基五碳醛糖 , 支碳链糖

(2) 单糖衍生物 :

氨基糖 , 去氧糖 , 糖醛酸 , 糖醇 , 环醇

第二节 糖和苷的分类

26

天然界的单糖从三碳糖至八碳糖都有存在。最简单的醛糖 甘油醛（ glyceraldehyde ）最简单的酮糖 二羟基丙酮（ 1,3 － dihydroxyacetone ）

甘油醛 二羟基丙酮

第一节 单糖的立体化学

27

2. 低聚糖类 2-9 个单糖通过苷键结合而成的直链或支链聚糖。3. 多聚糖类 (1)植物多糖 : 淀粉 , 纤维素 , 果聚糖 , 半纤维素 ,树胶 ,粘液质。 (2)动物多糖 : 糖原 , 甲壳素 , 肝素 , 硫酸软骨素 , 透明质酸。

第二节 糖和苷的分类

28

二 苷的分类二 苷的分类 苷 (配糖体 ):由糖或糖的衍生物如氨基糖、糖醛酸等的端基碳上的羟基与另一非糖物质（苷元）通过缩合形成的化合物称为苷，故有 α苷和 β苷之分。 分类： 根据生物体内的存在形式 : 原生苷 , 次生苷 根据所连单糖的个数 : 单糖苷 ,双糖苷等 根据糖链的数目 : 单糖链苷 ,双糖链苷 根据苷元的不同 : 黄酮苷 ,蒽醌苷 根据生物活性或特性 : 强心苷 , 皂苷 根据苷键原子 :氧苷 , 氮苷 ,硫苷 ,碳苷

第二节 糖和苷的分类

29

根据苷键原子分类 : 1. 氧苷 (O- 苷 ) ①醇苷 : 苷元为醇。如： 红景天苷

第二节 糖和苷的分类

O OOH

②酚苷： 苷元为酚。如：天麻苷 CH2OH

GlcO ③氰苷 : 指苷元为 α- 羟腈形成的苷 , 易分解成醛或酮和氢氰酸。• 如：苦杏仁苷 O

OC

NC HGlcO

30

④酯苷 (酰苷 ): 苷元的羧酸基与糖或糖衍生物的半缩醛 (半缩酮 )羟基脱水缩合成苷 . 如：山慈菇苷 A

第二节 糖和苷的分类

1. 氧苷 (O- 苷 )

⑤吲哚苷 : 苷元为吲哚醇 如：靛苷

NH

O Glc

根据苷键原子分类 :

O

OH O CH2OH

O

CH2

31

2.硫苷 : 苷元的巯基与糖或糖的衍生物的半缩醛 ( 半缩酮 ) 羟基脱水缩合成苷 . 如：白芥子苷

第二节 糖和苷的分类根据苷键原子分类 :

HOH2C C

N

S

O SO3K

Glc

3.氮苷 (N- 苷 ): 苷元的胺基与糖或糖的衍生物的半缩醛 (半缩酮 )羟基脱水缩合成苷化合物 . 如：腺苷

N

N N

N

NH2

O

32

4. 碳苷（ C- 苷） : 苷元碳上的氢与糖或糖的衍生物的半缩醛 (半缩酮 )羟基脱水缩合成苷 .苷元多为间苯二酚、间苯三酚类化合物，常见黄酮、蒽醌、酚酸类。 如：牡荆素

第二节 糖和苷的分类根据苷键原子分类 :

OHO

OH O

OH

O

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第一节 单糖的立体化学第一节 单糖的立体化学第二节 糖和苷的分类第二节 糖和苷的分类第三节 糖的理化性质第三节 糖的理化性质第四节 苷键的裂解第四节 苷键的裂解第五节 提取分离第五节 提取分离第六节 糖的核磁共振性质第六节 糖的核磁共振性质第七节 糖链的结构测定第七节 糖链的结构测定

本 章 内 容本 章 内 容

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一 一般性质 1. 溶解性： 糖 :小分子糖极性大 , 水溶度大 ; 多糖随聚合度增大 ,水溶度下降 . 2. 极性 : 单糖 >双糖 >叁糖 苷的极性 : 苷元 < 单糖苷 <双糖苷 <叁糖苷 3. 味 : 单糖、低聚糖有甜味 ; 多糖无甜味。 4. 旋光性：多有旋光性。

