1、糖类化合物医学知识糖类化合物医学知识讲座讲座糖类是一类多羟基醛（或酮），或通过水解能产生这糖类是一类多羟基醛（或酮），或通过水解能产生这些醛酮的物质。些醛酮的物质。糖分为三类：单糖、寡糖和多糖。糖分为三类：单糖、寡糖和多糖。单糖单糖 不能再水解的多羟基醛或多羟基酮。不能再水解的多羟基醛或多羟基酮。低聚糖（寡糖）低聚糖（寡糖）含含210个单糖结构的缩合物。以二糖最为多个单糖结构的缩合物。以二糖最为多见，如蔗糖、麦芽糖、乳糖等。见，如蔗糖、麦芽糖、乳糖等。多糖多糖 含含10个以上单糖结构的缩合物。如淀粉、纤维素等。个以上单糖结构的缩合物。如淀粉、纤维素等。2糖类化合物医学知识讲座单糖可根据分子中所
2、含碳原子的数目分为戊糖、己糖等。单糖可根据分子中所含碳原子的数目分为戊糖、己糖等。自然界中存在最广泛的单糖是自然界中存在最广泛的单糖是葡萄糖（多羟基醛）、果糖（多羟葡萄糖（多羟基醛）、果糖（多羟基酮）和核糖。基酮）和核糖。1.单糖的构造式单糖的构造式葡萄糖、果糖等的结构已在上个世纪由被誉为葡萄糖、果糖等的结构已在上个世纪由被誉为“糖化学之父糖化学之父”的费歇尔（的费歇尔（Fischer）及哈沃斯（）及哈沃斯（Haworth）等化学家的不懈）等化学家的不懈努力而确定。努力而确定。一、开链结构及构型一、开链结构及构型3糖类化合物医学知识讲座2.单糖的构型单糖的构型葡萄糖有四个手性碳原子，因此，它有
3、葡萄糖有四个手性碳原子，因此，它有24=16个对映异构体。个对映异构体。所以，只测定糖的构造式是不够的，还必须确定它的构型。所以，只测定糖的构造式是不够的，还必须确定它的构型。(1)相对构型的确定相对构型的确定糖的相对构型糖的相对构型(D和和L系列系列)是以是以D-(+)甘油醛和甘油醛和L-(-)甘油醛作为甘油醛作为标准，将其进行与糖类化合物有关联的一系列反应联系，得到标准，将其进行与糖类化合物有关联的一系列反应联系，得到相应的糖类。相应的糖类。19世纪末，世纪末，20世纪初，费歇尔（世纪初，费歇尔（EFischer）首先对糖进行了）首先对糖进行了系统的研究，确定了葡萄糖的结构。葡萄糖的构型如
4、下：系统的研究，确定了葡萄糖的结构。葡萄糖的构型如下：4糖类化合物医学知识讲座HCHOOHHOHHOHHOHCH2OHHOCHOHHOHHOHHOHCH2OHD-(+)()L葡萄糖葡萄糖凡离羰基最远的凡离羰基最远的C*构型与构型与D-甘油醛相同者为甘油醛相同者为D型，反之为型，反之为L型。型。十六个己醛糖中十二个是费歇尔一个人取得的（于十六个己醛糖中十二个是费歇尔一个人取得的（于1890年完成年完成合成）。所以费歇尔被誉为合成）。所以费歇尔被誉为“糖化学之父糖化学之父”。也因而获得了。也因而获得了1902年的诺贝尔化学奖。（年的诺贝尔化学奖。（38岁出成果，岁出成果，50岁获诺贝尔化学奖）岁获
5、诺贝尔化学奖）5糖类化合物医学知识讲座（a）构型的标记）构型的标记糖类的构型习惯用糖类的构型习惯用D/L名称进行标记。名称进行标记。即编号最大的手性碳即编号最大的手性碳原子上原子上OH在右边的为在右边的为D型，型，OH在左边的为在左边的为L型。型。（b）构型的表示方法）构型的表示方法糖的构型一般用费歇尔式表示，但为了书写方便，也可以写糖的构型一般用费歇尔式表示，但为了书写方便，也可以写成省写式。其常见的几种表示方法为：成省写式。其常见的几种表示方法为：（2）构型的标记和表示方法）构型的标记和表示方法HCHOOHHOHHOHHOHCH2OHHOCHOHHOHHOHHOHCH2OHD-(+)()L
