第三章 苷類
【學習要點】
1．掌握苷類化合物的結構特征、分類及苷和苷鍵的定義。
2．掌握苷類化合物的一般性狀、溶解度和旋光性。
3．掌握苷鍵的酸催化水解法和酶催化水解法。
4．掌握苷類化合物的提取方法及注意事項。
5．掌握中藥中苷類化合物的顯色反應：
6．熟悉苷的堿催化水解法和氧化開裂法。
7．熟悉苷類化合物中常見糖的種類、結構和紙色譜鑒定法。
8．熟悉苦杏仁中所含主要苷的化學結構類型、理化性質及鑒定方法。
9．了解苷類化合物中糖鏈部分結構的測定方法。
【重點與難點提示】
一、苷的結構與分類 苷類亦稱配糖體，是由糖或糖的衍生物，如氨基酸、糖醛酸等與另一非糖物質（稱為苷元或配基）通過糖的半縮醛或半縮酮羥基與苷元脫水形成的一類化合物。
1.根據(jù)苷元化學結構的類型可將苷分為黃酮苷、蒽醌苷、苯丙素苷、生物堿苷、三萜苷等。
2.根據(jù)苷在生物體內(nèi)是原生的還是次生的可將苷分為原生苷和次生苷
3.根據(jù)苷鍵原子又可將苷分為氧苷、氮苷、硫苷、碳苷等。
二、苷的理化性質及提取
1.苷鍵的裂解
(1)酸催化裂解: 酸催化水解常用的試劑是水或稀醇，常用的催化劑是稀鹽酸、稀硫酸、乙酸、甲酸等。其反應機理是苷鍵原子先被質子化，然后苷鍵斷裂形成糖基正離子或半椅型的中間體，該中間體再與水結合形成糖，并釋放催化劑質子。
凡有利于苷鍵原子質子化和中間體形成的一切因素均有利于苷鍵的水解。通常苷水解的難易程度有以下規(guī)律：
①在形成苷鍵的N、O、S、C四個原子中，水解的難易程度是C-苷>S-苷>O-苷>N-苷。
②因p-π共軛作用，酚苷及烯醇苷的苷元在苷鍵原子質子化時芳環(huán)或雙鍵對苷鍵原子有一定的供電作用，故酚苷及烯醇苷比醇苷易于水解。
③由于氨基和羥基均可與苷鍵原子爭奪質子，特別是2-NH2和2-OH糖，當2位被質子化后使端基碳原子的電子云密度降低，不利于苷鍵原子的質子化，故氨基糖特別是2-氨基糖苷最難水解，其次是2-OH糖苷，然后依次是6-去氧糖、2-去氧糖和2，6-二去氧糖苷。
④由于五元呋喃環(huán)是平面結構，各取代基處于重疊位置比較擁擠，酸水解時形成的 中間體使擁擠狀態(tài)有所改善，環(huán)的張力減少，故呋喃糖苷較吡喃糖苷的水解速率大50~100倍。
⑤由于酮糖多數(shù)為呋喃糖，而且在端基上又增加了一個-CH2OH大基團，更增加了呋喃環(huán)的擁擠狀況，故酮糖較醛糖易水解。
⑥在吡喃糖苷中由于C5-上R會對質子進攻苷鍵造成一定的位阻，故R愈大，則愈難水解。其水解的難易程度是糖醛酸＞七碳糖＞六碳糖＞甲基五碳糖＞五碳糖。
⑦當苷元為小基團時，由于橫鍵上的原子易于質子化，故橫鍵的苷鍵較豎鍵易水解。當苷元為大基團時，其空間因素占主導地位，苷元的脫去有利于中間體的穩(wěn)定，故豎鍵的苷鍵較橫鍵易水解
(2) 酶催化水解：具有反應條件溫和，專屬性高，根據(jù)所用酶的特點可確定苷鍵構型，根據(jù)獲得的次級苷、低聚糖可推測苷元與糖及糖與糖的連接關系，能夠獲得原苷元等特點。
轉化糖酶只水解β-果糖苷鍵，麥芽糖酶只水解α-D-葡萄糖苷鍵，纖維素酶只水解β-D-葡萄糖苷鍵，杏仁苷酶只水解β-六碳醛糖苷鍵。
(3) Smith降解法，是一個反應條件溫和、易得到原苷元、通過反應產(chǎn)物可以推測糖的種類、糖與糖的連接方式以及氧環(huán)大小的一種苷鍵裂解方法。該法特別適合于那些苷元不穩(wěn)定的苷和碳苷的裂解。
（4）堿催化水解：酰苷、酚苷、與羰基共軛的烯醇苷可被堿水解。
2. 顯色反應：Molish反應可檢識糖及苷類化合物的存在。反應的試劑是濃硫酸和α-萘酚。
3.苷的提取及注意事項：多用水或醇提取，提取原生苷時注意抑制或破壞酶的活性。
三、結構鑒定
1糖的種類和比例