第三节 糖的理化性质

二、化学性质二、化学性质 1. 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：

第三节 糖的理化性质

单糖结构中反应活泼性顺序 : 端基碳原子 > 伯碳 > 仲碳 银镜反应 (Tollen reaction): 以 Ag+ 为氧化剂 费林反应 (Fehling reaction): 以 Cu2+ 为氧化剂 过碘酸反应 : 氧化邻二羟基等 , 生成醛等 . 主要作用于： 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

第三节 糖的理化性质

邻羟基：第三节 糖的理化性质

α- 羟基酮：

α - 氨基醇：

邻二酮：

第三节 糖的理化性质

反应特点：①反应定量进行（试剂与反应物基本是 1:1 ）；②在水溶液中进行或有水溶液（否则不反应）；③反应速度：顺式 > 反式 （因顺式易形成环式中间体）；④游离单糖产物及消耗过碘酸用 Fischer 式计算 ; 成苷时糖产物及消耗过碘酸用 Haworth 式计算 ;⑤在异侧不能扭转的邻二醇不起反应。

第三节 糖的理化性质

第三节 糖的理化性质 以 D- 葡萄糖为例对其 Fischer 式和 Haworth 式消耗过碘酸的计算：

需要 5分子过碘酸

CHO

CH2OH

O IO4 OCHOOHC

OHOH

OHC

IO4D-葡萄糖

3 -

+ 2 HCOOH

醚键开裂

+

2 -+ 2 HCOOH

HCOOH

HCHO

在异侧不能扭转的邻二醇不起反应，如：

第三节 糖的理化性质

1, 6-β-D- 葡萄呋喃糖酐 1, 6-α-D- 葡萄呋喃糖酐

OHO

OH

OHOO

OH

OHOOH

6

1

用途：①推测糖中邻二 -OH 多少； （试剂与反应物基本是 1:1 ）；②同一分子式的糖，推测是吡喃糖还是呋喃糖；

第三节 糖的理化性质

具有三羟基可产生甲酸 无甲酸产生

③推测低聚糖和多聚糖的聚合度；④ 推测 1,3 连接还是 1,4 连接（糖与糖连接的位置）⑤鉴别糖的种类：氨基糖反应中有氨气产生

第三节 糖的理化性质

O

H

OR

OR

O

H

OR

OR

β-D-glucose

二、化学性质 2. 糠醛形成反应（ Molish 反应）

第三节 糖的理化性质

单糖 浓酸（ 4-10N ）加热 -3H2O

呋喃环结构

多糖 矿酸10%HCl

单糖 脱水CHOR R=H

R=CH2OH

糠醛5- 羟甲糠醛

Molish 反应： 样品 + 浓 H2SO4 + α-萘酚 → 棕色环多糖、低聚糖、单糖、苷类—— Molish 反应均为阳性

? ? ? ? ? + ? ? ? ? ?

( ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? )

? ?? ?

第三节 糖的理化性质

糠醛衍生物 芳胺或酚类+ 显色（苯酚、萘酚、苯胺、蒽酮）

二、化学性质二、化学性质3. 羟基反应 糖的 -OH 反应——醚化、酯化和缩醛（酮）化。 反应活性顺序： 半缩醛羟基（ C1-OH ） >伯醇基（ C6-OH ） >仲醇（伯醇因其处于末端的空间，对反应有利，因此活性高于仲醇。）

第三节 糖的理化性质

3.1 醚化反应（甲基化）①Haworth 法（不常用）含糖样品 + Me2SO4 + 30%NaOH → 醇 -OH全甲基化（需反复多次） 用红外光谱判断是否有 -OH吸收峰 制备成甲苷—— 用限量试剂，即克分子比 1 1∶ 时，可得甲苷。

第三节 糖的理化性质

3.1 醚化反应（甲基化） ②Purdic 法 样品 + MeI + Ag2O → 全甲基化（醇 -OH ） 只能用于苷，不宜用于还原糖（即有 C1-OH 的糖）。因 Ag2O 有氧化作用，可使 C1-OH 氧化。 ③Hakomori 法（箱守法） 样品 + DMSO + NaH + MeI → 全甲基化（一次） 该反应是在非水溶剂中，即二甲基亚砜（ DMSO ）溶液中进行反应。

