Natural Products Chemistry

Natural Products Chemistry 第三章糖和苷 (Saccharide and Glycoside)

[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。

[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。

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

第一节单糖的立体化学 一糖的定义单糖（monosaccharide）：糖的基本单位，又称碳水化合物(Carbohydrates), 为多羟基的醛（polyhydroxylaldehyde)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 二糖的表示方法单糖的表示方法：Fischer、Haworth、优势构象式以D-葡萄糖（D-glucose）为例：优势构象式 Haworth式 Haworth简式 Fischer投影式

第一节单糖的立体化学 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 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 D-glucose

第一节单糖的立体化学 三糖的氧环单糖在水溶液中形成半缩醛环状结构五元氧环—呋喃环 β-D-萄萄呋喃糖 α-D-萄萄呋喃糖 D-葡萄糖六元氧环—吡喃环 α-D-萄萄吡喃糖 β-D-萄萄吡喃糖

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

第一节单糖的立体化学 L-鼠李糖 L-甘油醛 D-甘油醛 D-木糖 L-构型 D-构型

第一节单糖的立体化学 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 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- 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。 L- D-

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。

第一节单糖的立体化学 五糖的端基差向异构 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. 同α 异β D-glucose

第一节单糖的立体化学 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：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. β- α-

第一节单糖的立体化学 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. 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. β-α-

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

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) 1C4式,简称1C式 4C1式,简称C1式

第一节单糖的立体化学 六糖的构象 • 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

S R R S S R S R 以 DL- 葡萄糖为例总结： D型糖 L型糖规律1：D型糖采取C1式更稳定，L型葡萄糖采取1C式。规律2：b-构型的端基OH总是处于平伏键。

必须记住的十种常见单糖： 4 3 2 5 2 3

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第二节糖和苷的分类 一. 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

第一节单糖的立体化学 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

第二节糖和苷的分类 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 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 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 ②酚苷：苷元为酚。如：天麻苷 • 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

第二节糖和苷的分类 根据苷键原子分类: 1.氧苷(O-苷) 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 ⑤吲哚苷:苷元为吲哚醇如：靛苷

第二节糖和苷的分类 根据苷键原子分类: 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 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

第二节糖和苷的分类 根据苷键原子分类: 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

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第三节糖的理化性质 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 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 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

第三节糖的理化性质 在异侧不能扭转的邻二醇不起反应，如： 1, 6-α-D-葡萄呋喃糖酐 1, 6-β-D-葡萄呋喃糖酐

第三节糖的理化性质 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；无甲酸产生具有三羟基可产生甲酸

第三节糖的理化性质 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 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浓酸（4-10N）单糖呋喃环结构加热 -3H2O 矿酸多糖单糖脱水 10%HCl 糠醛 5-羟甲糠醛

第三节糖的理化性质 显色糠醛衍生物芳胺或酚类 + 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（苯酚、萘酚、苯胺、蒽酮）

第三节糖的理化性质 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

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