(7)单糖的立体构象
1. 椅式与船式——多为椅式 2.
54O2145O3213C1式1C式 C1:4C1,Normal form;1C:1C4,Alternative form
Angyal用总自由能来分析构象式的稳定性,比较二种构象式的总自由能差值。差值大于0.7 kcal/mol时,能量低的是优势构象;小于时,处于平衡状态。
3. 含e键较多的构象即为优势构象。如Glc优势构象为C1,鼠李糖为1C。 横键(平伏键,equatorial bond):一般排斥较小,能量较低。 竖键(直立键,axial bond):一般能量相对较高。 6、糖类(糖匀体):均由糖组成的物质,如单糖、低聚糖、多糖等。 (1)单糖类(monosaccharide) 1. 常见单糖(部分图见前)
CHOOβCHOOβαβαOCH2OHαCH2OHD-甘露糖CH2OHOD-木糖OR1R2β-OHOR1β-OH呋喃R2吡喃ααCH2OH当构成二糖或多糖时当游离存在时 D-果糖CHOOαβαβCHOOβαβαOOCH2OHCH2OH 木糖(Xyl)、葡萄糖(Glc)、果糖(Fru)、鼠李糖(Rha)、甘露糖(Man)、核糖(Rib)、半乳糖(Gal)、阿拉伯糖(Aba)。其中,甘露糖与葡萄糖在C2差向异构,半乳糖与葡萄糖在C4差向异构;山梨糖与果糖在C5差向异构;阿拉伯糖与木糖在C4位差向异构。
2. 氨基糖(amino sugar)
单糖的伯或仲醇基置换成氨基的糖类。
L-阿拉伯糖D-木糖
天然氨基糖大多为2-氨基-2-去氧醛糖(葡萄糖胺),且主要存在于动物和微生物中。氨基糖苷类抗生素如庆大霉素、卡那霉素、链霉素等中含有氨基糖,糖部分对其药理作用具有明显的影响。
3. 糖醇(-itol)
单糖的醛基或酮基还原成羟基后所得的多元醇。如D-山梨醇、D-木糖醇。 4. 去氧糖(deoxysugar)
单糖分子的一个或二个羟基为氢原子代替的糖。 5. 糖醛酸(-uronic acid)
单糖分子中伯醇基氧化成羧基的化合物。如葡萄糖醛酸、半乳糖醛酸。 (2)低聚糖类(oligosaccharides)
2~9个单糖基通过O苷键键合而成的直链或支链糖的聚糖。 1. 分类
* 按含有单糖的个数分类:二糖、三糖、四糖等
* 按是否含有游离醛基或酮基分类:还原糖(如麦芽糖)、非还原糖(如蔗糖) 2. 命名
以末端糖(含游离端基碳)作为母体,除末端糖之外的糖作为糖基,并标明糖与糖的连接位置、成环形式和苷键构型等。
双糖表示方法:(a)母体结合碳位-O- α/β-D/L-单糖-D/L-母体;(b)α/β-D/L-单糖-(碳位→母体碳位)-D/L-母体 三糖以上采用方法(b),且单糖采用缩写,p表示吡喃糖,f表示呋喃糖。 3. 环糊精(cyclodextrin)
由Bacillus macerans等菌产生的一种淀粉酶(cyclomaltodextrin glucano-transferase)的作用下,淀粉分解可生成一种由6~8个葡萄糖以α-1,4环状结合的结晶低聚物,称为Schardinger 糊精。包括α-环糊精(六糖)、β-环糊精(七糖,产量最大)、γ-环糊精(八糖)。其具有良好水溶性,内侧则具有疏水性,常用作药物包合剂等。
(3)多聚糖类(polysaccharide,-an)
由十个以上的单糖通过苷键连接而成的聚糖。 1. 生物体内的功能
* 动植物的支持组织:纤维素、甲壳素等 * 动植物的贮存养料:淀粉、肝糖元等 2. 类型
均多糖、杂多糖、复杂多糖 3. 常见多糖
植物多糖:淀粉(直链/支链,α1→4,分支α1→6)、纤维素(β1→4)、果聚糖、树胶、粘液质、粘胶质等 动物多糖:糖原(与淀粉类似,聚合度大、分支度高)、甲壳素(β1→4)、肝素、硫酸软骨素、透明质酸等 7、苷类(配糖体/糖杂体,Glycosides)
糖与非糖(苷元)通过糖的端基碳原子连接而成的化合物(-oside,-in)。 (1)分类