第三节 糖的理化性质

3.1 醚化反应（甲基化） ④重氮甲烷法（ CH2N2） 样品 + CH2N2 / Et2O + MeOH → 部分甲基化 （ -COOH 、 -CHO 等） 3.2．酰化反应（酯化反应） 羟基活性与甲基化反应相同，即 C1-OH 、 C6-OH较易、 C3最难。由于 C2位取代后，引起的空间障碍，使得 C3最难被酰化。） 利用酰化可判断糖上 -OH 数目、保护 -OH等。

第三节 糖的理化性质

3.3 缩酮和缩醛化反应 酮或醛在脱水剂如矿酸、无水 ZnCl2、无水CuSO4等存在下可与多元醇的二个有适当空间位置的羟基易形成环状缩酮（ ketal ）和缩醛（ acetal ）。 酮类易与顺邻 -OH 生成 —— 五元环状物 醛类易与 1,3-双 -OH 生成 —— 六元环状物

第三节 糖的理化性质

糖 + 丙酮 → 五元环缩酮 ( 异丙叉衍生物 ) 六碳醛糖 + 丙酮 → 多为双异丙叉衍生物 例：

第三节 糖的理化性质

O O

Me Me

OO

O OO

+- H2O

α-D-半乳糖 1,2;3,4-二-O-异丙叉-α-D-半乳吡喃糖

H2SO4

二、化学性质二、化学性质4. 羰基反应还原糖 + 苯肼 → 糖腙 （多为水溶性的）还原糖 + 3 分子苯肼 → 糖脎 （较难溶于水）

* 2- 去氧糖不能成脎（因 C2 上无 -OH ）。 应用——糖的鉴定、分离和纯化。

第三节 糖的理化性质

糖的邻二 -OH可与许多试剂生成络合物，借生成络合物的某些物理常数的改变，可以有助于糖的分离、鉴定和构型推定。 重要的如：硼酸络合物、钼酸络合物、铜氨离子络合物等。 糖 + 硼酸 → 络合物 （酸性增加、可离子化）（ H3BO3是接受电子对的 Lewis 酸）

第三节 糖的理化性质二、化学性质二、化学性质5. 硼酸络合反应

硼酸络合反应的应用：①络合后，中性可变为酸性，因此可进行酸碱中

和滴定；②可进行离子交换法分离；③可进行电泳鉴定；④在混有硼砂缓冲液的硅胶薄层上色谱。

第三节 糖的理化性质

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第一节 单糖的立体化学第一节 单糖的立体化学第二节 糖和苷的分类第二节 糖和苷的分类第三节 糖的理化性质第三节 糖的理化性质第四节 苷键的裂解第四节 苷键的裂解第五节 提取分离第五节 提取分离第六节 糖的核磁共振性质第六节 糖的核磁共振性质第七节 糖链的结构测定第七节 糖链的结构测定

本 章 内 容本 章 内 容

六、苷键的裂解一 苷键裂解的目的和应用一 苷键裂解的目的和应用 为鉴定苷的结构，如糖和糖的连接方式、苷元和糖的连接方式、糖的种类、个数等。二 苷键裂解法：二 苷键裂解法： 1. 酸催化水解反应 2.乙酰解反应 3.碱催化水解 4.酶催化水解反应 5. 氧化开裂法（ Smith 降解法）

第四节 苷键的裂解

二 苷键裂解法：二 苷键裂解法：1.酸催化水解反应 苷键属缩醛结构，易为稀酸水解。 反应机理：苷原子先质子化，然后断键生成阳碳离子或半椅型的中间体，在水中溶剂化而成糖。

半椅型

第四节 苷键的裂解

酸水解的规律：难易顺序 :• C- 苷 >S- 苷 >O- 苷 >N- 苷• 醇苷 >酚苷 , 烯醇苷• 2- 氨基糖 >2- 羟基糖 >6- 去氧糖 >2- 去氧糖 > 2,