6、葡萄糖葡萄糖CHOCH2OHOHHD-(+)甘油醛6糖类化合物医学知识讲座OHCH2OHOHHOOHCHOCH2OHCHOOHCH2OHHOHHHHOOHHCHO另一种表示方法是用楔型线表示指向纸平面的键，虚线表示另一种表示方法是用楔型线表示指向纸平面的键，虚线表示指向纸平面后面的键。如指向纸平面后面的键。如D-(+)葡萄糖可表示为：葡萄糖可表示为：CCCCOHHOHOHHHOHHCH2OHCHOCCH2OHCHHOHCCCHOHHHOHOOH1234567糖类化合物医学知识讲座要求掌握构型的单糖：要求掌握构型的单糖：CHOCHOHCHOHCOHHC OHHCH2OHD-葡萄糖COCHOHCO
7、HHC OHHCH2OHCH2OHD-果糖CHOCCHOHCOHHC OHHCH2OHHOHD-甘露糖D-半乳糖CHOCHOHCHOHCHHOC OHHCH2OHCHOC OHHCOHHC OHHCH2OHD 核糖D-葡萄糖与葡萄糖与D-甘露糖在构型上只有甘露糖在构型上只有C2构型不同构型不同，称为，称为差向异构差向异构。D-葡萄糖与葡萄糖与D-半乳糖也为差向异构。半乳糖也为差向异构。多个手性碳的非对映体，彼此间只有一个手性碳原子的构型不多个手性碳的非对映体，彼此间只有一个手性碳原子的构型不同，而其余的都相同者，称为差向异构体。同，而其余的都相同者，称为差向异构体。8糖类化合物医学知识讲座环状
8、半缩醛、半缩酮的启迪，糖环形结构的提出：环状半缩醛、半缩酮的启迪，糖环形结构的提出：（1）单糖的变旋现象（）单糖的变旋现象（Mutarotation）9糖类化合物医学知识讲座HOCH2CH2CH2CH2CHOOHHOHOCH2CH2CH2CHOOHHO10糖类化合物医学知识讲座OHHH CH2OHOH OH OH HH，OHO CH2OHOH OH OH H，OH11糖类化合物医学知识讲座（2）单糖的透视式）单糖的透视式哈武斯式哈武斯式原则：原则：把成环的把成环的C、O画成六（五）角环，一般，画成六（五）角环，一般，“O”放放 在后右上在后右上方：方：若若C顺时针编号，遵循顺时针编号，遵循“左
9、上右下左上右下”原则；原则；D型糖尾基在上，型糖尾基在上，L型糖尾基在下。若型糖尾基在下。若C逆时针编号，排列相反。逆时针编号，排列相反。12糖类化合物医学知识讲座13糖类化合物医学知识讲座14糖类化合物医学知识讲座15糖类化合物医学知识讲座（3）单糖的构象）单糖的构象以葡萄糖为例：类似环己烷：以葡萄糖为例：类似环己烷：单糖的物理性质单糖的物理性质16糖类化合物医学知识讲座三、单糖的化学性质三、单糖的化学性质结构分析结构分析1.显色反应显色反应17糖类化合物医学知识讲座18糖类化合物医学知识讲座2.异构化作用：酶或碱催化异构化作用：酶或碱催化3.氧化反应氧化反应19糖类化合物医学知识讲座20糖
10、类化合物医学知识讲座21糖类化合物医学知识讲座5.成脎反应成脎反应4.还原反应还原反应苯肼先与羰基反应成腙，过量的苯肼将与羰基相邻苯肼先与羰基反应成腙，过量的苯肼将与羰基相邻的的-羟基氧化成羰基，而后再与苯肼作用成脎。羟基氧化成羰基，而后再与苯肼作用成脎。22糖类化合物医学知识讲座23糖类化合物医学知识讲座（1）生成）生成（2）性质）性质24糖类化合物医学知识讲座7.糖酯的形成糖酯的形成25糖类化合物医学知识讲座(04,12,31)26糖类化合物医学知识讲座一、双糖（一、双糖（Disaccharides）定义：由两分子相同或不同单糖通过苷键连接而成的化合物。定义：由两分子相同或不同单糖通过苷键
