Natural Products Chemistry

1. Natural Products Chemistry 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. 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

5. 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）。

6. 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

7. 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。

8. 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

9. 第一节 单糖的立体化学 D-glucose

10. 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

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

12. 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

13. 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

14. 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-

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。

16. 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

17. 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-

18. 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-

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

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) 1C4式,简称1C式 4C1式,简称C1式

21. 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

22. 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。

23. 必须记住的十种常见单糖： 4 3 2 5 2 3

24. 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

25. 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

26. 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

27. 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。

28. 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

29. 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

30. 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

31. 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

32. 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

33. 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 

34. 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。

35. 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：

36. 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

37. 第三节 糖的理化性质 邻羟基：

38. 第三节 糖的理化性质 α-羟基酮： α -氨基醇： 邻二酮：

39. 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。

40. 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

41. 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

42. 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

43. 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

44. 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

45. 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）

46. 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。）

47. 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。

48. 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。

49. 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。

50. 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