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第三章 糖和苷
第一节 糖的分类
单糖是多羟基醛或酮，是组成糖类及其衍生物的基本多元。
习惯上将单糖Fischer投影式中距羰基最远的不对称碳原子的构型定为整个糖分子的绝对构型，其羟基向右的为D-型，向左的为L-型。
根据成环的C原子多少，可分为五碳糖（呋喃糖）、六碳糖（吡喃糖）。
单糖成环后新形成的一个不对称碳原子成为端基碳，生成的一对差向异构体有αβ两种构型。
常见的单糖有：
五碳醛糖（如D-核糖、D-木糖、L-阿拉伯糖）、六碳醛糖（如D-葡萄糖、D-甘露糖、D-半乳糖）、甲基五碳醛糖（如D-鸡纳糖、L-鼠李糖、D-夫糖）、六碳酮糖（如D-果糖）、糖醛酸（D-葡萄糖醛酸、D-半乳糖醛酸）等。
由2～9分子个单糖通过苷键结合而成的直链或支链聚糖称为低聚糖，或寡糖。
常见的二糖有：
龙胆二糖、麦芽糖、冬绿糖、蚕豆糖、昆布二糖、槐糖、芸香糖、新橙皮糖等。
龙胆二糖、麦芽糖、芸香糖和新橙皮糖需要了解其结构。
由10个以上单糖通过苷键连接而成的糖称为多聚糖，或多糖。
分两类：
一类是动植物的支持组织，该类成分不溶于水，分子呈直链型，如纤维素；一类是动植物的贮存养料，可溶于热水成胶体溶液，多数分子呈支链型，如淀粉。
其中，淀粉由直链的糖淀粉和支链的胶淀粉组成。
糖淀粉遇碘显蓝色，胶淀粉遇碘显紫红色。
第二节 苷的分类
苷类又称配糖体，是糖或糖的衍生物如氨基糖、糖醛酸、去氧糖等与另一非糖物质通过糖的端基碳原子连接而成的化合物。
其中，非糖部分称为苷元或配基，其连接的键叫苷键。
一、按苷元的化学结构分类
可分为：
氰苷、香豆素苷、木脂素苷、黄酮苷、蒽醌苷、吲哚苷等。
二、按苷类在植物体内的存在状况分类
存在于植物体内的苷称为原生苷，水解后失去一部分糖的称为次生苷。
苦杏仁苷是原生苷，水解后失去一分子葡萄糖而成的野樱苷就是次生苷。
三、按苷键原子分类
1.O-苷（最常见的一类苷）
（1）醇苷：
通过醇羟基与糖端基羟基脱水而成的苷，如具有致适应原作用的红景天苷，杀虫抗菌作用的毛莨苷，解痉止痛作用的獐芽菜苦苷等都属于醇苷。
（2）酚苷：
通过酚羟基而成的苷，如苯酚苷、萘酚苷、蒽醌苷、香豆素苷、黄酮苷、木脂素苷等。
如天麻苷。
（3）氰苷：
主要是指α-羟腈的苷。
此类苷多数为水溶性，易水解，生成的苷元α-羟腈很不稳定，立即分解为醛（酮）和氢氰酸。
在碱性条件下苷元容易发生异构化。
如苦杏仁苷。
（4）酯苷：
以其苷元的羧基和糖的端基碳相连接而成，酯苷的苷键既有缩醛性质又有酯的性质，易为稀酸和稀碱所水解。
如山慈菇苷A。
（5）吲哚苷
2.S-苷 萝卜苷和芥子苷。
芥子苷经芥子酶水解，生成的芥子油含有异硫氰酸酯类、葡萄糖和硫酸盐，具有止痛和消炎作用。
3.N-苷 巴豆苷。
4.C-苷 是一类不通过O原子，而直接以C原子与苷元的C原子相连的苷类。
牡荆素、芦荟苷。
习题：
1.根据苷原子分类，属于S-苷的是：
A.山慈菇苷A
B.黑芥子苷萝卜苷
C.巴豆苷
D.芦荟苷
E.毛茛苷
答案：
B
2.根据苷原子分类，属于C-苷的是：
A.山慈菇苷A酯苷
B.黑芥子苷硫苷
C.巴豆苷氮苷
D.芦荟苷碳苷
E.毛茛苷醇苷
答案：
D
3.按苷键原子分类，苦杏仁苷应属于
A.O-苷苦杏仁氧苷中的氰苷醇苷;毛茛红景天獐芽菜苦苷酚苷天麻苷。
氰苷苦杏仁苷酯苷山慈菇苷A。
B.N-苷巴豆苷
C.S-苷萝卜苷和芥子苷
D.C-苷牡荆素、芦荟苷
E.酯苷山慈菇苷A
答案：
A
四、其他分类方法
