第三章 苷類
【學(xué)習(xí)要點(diǎn)】
1．掌握苷類化合物的結(jié)構(gòu)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(xiàng)。
5．掌握中藥中苷類化合物的顯色反應(yīng)：
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(jié)構(gòu)和紙色譜鑒定法。
8．熟悉苦杏仁中所含主要苷的化學(xué)結(jié)構(gòu)類型、理化性質(zhì)及鑒定方法。
9．了解苷類化合物中糖鏈部分結(jié)構(gòu)的測(cè)定方法。
【重點(diǎn)與難點(diǎn)提示】
一、苷的結(jié)構(gòu)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(zhì)（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(xué)結(jié)構(gòu)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(zhì)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(yīng)機(jī)理是苷鍵原子先被質(zhì)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(jié)合形成糖，并釋放催化劑質(zhì)子。
凡有利于苷鍵原子質(zhì)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(gè)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(zhì)子化時(shí)芳環(huán)或雙鍵對(duì)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(zhēng)奪質(zhì)子，特別是2-NH2和2-OH糖，當(dāng)2位被質(zhì)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(zhì)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(jié)構(gòu)，各取代基處于重疊位置比較擁擠，酸水解時(shí)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(gè)-CH2OH大基團(tuán)，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(huì)對(duì)質(zhì)子進(jìn)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(dāng)苷元為小基團(tuán)時(shí)，由于橫鍵上的原子易于質(zhì)子化，故橫鍵的苷鍵較豎鍵易水解。當(dāng)苷元為大基團(tuán)時(shí)，其空間因素占主導(dǎo)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(yīng)條件溫和，專屬性高，根據(jù)所用酶的特點(diǎn)可確定苷鍵構(gòu)型，根據(jù)獲得的次級(jí)苷、低聚糖可推測(cè)苷元與糖及糖與糖的連接關(guān)系，能夠獲得原苷元等特點(diǎn)。
轉(zhuǎn)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(gè)反應(yīng)條件溫和、易得到原苷元、通過反應(yīng)產(chǎn)物可以推測(cè)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(yīng)：Molish反應(yīng)可檢識(shí)糖及苷類化合物的存在。反應(yīng)的試劑是濃硫酸和α-萘酚。
3.苷的提取及注意事項(xiàng)：多用水或醇提取，提取原生苷時(shí)注意抑制或破壞酶的活性。
三、結(jié)構(gòu)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(cè)定出各糖之間的分子比。當(dāng)然也可采用氣相色譜或HPLC的方法對(duì)各單糖進(jìn)行定性定量分析。
2糖與苷元的連接位置
糖連接位置的測(cè)定多是將被測(cè)物全甲基化，然后水解所有的苷鍵，用氣相色譜的方法對(duì)水解產(chǎn)物進(jìn)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(diǎn)。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(xué)位移均向低場(chǎng)移動(dòng)，而相鄰的碳（β-C）稍向高場(chǎng)移動(dòng)，偶爾也有稍向低場(chǎng)移動(dòng)的，這種苷化前后的化學(xué)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(gè)糖鏈的結(jié)構(gòu)；質(zhì)譜分析是解決低聚糖及其苷中糖連接順序的一個(gè)有力工具，在了解了糖的組成后，可根據(jù)質(zhì)譜中的裂解規(guī)律和該化合物的裂解碎片推測(cè)低聚糖及其苷中糖鏈的連接順序；現(xiàn)在測(cè)定糖鏈結(jié)構(gòu)最常用的方法是NMR和2D-NMR法。
4苷鍵的構(gòu)型
苷鍵構(gòu)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(zhì)子的偶合常數(shù)確定苷鍵的構(gòu)型。
對(duì)絕大多數(shù)吡喃糖，當(dāng)苷鍵為β-D型時(shí)，偶合常數(shù)為6～8Hz；當(dāng)苷鍵為α-D時(shí)，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(gòu)型。
②在吡喃糖中端基碳的碳?xì)渑己铣?shù)（1JC1-H1）也可用于確定苷鍵的構(gòu)型。當(dāng)偶合常數(shù)為170～175Hz左右時(shí)，為α-D或β-L型苷鍵；偶合常數(shù)為160～165Hz左右時(shí)，為β-D或α-L型苷鍵。