6- 二去氧糖 ( 苷 )• 吡喃糖苷 > 呋喃糖苷 ; 醛糖苷 > 酮糖苷• 糖醛酸 > 七碳糖 > 六碳糖 > 甲基五碳糖 > 五碳糖

第四节 苷键的裂解

•在构象相同的糖中 : a 键 ( 竖键 )-OH 多则易水解。•芳香苷较脂肪属苷易水解。 如：酚苷 > 萜苷、甾苷（因苷元部分有供电结构，而脂肪属苷元无供电结构）•苷元为小基团苷键横键比竖键易水解 ( e > a ) （横键易质子化）•苷元为大基团苷键竖键比横键易水解 ( a > e ) （苷的不稳定性促使其易水解）

第四节 苷键的裂解

二 苷键裂解法：二 苷键裂解法： 2. 乙酰解反应 常用试剂：醋酐 + 酸 所用酸如： H2SO4 、 HClO4 、 CF3COOH或 Lewis 酸（ ZnCl2、 BF3）等。 反应条件：一般是在室温放置数天。 反应机理： 与酸催化水解相似，以 CH3CO+(乙酰基， Ac ）为进攻基团。

第四节 苷键的裂解

※乙酰解反应易发生糖的端基异构化。

第四节 苷键的裂解O

OAc

OAc

OAc

OROAc

O

OAc

OAc

OAc

OR

OAc

OAc

OAc

OAc

OAc

OAc

OR

H

O

OAc

OAc

OAc

OAcOAc

AcO

OAc

OAc

CH2OAc

AcO OAc

H,OAc

OAc

OAc

OAc

OAc

++

+

+_

_

乙酰解应用• 酰化可以保护苷元上的 -OH ，使苷元增加亲脂

性，可用于提纯和鉴定。• 乙酰解法可以开裂一部分苷键而保留另一部分

苷键。

第四节 苷键的裂解

β- 苷键的葡萄糖双糖的反应速率： （乙酰解难易程度） （ 1→6 ） >> （ 1→4 ） >> （ 1→3 ） >>（ 1→2 ）

二 苷键裂解法：二 苷键裂解法： 3.碱催化水解 一般苷键对稀碱是稳定的，但某些特殊的苷易为碱水解，如： 酯苷、酚苷、与羰基共轭的烯醇苷、 β-吸电子基取代的苷

第四节 苷键的裂解

C1-OH 与 C2-OH ： 反式易水解，其产物为 1,6- 葡萄糖酐； 顺式产物为正常的糖。利用水解产物可判断苷键构型 。

第四节 苷键的裂解

二 苷键裂解法：二 苷键裂解法： 4. 酶催化水解反应• 特点：反应条件温和，专属性高；保持苷元结构不变，判断苷键构型。• 常用的水解酶：杏仁苷酶：只水解 -六碳醛糖苷键麦芽糖酶：只水解 -D-葡萄糖糖苷键纤维素酶：只水解 - D-葡萄糖糖苷键蜗牛酶：只水解 -苷键转化糖酶：只水解 -果糖苷键

第四节 苷键的裂解

二 苷键裂解法：二 苷键裂解法：5. 氧化开裂法（Smith降解法） 试剂：过碘酸 (HIO4)、四氢硼钠 (NaBH4)、稀酸 反应过程：分三步反应。 (1)NaIO4氧化开裂成醛 ;

(2)NaBH4还原成醇 ; (3)酸化水解 .

O OR

OH

IO4- O

OHC

OR

OHC

OHO

HOH2C

OR

HOH2C

OH

BH4-

H+CH2OH

CH2OH

OHCH2OH

CHO+ ROH+

第四节 苷键的裂解

67

• 特点 : 条件温和，易得到原苷元 适合于苷元不稳定的苷和碳苷的裂解 .

O R

OH

(1)IO4-

(2) BH4-

(3)H+

CH2OH

CH2OH

OH COH

R

+CH2OH

IO4-

RCHO + HCOOH

第四节 苷键的裂解二 苷键裂解法：二 苷键裂解法：5. 氧化开裂法（ Smith 降解法）

68

第一节 单糖的立体化学第一节 单糖的立体化学第二节 糖和苷的分类第二节 糖和苷的分类第三节 糖的理化性质第三节 糖的理化性质第四节 苷键的裂解第四节 苷键的裂解第五节 提取分离第五节 提取分离第六节 糖的核磁共振性质第六节 糖的核磁共振性质第七节 糖链的结构测定第七节 糖链的结构测定

本 章 内 容本 章 内 容

69

一、提取一、提取 提取• 单糖、低聚糖、苷常用水或稀醇提取。• 多糖用水或稀碱液提取• 精制： 水提醇沉法 : 醇溶为苷 , 低聚糖 ; 沉淀为多糖 系统分离法 : EtOAc层 : 单糖苷 ; 正丁醇层 : 低聚糖苷 , 单糖 .