一般是將其苷鍵全部水解，然后再用紙色譜或薄層色譜的方法檢出糖的種類，經(jīng)顯色后用薄層掃描的方法測定出各糖之間的分子比。當然也可采用氣相色譜或HPLC的方法對各單糖進行定性定量分析。
2糖與苷元的連接位置
糖連接位置的測定多是將被測物全甲基化，然后水解所有的苷鍵，用氣相色譜的方法對水解產(chǎn)物進行定性定量分析。通常具有游離羥基的部位即是糖的連接位點。目前多用苷化位移來確定。糖的端基羥基成苷后，端基碳（C1）和苷元的α-C的化學位移均向低場移動，而相鄰的碳（β-C）稍向高場移動，偶爾也有稍向低場移動的，這種苷化前后的化學位移變化，稱做苷化位移。
3糖的連接順序及位置
早期解決糖鏈連接順序的方法主要是部分水解法，即稀酸水解、甲醇解、乙酰解、堿水解等方法，將糖鏈水解成較小的片段（各種低聚糖），然后根據(jù)水解所得的低聚糖推斷整個糖鏈的結構；質譜分析是解決低聚糖及其苷中糖連接順序的一個有力工具，在了解了糖的組成后，可根據(jù)質譜中的裂解規(guī)律和該化合物的裂解碎片推測低聚糖及其苷中糖鏈的連接順序；現(xiàn)在測定糖鏈結構最常用的方法是NMR和2D-NMR法。
4苷鍵的構型
苷鍵構型的確定方法有核磁共振法、酶解法、分子旋光差法（Klyne法）等，其中目前最常用的是核磁共振法。
①根據(jù)端基質子的偶合常數(shù)確定苷鍵的構型。
對絕大多數(shù)吡喃糖，當苷鍵為β-D型時，偶合常數(shù)為6～8Hz；當苷鍵為α-D時，偶合常數(shù)為2～4Hz。但甘露糖和鼠李糖無法用此方法確定它們的苷鍵構型。
②在吡喃糖中端基碳的碳氫偶合常數(shù)（1JC1-H1）也可用于確定苷鍵的構型。當偶合常數(shù)為170～175Hz左右時，為α-D或β-L型苷鍵；偶合常數(shù)為160～165Hz左右時，為β-D或α-L型苷鍵。
【學習要點】
1．掌握苷類化合物的結構特征、分類及苷和苷鍵的定義。
2．掌握苷類化合物的一般性狀、溶解度和旋光性。
3．掌握苷鍵的酸催化水解法和酶催化水解法。
4．掌握苷類化合物的提取方法及注意事項。
5．掌握中藥中苷類化合物的顯色反應：
6．熟悉苷的堿催化水解法和氧化開裂法。
7．熟悉苷類化合物中常見糖的種類、結構和紙色譜鑒定法。
8．熟悉苦杏仁中所含主要苷的化學結構類型、理化性質及鑒定方法。
9．了解苷類化合物中糖鏈部分結構的測定方法。
【重點與難點提示】
一、苷的結構與分類 苷類亦稱配糖體，是由糖或糖的衍生物，如氨基酸、糖醛酸等與另一非糖物質（稱為苷元或配基）通過糖的半縮醛或半縮酮羥基與苷元脫水形成的一類化合物。
1.根據(jù)苷元化學結構的類型可將苷分為黃酮苷、蒽醌苷、苯丙素苷、生物堿苷、三萜苷等。
2.根據(jù)苷在生物體內(nèi)是原生的還是次生的可將苷分為原生苷和次生苷
3.根據(jù)苷鍵原子又可將苷分為氧苷、氮苷、硫苷、碳苷等。
二、苷的理化性質及提取
1.苷鍵的裂解
(1)酸催化裂解: 酸催化水解常用的試劑是水或稀醇，常用的催化劑是稀鹽酸、稀硫酸、乙酸、甲酸等。其反應機理是苷鍵原子先被質子化，然后苷鍵斷裂形成糖基正離子或半椅型的中間體，該中間體再與水結合形成糖，并釋放催化劑質子。
凡有利于苷鍵原子質子化和中間體形成的一切因素均有利于苷鍵的水解。通常苷水解的難易程度有以下規(guī)律：
①在形成苷鍵的N、O、S、C四個原子中，水解的難易程度是C-苷>S-苷>O-苷>N-苷。
②因p-π共軛作用，酚苷及烯醇苷的苷元在苷鍵原子質子化時芳環(huán)或雙鍵對苷鍵原子有一定的供電作用，故酚苷及烯醇苷比醇苷易于水解。
