天然药物化学 糖和苷-理化性质、苷键裂解

这是一个关于天然药物化学 糖和苷-理化性质、苷键裂解的思维导图，糖和苷是天然产物中常见的组成成分，具有多种生物活性。了解它们的理化性质对于研究天然产物的提取、分离和纯化具有重要意义。

糖和苷

• 苷类的分类
  • 分类方式
    • 按苷原子
    • 按苷元
    • 按端基碳构型
      • α苷多为L型，β苷多为D型
    • 按连接单糖个数
    • 按糖链个数
    • 按生物体内存在
      • 原级苷
        • 在植物体内原存在的苷
      • 次级苷
        • 原级苷水解掉一个糖或结构发生改变
  • 氧苷
    • 醇苷
      • 是通过醇羟基与糖端基羟基脱水而成的苷
        • 红景天苷（强壮、增强适应能力），毛茛苷（杀虫、杀菌），京尼平苷（泻下、利胆），甘草酸（抗肿瘤）
    • 酚苷
      • 是通过酚羟基而成的苷
        • 天麻苷（镇静），番泻苷A（泻下），芦丁（软化血管），秦皮素（抗菌）
    • 酯苷
      • 苷元以-COOH和糖的端基碳相连接
        • 有酯的性质，也有缩醛的性质
    • 氰苷
      • α-羟氰苷
        • 体内产生HCN发挥镇咳作用，过量→死亡；服用乳糖→竞争体内的β-葡萄糖苷酶→预防中毒、提高LD50
      • γ-羟氰苷
        • 垂盆草苷：降低谷丙转氨酶
      • 氧偶氮苷类
    • 吲哚苷
  • 硫苷
    • 萝卜苷，黑芥子苷，白芥子苷
  • 氮苷
    • 腺苷(A)，鸟苷(G)，胞苷(C)，尿苷(U)，巴豆苷
  • 碳苷
    • 主要为黄酮、查耳酮、蒽醌、蒽酮、酚酸等
• 糖的理化性质
  • 物理性质
    • 溶解性
      • 糖：小分子极性大，水溶性好；单糖极性大于双糖极性；聚合度增高水溶性下降。苷：亲水性；苷元：亲脂性
  • 化学性质（鉴别反应！）
    • 氧化反应
      • 单糖基团的活泼性顺序
        • 半缩醛 (酮) > 伯醇 > 仲醇 2-OH > 3,4-OH e键-OH > a键-OH（*一般化学位移值e键＞a键）
      • 反应条件与产物
        • • -CHO→-COOH 银镜反应： Ag+→Ag 弗林反应： Cu2+→Cu2O 砖红色↓ Br2/H2O ：褪色 • HNO3: 醛糖→糖二酸 • HIO4、 Pb(Ac)4氧化： 邻二醇-OH
      • 过碘酸反应
        • 反应速度：邻二醇＞α-氨基醇＞α-羟基醛（酮）＞邻二酮
        • 反应条件：水溶液、避光
        • 反应特点：反应定量进行，降解产物稳定，生成的碘酸可以滴定
        • 高碘酸消耗量的确定
          • 单糖：Fischer式确定；成苷：Haworth式确定；活性CH2：多消耗一份子高碘酸
      • Pb(Ac)4氧化
        • 氧化能力较HIO4强：室温下可氧化草酸 立体选择性更高：不能氧化呋喃糖反式二醇OH 需要在有机溶剂中进行
    • 糖醛形成反应
      • 多糖和苷类化合物在浓酸的作用下首先水解成单糖，再脱水形成相应的产物
      • Molish反应
        • 样品+浓硫酸+α-萘酚→棕色环
    • 羟基反应
      • 反应活性：半缩醛羟基（C1-OH）>伯醇基（C6-OH）>仲醇（C2-OH）
      • 反应类型