11、连接而成的化合物。还原性二糖：麦芽糖，纤维二糖，乳糖还原性二糖：麦芽糖，纤维二糖，乳糖 非还原性二糖：蔗糖，海藻糖非还原性二糖：蔗糖，海藻糖、麦芽糖：是淀粉水解的产物。、麦芽糖：是淀粉水解的产物。27糖类化合物医学知识讲座HOOHHOHHOHCH2OHHHHOHOHHOHCH2OHHHOHO苷羟基有 型和 型，故有变旋光性羟基未成苷，为还原性糖-1,4-苷键2.纤维二糖（纤维二糖（Cellobiose）28糖类化合物医学知识讲座 乳糖存在于哺乳动物的乳汁中，工业上可从乳清中获得。有乳糖存在于哺乳动物的乳汁中，工业上可从乳清中获得。有变旋现象，是还原糖。变旋现象，是还原糖。蔗糖在甘蔗和甜菜中含量
12、最多，是自然界分布最广的双糖。蔗糖在甘蔗和甜菜中含量最多，是自然界分布最广的双糖。无变旋现象，是非还原糖。无变旋现象，是非还原糖。29糖类化合物医学知识讲座 蔗糖：蔗糖：30糖类化合物医学知识讲座纤维素：自然界分布最广、存在最多的有机物。它纤维素：自然界分布最广、存在最多的有机物。它是是D-葡萄糖以葡萄糖以-，苷键相连的聚合物。，苷键相连的聚合物。淀粉：人类获取糖类的主要来源。可分为直链淀粉淀粉：人类获取糖类的主要来源。可分为直链淀粉和支链淀粉两类。淀粉溶液与碘可产生紫蓝色，是和支链淀粉两类。淀粉溶液与碘可产生紫蓝色，是直链淀粉的定性鉴定反应。直链淀粉的定性鉴定反应。OOHOHCH2OHOOO
13、OHOHCH2OHOOOHOHCH2OHOOOHOHCH2OHOn31糖类化合物医学知识讲座直链淀粉直链淀粉33糖类化合物医学知识讲座34糖类化合物医学知识讲座35糖类化合物医学知识讲座36糖类化合物医学知识讲座37糖类化合物医学知识讲座38糖类化合物医学知识讲座纤维素除可以直接用于纺织、造纸工业外，还可把它变成某纤维素除可以直接用于纺织、造纸工业外，还可把它变成某些衍生物加以利用。些衍生物加以利用。如：纤维素与浓硫酸和浓硝酸的混合物作用，生成纤维素的如：纤维素与浓硫酸和浓硝酸的混合物作用，生成纤维素的硝酸酯：硝酸酯：酯化程度：酯化程度：与混酸的组成及反应时间有关；与混酸的组成及反应时间有关；
14、酯化产物性质：酯化产物性质：2.52.7个个-ONO2/葡萄糖单元，葡萄糖单元，火棉，制炸药火棉，制炸药；2.52.7个个-ONO2/葡萄糖单元，产物易燃，但葡萄糖单元，产物易燃，但 无爆炸性，无爆炸性，胶棉，制塑料，喷漆等胶棉，制塑料，喷漆等。39糖类化合物医学知识讲座又如：纤维素与醋酸酐和硫酸作用，分子中的醇羟基发生乙又如：纤维素与醋酸酐和硫酸作用，分子中的醇羟基发生乙酰化，生成纤维素的醋酸酯：酰化，生成纤维素的醋酸酯：工业上一般使用的是二醋酸酯，可用以制造人造丝，胶片，工业上一般使用的是二醋酸酯，可用以制造人造丝，胶片，塑料等。塑料等。纤维素在纤维素在NaOH溶液中与氯乙酸作用，羟基中的
15、氢可被羧甲基溶液中与氯乙酸作用，羟基中的氢可被羧甲基取代，生成羧甲基纤维素钠盐：取代，生成羧甲基纤维素钠盐：40糖类化合物医学知识讲座一、环糊精一、环糊精环糊精环糊精(cyclodex t rin,CD)系淀粉经环糊精葡聚糖转位酶酶系淀粉经环糊精葡聚糖转位酶酶解环合后得到的由解环合后得到的由6 15 个葡萄糖分子连接而成的环状低聚个葡萄糖分子连接而成的环状低聚糖天然产物糖天然产物,常见的为常见的为、和、和-CD,分别含有分别含有6、7、8 个个葡萄糖分子。葡萄糖分子。-CD 是由是由7 个葡萄糖分子以糖甙键连接构成的截头圆锥形个葡萄糖分子以糖甙键连接构成的截头圆锥形体体,有一个有一个中空的内腔
