中药化学教案—第三章苷类化合物

第三章苷类化合物

课次：8、9

课题：第三章苷类

一、目的要求：1．说出苷的含义和结构特点、结构分类。2．简述苷类的一般理化性状。3．详述苷的水解作用及其水解前后结构、性质的变化规律。4．简述苷和苷元的提取原理和提取方法。5．详述氰苷结构、水解产物的结构特点及与药效、毒性的关系。6．了解氰苷、硫苷、吲哚苷类中药的研究情况。

二、内容摘要：1．苷的含义、结构和分类。2．苷的理化性质：一般形态、溶解性、旋光性、水解性、苷的非特征检识等。3．苷类的一般提取方法。

4．氰苷、硫苷、吲哚苷的结构、性质和检识方法。

5．苦杏仁苷。

三、重点：1．苷的含义、结构和分类。2．苷的水解作用及其水解前后结构、性质的变化规律。3．苷类的一般提取方法。

四、难点：1．苷的水解作用及水解前后物质结构、溶液性质的变化规律。2．氰苷、硫苷、吲哚苷的结构性质。

五、育人目标：

通过典型氰苷－苦杏仁苷的结构、性质的学习，进一步认识毒性和药性的辩证关系及其在中药炮制和临床应用中的意义。

六、教学内容分析及教法设计：

（一）教学过程：组织教学：检查学生出勤，填写教学日志，随机应变，组织好课堂纪律。

课程引入：以甜叶菊苷为例，说明苷在植物体中的广泛存在，再以苦杏仁为例，说明苷的水解与药物炮制的关系。引出学习苷类的重要性。

展示目标：略

进行新课：

第三章苷类

苷类，又称配糖体。是糖或糖的衍生物如氨基糖、糖醛酸等与另一类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，其连接的键则称为苷键。1．单糖苷：由于单糖有a及B两种端基异构体。因此形成的苷也有a -苷和B -苷之分。在天然的苷

类中，由D型糖衍生而成的苷；多为B -苷（例如B -D-葡萄糖苷），而由L型糖衍生的苷，

多为a -苷（例如a -L-鼠李糖苷），但必须注意B -D-糖苷与a-L-糖苷的端基碳原子的绝对构型是相同的，例如：B -D-葡萄糖苷a -L-鼠李糖苷苷中与苷元连接的单糖最常见的有 D 一葡

萄糖，此外，还有D-芹糖、L-阿拉伯糖、D-木糖、D-核糖、D-鸡纳糖、L-鼠李糖、D-夫糖、D-甘露糖、D-半乳糖、D-果糖、D-葡萄糖醛酸及D-半乳糖醛酸。

(1)五碳醛糖：L 一芹糖、B—木糖、L 一阿拉伯糖、D 一核糖

( 2) 甲基五碳糖： D 一鸡纳糖、L 一鼠李糖、 D 一夫糖

(3)六碳醛糖：D 一葡萄糖、D甘露糖、D —乳糖

( 4) 六碳酮糖：L 果糖

( 5)糖醛酸： D 葡萄糖醛酸；L 半乳糖醛酸2．寡糖苷：

与苷元连接的双糖常见的有龙胆双糖、麦芽糖、冬绿糖、蚕豆糖、昆布双糖、槐糖。芸香糖、新橙皮糖等。叁糖以上苷只在强心苷中介绍，其它比较少见。

第一节结构与分类苷类涉及范围较广，苷元的结构类型差别很大，几乎各种类型的天然成分都可与糖结合成苷，且其性质和生物活性各异，在植物中的分布情况也不同。由于这些原因，一般将苷类按不同的观点和角度作不同方式的分类。

一、按苷元的化学结构分类：根据苷元的结构可分为氰苷、香豆素苷、木脂素苷、蒽酮苷、黄酮苷等。如苦杏仁苷。七叶内酯苷、靛苷等。苦杏仁苷 (氰苷)、七叶内酯苷 (香豆素苷) 、靛苷(吲跺苷) 。

二、接苷类在植物体户的存在状况介绍：原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。例如苦杏仁若是原生苷，水解后失去一分子葡萄糖而成的野樱苷就是次生苷。

三、苷键原子分类

根据苷键原子的不同，可分为0-苷、S-苷、N-苷和C-苷，这是最常见的苷类分类方式。

其中最常见的是0-苷。

1 ．0-苷包括醇苷、酚苷、氰苷、酯苷等。

( 1)醇苷是通过醉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。杀虫抗菌作用的毛英苷，解痉止痛作用的掉牙美苷苷等都属于醇苷。醇苷苷元中不少属于萜类和甾醇类化合物，其中强心苷和皂苷是醇苷中的重要类型。近年来发现的环苷，如从海星