1.按苷的特殊性质分类，如皂苷
2.按生理作用分类，如强心苷氧苷
3.按糖的名称分类，如木糖苷、葡萄糖苷
4.按连接单糖基的数目分类，如单糖苷、双糖苷、三糖苷
5.按连接的糖链数目分类，如单糖链苷、双糖链苷等。
第三节 化学性质
一、糖的化学性质
1.氧化反应：
单糖分子中有醛（酮）基、伯醇基、仲醇基和邻二醇基结构单元。
（1）Fehling反应：
在碱性试剂下，Ag＋及Cu2＋可将醛基氧化成羧基，分别生成金属银及砖红色的氧化亚铜。
（2）溴水：
氧化糖的醛基生成糖酸。
溴水只氧化醛糖不氧化酮糖。
（3）过碘酸氧化反应
在糖苷类和多元醇的结构研究中，过碘酸氧化反应是一个常用的反应。
该反应的特点是：
①不仅能氧化邻二醇，而且对于α-氨基醇、α-羟基醛（酮）、α-羟基酸、邻二酮、酮酸和某些活性次甲基也可氧化，只是对于α-羟基醛（酮）反应慢，对酮酸反应非常慢。
②在中性和弱酸性条件下，对顺式邻二醇羟基的氧化速度比反式快得多，如对于α-D-甘露醇吡喃糖甲苷的反应速度大大快于β-D-葡萄吡喃糖甲苷；但在弱碱性条件下顺式和反式邻二醇羟基的反应速度相差不大。
③对固定在环的异边并无扭曲余地的邻二醇羟基不反应，如过碘酸不与1，6-β-D-葡萄呋喃糖酐反应。
2.羟基反应
（1）醚化反应：
醚化最常用的糖及苷的醚化反应有甲醚化、三甲基硅醚化和三苯甲醚化等。
常用的甲醚化方法有Haworth法、Purdic法、Kuhn法、Hakomori法（箱守法）等。
（2）酰化反应：
酰化反应最常用的糖及苷的酰化反应是乙酰化和甲苯磺酰化。
如对甲苯磺酰化反应，乙酰化反应所用试剂多为醋酐。
（3）缩醛和缩酮化反应 酮或醛在脱水剂作用下易与具有适当空间的1，3-二醇羟基或邻二醇羟基生成环状的缩醛或缩酮。
（4）硼酸络合反应 许多具有邻二羟基的化合物可与硼酸、钼酸、铜氨、碱金属等试剂反应生成络合物，使它们的理化性质发生较大改变，据此可用于糖、苷等化合物的分离、鉴定以及构型的确定。
与硼酸的络合反应对羟基位置的要求比较严格，只有处在同一平面上的羟基才能形成稳定的络合物。
3.羰基反应 除了发生上述氧化反应外，糖的羰基还可被催化氢化或金属氢化物还原，其产物叫糖醇。
此外，具有醛或酮羰基的单糖可与苯肼反应，首先生成腙，表现出非常好的晶形和溶点。
4.苷类化合物的化学性质和物理性质。
苷类化合物和苷原是一对母子关系，一般来讲，苷元是一个亲脂性成分，当苷元和糖连接形成苷以后，会变成一个亲水性的成分。
因此，在一般意义上，苷元具有亲脂性，有非常好的结晶状态，而苷类化合物具有亲水性，一般来讲，是一个无定形的粉末。
但是苷的亲水性的大小，实际上变化是很大的，因为苷类化合物是由苷元和糖两部分连接起来的，假如在一个化合物的结构当中，苷元部分的极性很小，上面连的糖也很少，此时的苷所表现出来的极性，也不会很大；假如苷元本身极性就比较大，上面又连了很多的糖，最终所形成的苷的极性肯定也会非常大。
因此，苷的极性的大小，是由苷元的极性和苷中糖的极性两部分综合作用以后，所表现出来的一种性质。
因此在分析苷的极性的大小的时候，一定要分析组成这个苷的苷元的极性如何，糖的极性如何。
C-苷，在亲脂性或亲水性的溶剂当中，它的极性都不是特别的理想，这是它与其它苷类化合物一个显著的区别。
苷类化合物因为在分子结构中都有糖，苷类化合物都会表现很强的旋光性，而苷元可能会表现旋光性，也可能没有旋光性，有没有旋光取决于分子结构当中，是不是存在手性碳原子，是不是存在对称的因素，因此需要具体的结构作具体的分析。
二、苷键的裂解
1.酸催化水解
苷键具有缩醛结构，易为稀酸催化水解。