1. 按苷原子不同分类
氧苷、氮苷、硫苷、碳苷等。 2. 按苷元不同分类
如黄酮苷、蒽醌苷、香豆素、强心苷、皂苷等 3. 按苷键不同分类
醇苷:是通过醇羟基与糖端基羟基脱水而成的苷。 酚苷:是通过酚羟基与糖端基羟基脱水而成的苷。 酯苷(酰苷):苷元以-COOH和糖的端基碳相连接而成的苷。 氰苷:主要是指一类α-羟腈的苷,如苦杏仁苷。 4. 按端基碳构型分
α苷:多为L型,如鼠李糖苷 β苷:多为D型,如葡萄糖苷 5. 按连接单糖个数分
1个糖——单糖苷 2个糖——双糖苷 3个糖——叁糖苷 6. 按糖链个数分
1个位置成苷——单糖链苷 2个位置成苷——双糖链苷 7. 按生物体内存在形式分
原级苷(原生苷)——在植物体内原存在的苷。
次级苷(次生苷)——原级苷水解掉一个糖或(苷元)结构发生改变。 (2)植物糖苷的重要特点
1. 植物糖苷中最常见的组成单糖是葡萄糖、鼠李糖、阿拉伯糖、木糖和半乳糖。 2. 植物糖苷中的糖苷键均为1,2-反式糖苷键,强心苷中2-脱氧糖糖苷键例外。
3. 皂苷的糖链最为复杂和多样,一个分子中可以带有三条糖链,糖链可以是四糖、五糖或更长的寡糖;其次是黄酮苷(包括花青素苷),其中三糖和四糖也较常出现。
4. 其他植物糖苷中的糖链较为简单,如其他萜类(包括单萜、倍半萜、二萜、胡萝卜素等)、芥子素(硫苷)和氰苷等,有许多只含有一个单糖,且往往是葡萄糖。
5. 对于芳香类化合物,如黄酮、香豆素类和蒽醌等,既存在糖与酚羟基相连的O-糖苷,又存在糖与苯环碳相连的C-糖苷。
6. 植物糖苷的糖链有时被一些酰基所修饰(复杂多糖)。 7. 植物糖苷是种属特异性的,因而可作为植物分类的参考。
8. 植物糖苷的糖链是苷元特异性的,反映了植物体内糖基转移酶对苷元的选择性。 9. 一个植物糖苷可能存在于许多植物。
10. 一种植物往往含有一系列的同种类型的糖苷,在结构上仅有微小差别。 (3)物理性质 1. 溶解性
糖——小分子极性大,水溶性好;聚合度增高,水溶性下降。多糖难溶于冷水,或溶于热水成胶体溶液。 苷——亲水性(与连接糖的数目、位置有关) 苷元——亲脂性 2. 味觉
单糖、低聚糖——甜味。
多糖——无甜味(随着糖的聚合度增高,甜味减小) 苷类——苦、甜等 3. 旋光性
具有多个不对称碳原子(故具有旋光性),多数苷类呈左旋。 利用旋光性 → 测定苷键构型(即α、β苷键),如Klyne法:
将苷和苷元的分子旋光差与组成该苷的糖的一对甲苷的分子旋光度进行比较,数值上相接近的一个便是与之有相同苷键的一个。
(4)化学性质
单糖的化学结构中所含活性基团:醛(酮)基、伯醇基、仲醇基、邻二醇基。 1. 氧化反应
单糖分子中醛(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:
COOHCHOCOOHBr2 / H2OCH2OHCH2OH稀HNO3COOH (溴水可区分醛糖与酮糖)
化学反应的活泼性:端基碳原子 > 伯碳 > 仲碳
过碘酸反应——糖苷类和多元醇的结构研究(氧环大小、连接位置、羟基数目等)
主要作用于:邻二醇、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等结构。 (反应中形成五元环结构)
HRCHCR'IO4-R-CHO+R'-CHOOHOHHCHCH 2IO4-R-CHOC+R'-CHO+HCOOHOHOHOHHRCCR'OHO IO4-R-CHO+R'-COOH
HCHCIO4-R-CHO+R'-CHO+NH3NH2OHRR'CC IO4R-COOHOO+R'-COOH 过碘酸反应必有邻二醇或相应结构(无则不反应); 有二氧化碳生成必有羧基; 有甲酸生成必有邻三醇结构; 有氨生成必有氨基; 有羧酸生成必有羰基。 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,产物及消耗过碘酸用Haworth式计算。