(Ech in aster mpitus)中分得的海星环苷，是由三个糖单位与甾体C-3、C-6位键合而成的。

( 2)酚苷是通过酚羟基而成的苷，如苯酚苷、茶酚苷。蒽醌苷、香豆素苷、黄酮苷。

木脂体苷等都属于酚苷。如天麻( Ga。trndia elata)中的镇静有效成分天麻苷。存在于柳树

和杨树皮中的水杨苷。

(3)氰苷主要是指一类a -羟基腈的苷，现已发现50多种，分布十分广泛。其特点是多数为水溶性，不易结晶、容易水解，尤其有酸和酶催化时水解更快。生成的苷元。

(4)吲哚苷：豆科( Indigofer )植物属和寥蓝( Polygonu tinctoriu )中特有的靛苷是

一种吲哚苷。其苷元吲哚醇无色，易氧化成暗蓝色的靛蓝c,靛蓝具有反式结构，中药青黛

就是粗制靛蓝，民间用以外涂治鳃腺炎，有抗病毒作用。

2. S-苷：糖端基羟基与苷元上筑基缩合而成的苷称为硫苷。如萝卜中的萝卜苷，煮萝卜j 的特殊气味与含硫苷元的分解产物有关。

芥子苷是存在于十字花科植物中的一类硫苷,具有如下通式并几乎都以钾盐形式获得。如黑芥子(Brassia nigra)中的黑芥子苷。芥子背经其件存的芥子酶水解，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：糖上端基碳与苷元上氮原子相连的苷称为N-苷。如生物化学中经常遇到的腺苷和

鸟苷等。在中药巴豆中也存在与腺苷结构相似的N-苷，称为巴豆苷。

4. C-苷：是一类糖基不通过O原子，而直接以C原子与苷元的C原子相连的苷类。C-苷在

总行生物及黄酮类化合物中最为常见。C-苷常与O-苷共存。它的形成是由苷元酚基所活化

的邻或对位氢与糖的端基羟基脱水缩合而成的。黄酮碳苷糖基一般在 A 环,局限于 6 或8

位。碳苷类具有溶解度小，难水解的共同特点。如牡荆素、芦荟苷即是C-苷类。

除此之外，分类方法还有：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。③按糖的名称分类，如木糖苷、葡萄糖苷等。④按连接单糖基的数目分类，如单糖苷、双糖苷、叁糖苷等。⑤接连接的糖链数目分类。

第二节理化性质

一、形态和溶解性

苷类多是固体，其中糖基少的可结晶，糖基多的如皂苷，则多呈具有吸湿性的无定形粉末。苷类?般是无味的，但也有很苦的和有甜味的，例如穿心莲新苷是苦味的；有甜味的苷极少。苷类的亲水性与糖基的数目有密切的关系，其亲水性往往随糖基的增多而增大，大分子苦无如自醇等的单糖苷常可溶于低极性有机溶剂，如果糖基增多，则苷元所占比例相应变小，亲水性增加，在水中的溶解度也就增加。因此用不同极性的溶剂顺次提取时，在各提取部位都有发现苷的可能。C-苷与0-苷不

同，无论在水或其他溶剂中的溶解度一般都较小。

二、旋光性

多数苷类呈左旋，但水解后，由于生成的糖常是右旋的，因而使混合物呈右旋，比较水解前后旋光性的变化，也可用以检识苷类的存在，但必须注意，有些二糖或多糖的分子中也都有类似的苷键，因此一定在水解产物中找到苷元，才能确认有无苷类的存在。

三、苷健的裂解

苷键裂解反应是研究多糖和苷类的重要反应。通过苷键的裂解反应可使昔键切断，其目的在于了解组成苷类的苷元结构及所连接的糖的种类和组成，决定苷元与糖的连接方式及糖

与糖的连接方式。切断苷键有的可用酸、碱催化等化学方法，有的需采用酶和微生物等生物学方法。

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。水解反应是苷原子先质子化，然后断健生成阳碳离子或半椅型中间体，在水中溶剂化而成糖，酸催化水解的难易与苷键原子的电子云密度及其空间环境有密切的关系，只要有利于苷键原子的质子化就有利于水解，因此水解难易的规律可从苷键原子、糖、苷元三方面来讨论。