反应一般在水或稀醇溶液中进行。
常用的酸有盐酸、硫酸、乙酸、甲酸等。
其机制是苷原子先质子化，然后断键生成阳碳离子或半椅型中间体，在水中溶剂化而成糖。
（1）按苷键原子不同，酸水解的易难顺序为：
N-苷＞O-苷＞S-苷＞C-苷。
（2）吡喃糖苷中吡喃环的C-5上取代基越大越难水解，因此五碳糖最易水解，其顺序为五碳糖>甲基五碳糖>六碳糖>七碳糖。
如果接有一COOH，则最难水解。
（3）氨基糖较羟基糖难水解，羟基糖又较去氧糖难水解
（4）呋喃糖苷较吡喃糖苷易于水解，酮糖较醛糖易水解。
2.碱催化水解
仅酯苷、酚苷、烯醇苷和β-吸电子基取代的苷等才能被水解。
3.酶催化水解
酶催化反应具有专属性高，条件温和的特点。
常用的酶有转化糖酶、麦芽糖酶、杏仁苷酶和纤维素酶等。
①转化糖酶专使β-果糖苷水解
②麦芽糖酶专使α-葡萄糖苷水解
③杏仁苷酶是一种β-葡萄糖苷水解酶，专属性较低，水解一般β一葡萄糖苷和有关六碳醛糖苷
④纤维素酶也是β-葡萄糖苷水解酶。
pH条件对酶水解反应是十分重要的，例如：
芥子苷酶水解芥子苷，在pH7时酶解生成异硫氰酸酯，在pH3-4时酶解则生成腈和硫黄。
三、苷类的显色反应
糖的显色反应中最重要的是Molish反应。
苷元的结构多种多样，Molish试剂由浓硫酸和α-萘酚组成。
可检识糖和苷的存在。
苷类化合物由苷元和糖两部分组成，故苷类化合物能发生相应的苷元和糖的各种显色反应。
硫酸兼有水解苷键的作用，生成的单糖在浓硫酸的作用下，失去3分子水，生成具有呋喃环结构的醛类化合物。
由五碳糖生成的是糠醛，甲基五碳糖生成的是5-甲糠醛，六碳糖生成的是5-羟甲糠醛。
这些糠醛衍生物和许多芳胺、酚类可缩合成有色物质，借此来检识糖和苷类化合物的存在。
例1：
用于检识化合物中是否含糖的结构单元的显色反应是（C）
A.Keddle反应
B.Legal反应
C.Molish反应
D.Liebermann-Burchard反应
E.Raymond反应
例2：
能与Molish试剂成阳性反应的化合物有（BCDE）
A.山萘酚
B.芦丁
C.芹菜素-7-O-葡萄糖
D.木犀草素-7-O-葡萄糖
E.橙皮苷
A.三氯乙酸反应
B.Molish反应
C.中性醋酸铅试剂
D.红外光谱
E.吉拉尔（Girard）试剂
例3：
区别三萜皂苷元和三萜皂苷（B）
B形题：
A.蛋白质
B.多糖
C.氨基酸
D.昆虫变态激素
E.甾醇
例4：
具有Molish反应的是（B）
第四节 提取分离方法
在提取分离方法里苷类化合物是有苷和苷元的区分，苷和苷元是一对母子关系，苷在适当的条件下能转变为苷元。
苷是一个亲水性的成分，苷元是一个亲脂性的成分，苷的亲水性的大小，取决于两个部分：
苷元部分和形成苷时所连的糖部分。
苷在植物体里边的存在状况有原生苷和次生苷的区分，在提取分离苷类化合物时，有时候需要提取的是原生苷，有时候需要提取的是次生苷，有的时候又需要提取的是苷元。
提取原生苷、次生苷和苷元时，首先必须明确提取的目的要求，即要求提取的是原生苷、次生苷，还是苷元，然后根据要求进行提取，其提取方法是有差别的。
由于植物体内有水解酶共存，在提取过程中易使苷类物质分解，因此在提取原存形式的苷时，必须设法抑制或破坏酶的活性。
一般常用方法是在中药中加入碳酸钙，或采用甲醇、乙醇或沸水提取。
同时在提取过程中还须尽量避免与酸、碱接触，以免苷类水解，如不加注意，则往往得到的不是原生苷，而是已水解失去一部分糖的次生苷，甚至是苷元。