第五节 提取分离

70

二、分离二、分离• 1.季铵盐沉淀法：用于酸性多糖的分离• 2.分级沉淀或分级溶解：多糖在不同浓度的醇或丙 酮中具有不同的溶解度。• 3.离子交换色谱：适用于分离酸性 ,中性多糖和粘 多糖• 4.纤维素柱色谱：兼有吸附色谱和分配色谱的性质• 5.纸色谱 :单糖的鉴定 , 展开剂BAW(n-BuOH: HAc:H2O 4:1:5,上相 ); 极性小 , Rf值大 .

第五节 提取分离

71

二、分离二、分离•6.凝胶柱色谱 常用凝胶 : 葡聚糖凝胶 (Ｓ ephadex G),琼脂糖凝胶 (Ｓ epharose Bio-gelＡ ), 聚丙烯酰胺凝胶 (Bio-gel P)等 .

洗脱剂 :各种浓度的盐溶液及缓冲液 分离多糖 , 按分子大小和形状不同分离

第五节 提取分离

72

第一节 单糖的立体化学第一节 单糖的立体化学第二节 糖和苷的分类第二节 糖和苷的分类第三节 糖的理化性质第三节 糖的理化性质第四节 苷键的裂解第四节 苷键的裂解第五节 提取分离第五节 提取分离第六节 糖的核磁共振性质第六节 糖的核磁共振性质第七节 糖链的结构测定第七节 糖链的结构测定

本 章 内 容本 章 内 容

73

一、糖的一、糖的 11HNMRHNMR 性质性质1. 化学位移：• 糖端基质子： 4.3-6.0• C6-CH3 （鼠李糖） : 1.0(3H,d,J=6Hz),• 其它碳上质子 : 3.2-4.2

第六节 糖的核磁共振性质

2.偶合常数 :J1,2 判断苷键构型• 吡喃型糖 C1 式• 苷键为 -D 或 -L 型 ,当端基质子和 C2-H 为竖键 ,J=6-8Hz;C2-H 为横键 , J=2-4Hz.

• 苷键为 -D 或 -L 型 , 端基质子为横键 ,J=2-4Hz.

74

第六节 糖的核磁共振性质D- 葡萄糖

可通过 J 值来判定端基碳构型

75

无法通过 J 值来判定

第六节 糖的核磁共振性质

76

所以无法通过 J 值来判断构型

第六节 糖的核磁共振性质

呋喃型糖偶合常数变化不大 ,不能用端基质子偶合常数判断苷键构型

77

二、糖的二、糖的 1313CNMRCNMR 性质性质 1. 化学位移及偶合常数• 端基碳： 95-105; CH-OH (C2 、 C3 、 C4) －－ 70~85 CH2-OH (C6) 62 左右 CH3 < 20

第六节 糖的核磁共振性质

78

Glc 的一般 13C-NMR 谱规律第六节 糖的核磁共振性质

79

•偶合常数 1JC1-H1:

•吡喃糖 :( 优势构象 C1 式 )

-D 或 -L 型苷键 ,170-175Hz;

-D 或 -L 型苷键 ,160-165Hz ，用于苷键的判定。•鼠李糖优势构象 1C 式 , -L 型 ,170-175Hz, -L型 160-165Hz

第六节 糖的核磁共振性质

80

2. 苷化位移 (Glycosylation shift, GS) 定义：糖与苷元成苷后 , 苷元的 -C,-C 和糖的端基碳的化学位移值发生了变化 ,这种变化称苷化位移 .

• 应用 : 推测糖与苷元 , 糖与糖的连接位置 , 苷元被苷化碳的绝对构型及碳氢信号归属 .