(1)按苷键原子不同，酸水解的易难顺序为：

N-苷〉0-苷〉S-苷〉C-苷。N易接受质子，最易水解，而 C 上无未共享电子对，不能质子化，很难水解。

(2)呋喃糖较吡喃糖苷易水解，水解速率大50?100 倍。这是由于五元呋喃环的平面

性使各取代基处于重叠位置、形成水解中间体可使张力减少，故有利于水解。所以在多糖中果糖最易水解下来，但当为了水解别的苷键而加剧水解条件时，就会破坏果糖。在天然糖苷中，果糖和核糖都是呋喃糖，阿拉伯糖二者都有，葡萄糖、半乳糖、甘露糖一般为吡喃糖。但一般酸水解难于确定是吡喃糖环还是呋喃糖环，这时可用甲醇解( HCI-Me0H )，因为生

成的呋喃糖甲苷和吡喃糖甲苷的层析行为不同。

( 3)酮糖较醛糖易水解。因为酮糖大多为呋喃糖结构，而且酮糖端基上接有一个大基

团-CH3可以减少分子中的立体障碍，使反应有利于水解的方向。

( 4)毗吨糖苷中叶哺环的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-C00H，则最难水解。

( 5)氨基糖较羟基糖难水解，羟基糖又较去氧糖难水解。尤其是C-2 上取代氨基的糖，因为它对质子的竞争性吸引使苷键原子质子比困难。当羟基、氨基乙酸化后水解又变得容易

了。

( 6)苷元为小基因者，苷键横键的比苷键竖键的易于水解，因为横键上原子易于质子。苷元为大基团者，苷键竖键的比横键的易于水解，因为苷的不稳定性促使水解。

难水解的苷类在剧烈的条件下，常可使昔元发生脱水，形成脱水苷元，而不能得到真正的苷元，如用二相水解法，即在反应液中加入与水不相混溶的有机溶剂（如苯），这就可使苷元一旦生成，立即溶于水不相混溶的有机溶剂中，以避免苷元与酸长时间接触，从而得到真正的苷元以供结构测定的需要。

2．碱催化水解：一般的苷键对稀碱是稳定的，不易被碱催化水解，故苷类多数是采用稀酸水解的，很少用碱水解，仅酯苷、酚苷、烯醇苷和p 一吸电子基取代的苷等才易为碱所水解，如藏红花苦苦、靛苷、蜀黍苷等都可为碱所水解。但有时水解后得到的是脱水苷元，例如在藏红花苦苷的结构中，其苷键的邻位碳原子上有受吸电子基活化的质子，加破后往往起消除反应，而生成双烯醛。

3．酶催化水解：由于酸碱催化水解条件总的说来比较剧烈，糖和苷元部分均有可能发生进一步的变化，使产物复杂化，而且无法区别苷键的构型。与此相比，酶催化反应具有专属性高，条件温和

的特点。用酶水解苷键可以获知苷键的构型，可以保持苷无结构不变，还可以保留部分苷键得到次级

苷或低聚糖，以便获知苷元和糖、糖和糖之间的连接方式。

常用的酶有转化糖酶，水解B -果糖苷键。麦芽糖酶专使a -葡萄糖苷键水解。杏仁苷酶

是一种B -葡萄糖苷水解酶，专属性较低，水解一般葡萄糖苷和有关六碳醛糖苷。纤维素酶也是B葡

萄糖背水解酶，穿心莲（Audngraphis pqniculata ）中的穿心莲内酯19-卜D-葡萄糖

苷用硫酸水解时将发生去氧和末端双键移位，而用纤维素酶水解可得到苷元。此外蜗牛酶、高峰糖化酶、橙皮苷酶、柑桔苷酶等也常用于苷键水解。

虽然B -葡萄糖苷水解酶类水解氰苷的作用早已发现，但多数酶的确切作用至今尚不清楚，由于纯化酶很困难，目前使用的多数仍然为未提纯的混合酶。例如杏仁苷酶就是一种混合酶，其中存在的B -葡萄糖苷酶水解苦杏仁苷认为是分段进行的。一种B -葡萄糖苷酶首先