16、中空的内腔,腔的一端内径为腔的一端内径为9A,另一端内径为另一端内径为8A,葡萄糖残基上的羟基主要分布在腔葡萄糖残基上的羟基主要分布在腔的外围的外围,糖甙键氧原糖甙键氧原子位于腔体中部子位于腔体中部,腔内疏水腔内疏水,腔外亲水。腔外亲水。41糖类化合物医学知识讲座42糖类化合物医学知识讲座利用腔内疏水利用腔内疏水,腔外亲水的特性腔外亲水的特性,CD 对亲脂性药物有包合和增对亲脂性药物有包合和增溶作用。包合物中药物与溶作用。包合物中药物与CD 非共价结合非共价结合,与溶液中的游离药与溶液中的游离药物保持动态平衡。物保持动态平衡。43糖类化合物医学知识讲座-环糊精经不同化学修饰后可得一系列新型衍生
17、物，是近年来环糊精经不同化学修饰后可得一系列新型衍生物，是近年来倍受关注的倍受关注的新型药物包合剂新型药物包合剂。-环糊精衍生物种类繁多，羟烷环糊精衍生物种类繁多，羟烷基化衍生物的水溶性高且毒副作用轻微，具有较高的应用价值。基化衍生物的水溶性高且毒副作用轻微，具有较高的应用价值。其中其中HP-HP-CD更为常用，在药剂学等领域应用日广，被认为更为常用，在药剂学等领域应用日广，被认为是前景最为看好的优良药用辅料之一。是前景最为看好的优良药用辅料之一。HP-HP-CD为一种无定形白色粉末，水溶性极好为一种无定形白色粉末，水溶性极好 以平均取以平均取代度最小的代度最小的2-HP-2-HP-CD的水溶
18、性为最佳，的水溶性为最佳，具有溶血作用轻微具有溶血作用轻微、在人体内不发生代谢等特点在人体内不发生代谢等特点，能够与多种疏水性药物形成包合，能够与多种疏水性药物形成包合物从而增加药物水溶性及药物稳定性，是目前增加药物水溶性物从而增加药物水溶性及药物稳定性，是目前增加药物水溶性和药物稳定性效果最好、应用及研究最广的环糊精衍生物。和药物稳定性效果最好、应用及研究最广的环糊精衍生物。44糖类化合物医学知识讲座用作注射用药物的增溶剂和稳定剂用作注射用药物的增溶剂和稳定剂用以提高口服给药及局部给药的生物利用度用以提高口服给药及局部给药的生物利用度用以减低药物毒副作用用以减低药物毒副作用用作控释制剂载体用
19、作控释制剂载体用作靶向性制剂载用作靶向性制剂载用作手性选择剂用作手性选择剂HP-HP-CD的应用的应用45糖类化合物医学知识讲座糖脂是由糖和脂质部分组成的，糖给予分子以糖脂是由糖和脂质部分组成的，糖给予分子以“亲水亲水极极”。可分为甘油糖脂和鞘糖脂两类。可分为甘油糖脂和鞘糖脂两类。三、糖蛋白三、糖蛋白 糖蛋白是指由比较短的、往往是有分支的寡糖链糖蛋白是指由比较短的、往往是有分支的寡糖链与蛋白质以共价键相连的缀合物。他们广泛存在于与蛋白质以共价键相连的缀合物。他们广泛存在于动物、植物和某些微生物中。动物、植物和某些微生物中。46糖类化合物医学知识讲座 人的血型是由红细胞膜上所谓的人的血型是由红细胞膜上所谓的“抗原决定族抗原决定族”所所决定的，它们是糖蛋白。决定的，它们是糖蛋白。五、化学糖生物学和糖类药物五、化学糖生物学和糖类药物 现在使用的糖类化合物药物已超过现在使用的糖类化合物药物已超过500个，包括个，包括各种抗生素、核苷、多糖和糖脂等。各种抗生素、核苷、多糖和糖脂等。我国很多传统中药的中药成份多数与糖有关。我国很多传统中药的中药成份多数与糖有关。糖类药物的研究和发展也为中医中药的研发提供了糖类药物的研究和发展也为中医中药的研发提供了极好的机遇。极好的机遇。47糖类化合物医学知识讲座