第六节 糖的核磁共振性质

81

规律：• 苷化位移值与苷元的结构有关，与糖的种类无关。如：苷元为链状结构，端基碳的苷化位移随着苷元为伯、仲、叔基而递减，苷元的 α-C 、

β-C变化不大。• 当苷元为环醇时，羟基的 β- 位无烷基取代，则

α-C 和端基碳的苷化位移值与开链的仲醇相似，若有烷基取代，则苷化位移值与 α-C 和糖的端基碳手性都有关系。具体如下：

第六节 糖的核磁共振性质

82

苷元 β 位有取代时的苷化位移：①苷元 α- 碳手性和糖端基手性都为 R （或 S ）时，苷化位移值与苷元为 β- 位无取代的环醇相同。如：

第六节 糖的核磁共振性质

O O

+ 3.4+ 6.8

- 0.6

- 4.7

R

R R-R

83

②苷元 α- 碳和糖端基碳手性不同时，端基碳和α- 碳的苷化位移值比苷元为 β-无取代的相应碳的苷化位移值大约为 3.5 个化学位移单位。

第六节 糖的核磁共振性质

84

酯苷、酚苷的苷化位移： 当糖与 -OH 形成酯苷键或酚苷键时，其苷化位移值较特殊，端基碳和苷元 α- 碳均向高场位移。

第六节 糖的核磁共振性质

O

OH

OH

HO OH-D-Glc¦ÂC1= 101.1

- 0.7- 0.9

+ 1.6

+ 0.8

酚苷键

85

第六节 糖的核磁共振性质酯苷、酚苷的苷化位移：

C

C

HO

COOH

-D-Glc¦Â

-D-Glc¦Â

C1= 106.9

C1=95.7

+0.3- 0.8

- 0.2

- 3.9

- 1.2

+ 10.3

+ 0.3

34

17

22

15

酯苷键

醇苷键

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第一节 单糖的立体化学第一节 单糖的立体化学第二节 糖和苷的分类第二节 糖和苷的分类第三节 糖和苷的理化性质第三节 糖和苷的理化性质第四节 苷键的裂解第四节 苷键的裂解第五节 提取分离第五节 提取分离第六节 糖的核磁共振性质第六节 糖的核磁共振性质第七节 糖链的结构测定第七节 糖链的结构测定

本 章 内 容本 章 内 容

87

• 1.纯度测定• 多糖纯品实质上是一定分子量范围的均一组分 .• 常用方法 : 超离心法 高压电泳法 ( 制成硼酸络合物 ) 凝胶色谱法 旋光测定法 (分级沉淀 ,测比旋度 )

第七节 糖链的结构测定

88

2. 分子量测定• 质谱法FDMS （场解析质谱）FABMS （快原子轰击质谱）ESIMS （电喷雾质谱）MALDI-TOF-MS （基质辅助激光解析电离飞行时间质谱）

第七节 糖链的结构测定

89

3. 单糖的鉴定• 全水解• PC,TLC: 与单糖对照品比较 - 鉴定糖的种类• 薄层扫描 : 测定单糖的分子比• 气相色谱 , HPLC等定性定量分析

第七节 糖链的结构测定

90

• 4. 糖连接位置的测定糖链 ( 多糖 , 苷 )全甲基化水解甲基化单糖

气相色谱定性定量分析 (游离羟基的部位为糖的连接位置 )

1HNMR:全乙酰化 , 测 1HNMR,CHOAc,CHOR, CH2OAc,CH2OR 的质子信号化学位移不同

苷化位移

第七节 糖链的结构测定

91

• 5. 糖链连接顺序的确定部分水解法 :稀酸水解 , 甲醇解 ,乙酰解 ,碱水解等质谱分析 :FABMS, FDMS,CIMS等 , 分析质谱碎片 ( 从外侧糖依次裂解 )

13CNMR 的弛豫时间 : 外侧糖的自旋弛豫时间 T1比内侧糖大 . 2D － NMR(H-H COSY,HMQC,HMBC,NOESY, H

OHAHA等 )

第七节 糖链的结构测定

92

• 6. 苷键构型的确定 (和型 )核磁共振法；糖端基质子 JH1,2,; 端基碳 JC1,H1和 化学位移酶解法；分子旋光差法 (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 (和型 ) 的 分子旋光度比较 ,数值相近的一个便是与之有 相同苷键者 .红外法： α葡萄糖苷在 770、 780 cm-1有强吸收 峰。

第七节 糖链的结构测定

93

The End