【學(xué)習(xí)要點(diǎn)】
1．掌握苷類化合物的結(jié)構(gòu)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(xiàng)。
5．掌握中藥中苷類化合物的顯色反應(yīng)：
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(jié)構(gòu)和紙色譜鑒定法。
8．熟悉苦杏仁中所含主要苷的化學(xué)結(jié)構(gòu)類型、理化性質(zhì)及鑒定方法。
9．了解苷類化合物中糖鏈部分結(jié)構(gòu)的測(cè)定方法。
【重點(diǎn)與難點(diǎn)提示】
一、苷的結(jié)構(gòu)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(zhì)（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(xué)結(jié)構(gòu)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(zhì)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(yīng)機(jī)理是苷鍵原子先被質(zhì)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(jié)合形成糖，并釋放催化劑質(zhì)子。
凡有利于苷鍵原子質(zhì)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(gè)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(zhì)子化時(shí)芳環(huán)或雙鍵對(duì)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(zhēng)奪質(zhì)子，特別是2-NH2和2-OH糖，當(dāng)2位被質(zhì)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(zhì)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(jié)構(gòu)，各取代基處于重疊位置比較擁擠，酸水解時(shí)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(gè)-CH2OH大基團(tuán)，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(huì)對(duì)質(zhì)子進(jìn)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(dāng)苷元為小基團(tuán)時(shí)，由于橫鍵上的原子易于質(zhì)子化，故橫鍵的苷鍵較豎鍵易水解。當(dāng)苷元為大基團(tuán)時(shí)，其空間因素占主導(dǎo)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(yīng)條件溫和，專屬性高，根據(jù)所用酶的特點(diǎn)可確定苷鍵構(gòu)型，根據(jù)獲得的次級(jí)苷、低聚糖可推測(cè)苷元與糖及糖與糖的連接關(guān)系，能夠獲得原苷元等特點(diǎn)。
轉(zhuǎn)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(gè)反應(yīng)條件溫和、易得到原苷元、通過反應(yīng)產(chǎn)物可以推測(cè)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(yīng)：Molish反應(yīng)可檢識(shí)糖及苷類化合物的存在。反應(yīng)的試劑是濃硫酸和α-萘酚。
3.苷的提取及注意事項(xiàng)：多用水或醇提取，提取原生苷時(shí)注意抑制或破壞酶的活性。
三、結(jié)構(gòu)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(cè)定出各糖之間的分子比。當(dāng)然也可采用氣相色譜或HPLC的方法對(duì)各單糖進(jìn)行定性定量分析。
2糖與苷元的連接位置
糖連接位置的測(cè)定多是將被測(cè)物全甲基化，然后水解所有的苷鍵，用氣相色譜的方法對(duì)水解產(chǎn)物進(jìn)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(diǎn)。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(xué)位移均向低場(chǎng)移動(dòng)，而相鄰的碳（β-C）稍向高場(chǎng)移動(dòng)，偶爾也有稍向低場(chǎng)移動(dòng)的，這種苷化前后的化學(xué)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(gè)糖鏈的結(jié)構(gòu)；質(zhì)譜分析是解決低聚糖及其苷中糖連接順序的一個(gè)有力工具，在了解了糖的組成后，可根據(jù)質(zhì)譜中的裂解規(guī)律和該化合物的裂解碎片推測(cè)低聚糖及其苷中糖鏈的連接順序；現(xiàn)在測(cè)定糖鏈結(jié)構(gòu)最常用的方法是NMR和2D-NMR法。
4苷鍵的構(gòu)型
苷鍵構(gòu)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(zhì)子的偶合常數(shù)確定苷鍵的構(gòu)型。
對(duì)絕大多數(shù)吡喃糖，當(dāng)苷鍵為β-D型時(shí)，偶合常數(shù)為6～8Hz；當(dāng)苷鍵為α-D時(shí)，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(gòu)型。
②在吡喃糖中端基碳的碳?xì)渑己铣?shù)（1JC1-H1）也可用于確定苷鍵的構(gòu)型。當(dāng)偶合常數(shù)為170～175Hz左右時(shí)，為α-D或β-L型苷鍵；偶合常數(shù)為160～165Hz左右時(shí)，為β-D或α-L型苷鍵。