③由于氨基和羥基均可與苷鍵原子爭奪質子，特別是2-NH2和2-OH糖，當2位被質子化后使端基碳原子的電子云密度降低，不利于苷鍵原子的質子化，故氨基糖特別是2-氨基糖苷最難水解，其次是2-OH糖苷，然后依次是6-去氧糖、2-去氧糖和2，6-二去氧糖苷。
④由于五元呋喃環(huán)是平面結構，各取代基處于重疊位置比較擁擠，酸水解時形成的 中間體使擁擠狀態(tài)有所改善，環(huán)的張力減少，故呋喃糖苷較吡喃糖苷的水解速率大50~100倍。
⑤由于酮糖多數(shù)為呋喃糖，而且在端基上又增加了一個-CH2OH大基團，更增加了呋喃環(huán)的擁擠狀況，故酮糖較醛糖易水解。
⑥在吡喃糖苷中由于C5-上R會對質子進攻苷鍵造成一定的位阻，故R愈大，則愈難水解。其水解的難易程度是糖醛酸＞七碳糖＞六碳糖＞甲基五碳糖＞五碳糖。
⑦當苷元為小基團時，由于橫鍵上的原子易于質子化，故橫鍵的苷鍵較豎鍵易水解。當苷元為大基團時，其空間因素占主導地位，苷元的脫去有利于中間體的穩(wěn)定，故豎鍵的苷鍵較橫鍵易水解
(2) 酶催化水解：具有反應條件溫和，專屬性高，根據(jù)所用酶的特點可確定苷鍵構型，根據(jù)獲得的次級苷、低聚糖可推測苷元與糖及糖與糖的連接關系，能夠獲得原苷元等特點。
轉化糖酶只水解β-果糖苷鍵，麥芽糖酶只水解α-D-葡萄糖苷鍵，纖維素酶只水解β-D-葡萄糖苷鍵，杏仁苷酶只水解β-六碳醛糖苷鍵。
(3) Smith降解法，是一個反應條件溫和、易得到原苷元、通過反應產(chǎn)物可以推測糖的種類、糖與糖的連接方式以及氧環(huán)大小的一種苷鍵裂解方法。該法特別適合于那些苷元不穩(wěn)定的苷和碳苷的裂解。
（4）堿催化水解：酰苷、酚苷、與羰基共軛的烯醇苷可被堿水解。
2. 顯色反應：Molish反應可檢識糖及苷類化合物的存在。反應的試劑是濃硫酸和α-萘酚。
3.苷的提取及注意事項：多用水或醇提取，提取原生苷時注意抑制或破壞酶的活性。
三、結構鑒定
1糖的種類和比例
一般是將其苷鍵全部水解，然后再用紙色譜或薄層色譜的方法檢出糖的種類，經(jīng)顯色后用薄層掃描的方法測定出各糖之間的分子比。當然也可采用氣相色譜或HPLC的方法對各單糖進行定性定量分析。
2糖與苷元的連接位置
糖連接位置的測定多是將被測物全甲基化，然后水解所有的苷鍵，用氣相色譜的方法對水解產(chǎn)物進行定性定量分析。通常具有游離羥基的部位即是糖的連接位點。目前多用苷化位移來確定。糖的端基羥基成苷后，端基碳（C1）和苷元的α-C的化學位移均向低場移動，而相鄰的碳（β-C）稍向高場移動，偶爾也有稍向低場移動的，這種苷化前后的化學位移變化，稱做苷化位移。
3糖的連接順序及位置
早期解決糖鏈連接順序的方法主要是部分水解法，即稀酸水解、甲醇解、乙酰解、堿水解等方法，將糖鏈水解成較小的片段（各種低聚糖），然后根據(jù)水解所得的低聚糖推斷整個糖鏈的結構；質譜分析是解決低聚糖及其苷中糖連接順序的一個有力工具，在了解了糖的組成后，可根據(jù)質譜中的裂解規(guī)律和該化合物的裂解碎片推測低聚糖及其苷中糖鏈的連接順序；現(xiàn)在測定糖鏈結構最常用的方法是NMR和2D-NMR法。
4苷鍵的構型
苷鍵構型的確定方法有核磁共振法、酶解法、分子旋光差法（Klyne法）等，其中目前最常用的是核磁共振法。
①根據(jù)端基質子的偶合常數(shù)確定苷鍵的構型。
對絕大多數(shù)吡喃糖，當苷鍵為β-D型時，偶合常數(shù)為6～8Hz；當苷鍵為α-D時，偶合常數(shù)為2～4Hz。但甘露糖和鼠李糖無法用此方法確定它們的苷鍵構型。
②在吡喃糖中端基碳的碳氫偶合常數(shù)（1JC1-H1）也可用于確定苷鍵的構型。當偶合常數(shù)為170～175Hz左右時，為α-D或β-L型苷鍵；偶合常數(shù)為160～165Hz左右時，為β-D或α-L型苷鍵。