在提取原生苷时，首先要尽量设法破坏或抑制酶的活性，以避免原生苷被酶解，常用的方法是采用甲醇、乙醇或沸水提取，或者在药材原料中拌入一定量的无机盐（如碳酸钙）。
其次是在提取过程中要注意避免与酸或碱接触，以防酸或碱破坏欲提取成分的结构。
提取次生苷时要利用酶的活性。
采用溶剂萃取法分离时，一般可用乙醚或氯仿萃取得到苷元，用醋酸乙酯萃取得到单糖苷，用正丁醇萃取得到多糖苷。
例1：
从中药里提取原生苷可采用的方法有（BC）
A.水浸泡法
B.沸水煮沸法
C.乙醇提取法
D.乙醚提取法
E.酸水提取
例2：
要从含苷类中药中得到较多的有生物活性的游离的苷原，最好的方法是（A）
A.用乙醇提取，回收乙醇，加酸水解以后用乙醚来萃取
B.用乙醚直接来萃取
C.用水提取，提取液加酸水解以后萃取
D.用水提取，提取液直接用乙醚来萃取
E.用乙醇提取，回收乙醇以后，用乙醚来萃取
第五节 结构测定
苷是由糖和苷元两部分组成的。
苷的分解，首先了解基本的分子量的大小，就把苷通过水解的办法变成两部分，变成苷元部分、糖部分，然后分别对苷元部分、糖部分分别来进行结构研究，最后将两部分结构，拼揍在一起，还原成一个苷的完整的结构。
一、糖的鉴定
（一）纸色谱
展开剂以正丁醇-乙醇-水和水饱和的苯酚两种系统应用最为普遍。
正丁醇醋酸水简称BAW系统，B代表正丁醇，A代表醋酸，W代表水。
比例为4:
1:
5的上层溶液。
糖类的纸色谱常用显色剂有：
硝酸银试剂；三苯四氮唑盐试剂；苯胺-邻苯二甲酸盐试剂；3,5-二羟基甲苯-盐酸试剂；过碘酸加联苯胺试剂等。
在用纸层吸来进行分离，最常见的糖是葡萄糖和鼠李糖，这两个糖Rf值的大小一般的规律是，鼠李糖因为极性小于葡萄糖，在用纸色谱检识时，鼠李糖的Rf值一般大于葡萄糖。
不同的糖Rf值的大小都会有比较大的差别。
常用显色剂有：
硝酸银试剂，使还原糖显棕黑色；三苯四氮唑盐试剂，使单糖和还原性低聚糖呈红色；苯胺一邻苯二甲酸盐试剂，使单糖中的五碳糖和六碳糖所呈颜色略有区别；3，5-二羟基甲苯-盐酸试剂，使酮糖和含酮糖的低聚糖呈红色；过碘酸加联苯胺，使糖、苷和多元醇中有邻羟基结构者呈蓝底白边。
（二）薄层色谱 糖的极性大，在硅胶薄层上进行层析时，点样量不宜过多。
若点样太多，斑点就会明显拖尾，Rf值也下降，使一些Rf值相近的糖难以获得满意的分离。
若硅胶用0.03mol／L硼酸溶液或一些无机盐的水溶液代替水调制吸附剂涂铺薄层，则样品承载量可明显增加，分离效果也有改善。
（三）气相色谱
（四）离子交换色谱
（五）液相色谱
二、糖链的结构测定
测定糖链的结构主要解决三个问题：
单糖的组成；糖与糖的连接位置和顺序；苷键的构型。
（一）分子量的测定 苷的分子量测定目前大多采用质谱法。
但由于其极性大导致热挥发性差，电子轰击法（EI）和化学电离（cI）常不能得到理想的结果，一般采用场解吸（FD）、快原子轰击（FAB）、电喷雾（ESI）等方法获得[M+H]+、[M+Na]+等准分子离子峰。
（二）单糖的鉴定 苷中糖链的研究首先要了解由哪些单糖所组成，各种单糖之间的比例如何。
一般是将苷键全部酸水解，然后用纸色谱检出单糖的种类。
经显色后用薄层扫描仪求得各种糖的分子比。
单糖的定性定量也可以通过苷全甲基化并水解后得到的甲基化单糖的气相色谱决定，但需要各种各样的甲基化单糖作标准品。
（三）单糖之间连接位置的确定
单糖之间连接位置的确定的两种方法是：
苷全甲基化甲醇解，13CNMR苷化位移。
将苷全甲基化，然后水解苷键，鉴定所有获得的甲基化单糖，其中游离的一OH的部位就是连接位置。
水解要尽可能温和，否则会发生去甲基化反应和降解反应。
（四）糖链连接顺序的确定