        • 醚化
        • 酯化
        • 缩醛化
          • 概念：醛或酮在脱水剂作用下与具有适当空间位置的羟基生成环状缩醛和缩酮
          • 糖 + 丙酮 → 五元环缩酮 (异丙叉衍生物)
          • 糖 + 苯甲醛 → 六元环状缩醛 (苯甲叉衍生物)
    • 羰基反应
      • 还原糖 + 苯肼 → 糖腙 (易溶于水) + 2分子苯肼 → 糖脎 (难溶于水)
    • 硼酸络合反应
      • 糖的邻二-OH可与许多试剂生成络合物→物理常数的改变→有助于糖 的分离、鉴定和构型推定
        • 糖 + 硼酸 → 络合物 (酸性增加、可离子化)
• 苷键的裂解（水解类型、机理和反应规律）
  • 酸催化水解
    • 苷键属于缩醛结构，易为稀酸催化水解
      • 机理：苷原子先质子化，断键生成阳氧离子或半椅型的中间体，水中溶剂化而成糖
      • 水解总规律：苷原子的电子云密度↑，质子化位阻↓，环张力↑ (稳定性↓ )，则反应越容易
      • 具体规律（从易到难）
        • 苷原子： N > O > S > C苷 苷键构型：苷元为小基团时， e > a；苷元为大基团时， a > e 苷元：酚苷、烯醇苷 > 醇苷，醇苷：叔OH>仲OH>伯OH 取代基的-I效应:2,3-二去氧糖 > 2-去氧糖 > 3-去氧糖> 羟基糖 >糖醛酸>2-氨基糖 呋喃糖 > 吡喃糖； 酮糖 > 醛糖 (稳定性、张力) 糖a键多：易 (稳定性) C5-取代基大小：越大越难 (质子化位阻)：五碳糖 > 甲基五碳糖 > 六碳糖 > 七碳糖
  • 乙酰解反应
    • 试剂：醋酐 + 酸（H2SO4、 HClO4、 CF3COOH、Lewis酸）
    • 反应机理：CH3CO+为进攻基团
    • 用途：保护苷元上的-OH、增加亲脂性；部分开裂苷键：鉴别多糖连接方式
    • 反应规律：易发生异构化（糖的端基、糖cis-C2, 3-OH）；反应速率：(1→6)>>(1→4) >> (1→3) >> (1→2)
  • 碱催化水解
    • 一般苷键对稀碱是稳定的，但苷元上有吸电子基团直接与苷原子相 连时，易为碱水解
    • 产物：C1-OH和C2-OH为反式易水解为1,6-葡萄糖酐
      • 利用水解产物可判断苷键构型
    • β-消除反应
      • 糖还原端，游离的CO（苷键的β、 γ位） →活化邻位H • 与3-O-或4-O-苷键起消除反应 • 碱使多糖还原端单糖逐个剥落，对非还原端无影响 • 生成的是α-脱氧糖酸
        • 从生成的糖酸了解还原糖的取代方式
  • 酶催化水解
    • 用途：判断苷键构型；得到的苷元保持结构不变；提取分离时，注意杀酶保苷！水解后能得到真正苷元的水解方法是：酶水解和氧化开裂法。转化糖酶能水解β-果糖苷苷键；麦芽糖酶能水解α-葡萄糖苷苷键；纤维素酶能水解β-葡萄糖苷；蜗牛酶能水解β-苷键；苦杏仁酶能水解β-6C醛糖苷
  • 氧化开裂法（Smith降解法）
    • 试剂: HIO4 (NaIO4)+ NaBH4 + 稀H+
      • 反应条件温和，可得到原苷元 不适用于含邻二醇OH的苷元 可用于C苷的水解（碳苷的Smith裂解：得到含CHO的碳源） 人参皂苷：Smith降解得到原苷元；用HOAc构型翻转；用HCl成环
  • 糖醛酸苷的选择性水解
    • 需要特殊方法（光解法， Pb(Ac)4分解法，醋酐-吡啶分解法，微生物培养法）
    • 和醚键相连的苷水解无法得到苷元：芍药新苷