早期决定糖连接顺序的方法主要是缓和水解法，即用稀酸（包括有机酸）水解、酶解、乙酰解、碱水解等方法，将苷的糖链水解成较小的片段（各种低聚糖），然后分析这些低聚糖的连接顺序，从低聚糖的结构推测整个糖链的结构。
Smith裂解法也广泛用于糖连接顺序的决定，只是分析碎片的工作比较繁琐。
近年质谱分析也已用于糖链连接顺序的研究。
在快原子轰击质谱（FABMS）中有时会出现苷分子中依次脱去末端糖的碎片离子峰。
如果单糖的质量不同，可由此确定糖的连接顺序。
目前，2D—NMR和NOE差谱技术在确定糖链连接位置和顺序的研究中有了广泛的应用。
如在以下化合物HMBC谱中可以观察到1″一H和7一C，1′″一H和3″一C以及l″″一H和6″′一C的远程相关，由此可判断糖与苷元及单糖之间的连接顺序。
（五）苷健构型的确定
糖与糖之间的苷键和糖与非糖部分的苷键，本质上都是缩醛键，也都存在端基碳原子的构型问题。
测定苷键构型的问题主要有三种方法，即酶催化水解方法、分子旋光差法（Klyne法）和NMR法。
1.利用酶水解进行测定 如麦芽糖酶能水解的为α一苷键，而杏仁苷酶能水解的为β一苷键。
但必须注意并非所有的β一苷键都能为杏仁苷酶所水解。
2.利用Klyne经验公式进行计算
Klyne根据前人的经验，得出一个计算公式，即先测定未知苷键构型的苷及其水解所得苷元的旋光度，再通过计算得到其分子比旋[M]D，然后用苷的分子比旋[M]D苷减去苷元的分子比旋[M]D苷元，求得其差值为△[M]D。
公式如下：
△[M]D=[M]D苷一[M]D苷元
3.利用NMR进行测定 1HNMR：
葡萄糖，β-苷键JH1-H2=6～8Hz，α-苷键JH1-H2=3～4Hz。
注意鼠李糖、甘露糖不能用上法鉴别。
13CNMR：
1JC1-H1=170Hz（α-苷键），1JC1-H1=160Hz（β-苷键）。
例,苷类化合物确定糖链结构要解决的问题是
A.糖链中糖的元素比
B.糖链中糖的种类和比例
C.糖之间的连接位置
D.糖之间的连接顺序
E.糖之间苷键的构型
（答案BCDE）
确定苦杏仁苷苷键的构型，可选用的方法有
A.苦杏仁酶酶解法
B.1H—NMR谱端基H的J值
C.13C—NMR谱端基C的1Jch值
D.13C—NMR谱端基C的δ值
E.1H—NMR谱端基H的δ值
（答案ABCD）
确定苷键构型的方法有
A、酸水解法
B、碱水解法
C、酶催化水解法
D、克分子比旋光差（Klyne）法
E、NMR法
（答案CDE）
B型题
[1—5]
A.糖的种类
B.苷元的种类
C.苷的分子量
D.单糖间连接位置
E.苷键的构型
1.苷经酸水解后有机溶剂层的薄层色谱可检识
2.苷经酸水解后水层的纸色谱可检识
3.苷的1HNMR谱中的JH1—H2可确定
4.苷的13CNMR谱的苷化位移可确定
5.苷的FAB—MS可确定
（答案BAEDC）
第六节 苦杏仁中所含苷类化合物
苦杏仁苷是一种氰苷，易被酸和酶所催化水解。
水解所得到的苷元α一羟基苯乙腈很不稳定，易分解生成苯甲醛和氢氰酸。
其中苯甲醛具有特殊的香味，通常将此作为鉴别苦杏仁苷的方法。
其具体操作为：
取本品数粒，加水共研，发出苯甲醛的特殊香气。
此外，苯甲醛可使三硝基苯酚试纸显砖红色的反应也可用来鉴定苦杏仁苷的存在。
具体操作为：
取苦杏仁数粒，捣碎，称取约0.1g，置试管中，加水数滴使湿润，试管中悬挂一条三硝基苯酚试纸，用软木塞塞紧，置温水浴中，10分钟后，试纸显砖红色。
反应式见前。
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