水解端点的葡萄糖；得到野樱苷，然后第二种酶水解野樱背得到苯羟乙睛，完整的龙胆双糖单体在水解中没有得到。最后苯羟乙睛在酶作用下分解成苯甲醛和氢氰酸。反应式见本章。

总的来说水解酶是一些基因特异性的酶，即只需底物分子的一部分构造适合就可起反应。这是一些同工酶，即分子结构、大小、形状不同而可催化同一类反应的一类酶。

pH 条件对酶水解反应是十分重要的，例如芥子苦酶是十字花科植物特别是芥菜子中含有的一种

特殊的酶，对芥子背起专属性的水解作用。水解产物随pH 改变而不同。在pH7 时

酶解生成异硫氰酸酯，在pH3?4时酶解生成睛和硫磺。

植物体内含有苷也含有水解这种苷的酶，但在未损伤的植物组织中，底物和水解酶是完全分隔开的。例如幼高粱（So呼为un vulgore ）中的蜀黍苷分布于表皮细胞的液泡中，而B -葡萄糖苷酶集中在叶内细胞，组织粉碎后卜葡萄糖苷酶才发生作用。由于水解酶纯化的麻烦，近来有人用微生物的培养法水解苷类。在微生物培养液中加入苷，利用微生物体内的酶催化反应，将苷键水解。某些微生

物会把苷中的糖元当作碳源消耗掉，只留下苷元。酵母菌即是一例。

4?氧化开裂法：Smith裂解是常用的氧化开裂法。难水解的C-苷常用此法进行水解，

以避免使用剧烈的酸水解，而可得到完整的苷元，这对昔元的结构研究具有重要的意义。此外，从降解得到的多元醇，还可确定苷中糖的类型，例如连有葡萄糖、甘露糖、半乳糖或果糖的苷经降解

后，其降解产物中有乙三醇；连有阿拉伯糖、木糖或山梨糖的C-苷，其降解

产物中有乙二醇；而连有鼠李糖、夫糖或鸡纳糖的C-苷，其降解产物中应有1, 2-丙二醇。

Simth裂解反应分三步：第一步在水或稀醇溶液中，用NalO。在室温条件下将糖氧化裂解为二

元醛；第二步将二元醛用NaBH 4 还原为醇，以防醛与醛进一步缩合而使水解困难，第三步调节PH2 左右，室温放置让其水解。由于这种醇的中间体具有真正的缩醛结构，比苷的环状缩醛更容易被稀酸

所催化水解。

有些氧苷，特别在皂苷的结构研究中，为了避免用酸水解时苷元发生脱水或构型的变化，也常采用Smith 裂解。例如人参、柴胡、远志等的皂苷，用此法水解获得了真正的苷元。

虽然Smith裂解对苷元结构容易改变的苷以及C-苷水解研究特别适宜。但此法显然不

适用于苷元上也有1, 2-二醇结构的苷类。

四、显色反应

苷类化合物由苷元和糖两部分组成，苷元的结构多种多样，故苷类化合物能发生相应的苷元和糖的各种显色反应。糖是苷类化合物的必需组成部分，故所有的苷类化合物都可以发生糖的显色反应。其中最重要的是Molish反应。常用的Molish试剂由浓硫酸和a -萘酚组成。硫酸兼有水解苷键的作用，生成的单糖在浓硫酸的作用下，失去三分子水，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。可借此反应来检识糖和苷类化合物的存在。

第三节提取与分离

在植物体内苷类常与能水解苷的酶共存于不同的细胞中，因此在提取苷时，必须设法抑制或破坏酶的活性，一般常用的方法是在中药中加入一定量的碳酸钙，或采用甲醇、乙醇或沸水提取，

同时在提取过程中还须尽量勿与酸和碱接触，以免苷类为酸和碱水解，如不加注意，则往往提到的就不是原生苷，而是已水解失去一部分糖的次生苷，甚至是苷元。此外，在提取时还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，因此其提取方法是有差别的。

各种苷类分子中，由于苷元结构的不同，所连接糖的数目和种类也不一样，很难有统一的提取方法，如果用极性不同的溶剂循极性由小到大次序进行提取，则在每一提取部分，都可能有苷的存在。

第四节鉴别与结构测定苷类的结构研究主要包括苷元的结构研究，糖的鉴定、糖链的结构测定及苷键构型的研究等几个方面的内容。其中苷元的结构类型较多，可按其所属类型分别进行研究，其方法见其余各章。下面重点介绍糖的鉴定和糖链的结构测定及苷键构型的研究等方面的内容。一、糖的鉴定

苷类水解所得到的各种单糖和低聚糖的结构大多数是已知的，只要与各种已知糖的标准品对照就可加以鉴定。但由于糖的水溶性很大，不易获得结晶，有些物理常数无法测定，给印证工作带来困难。以往用化学方法制成衍生物，再作分离鉴定，手续繁琐。而各种色谱技术的应用，给糖类的鉴定带来了极大的方便。

(一)纸色谱

糖类的纸色谱常用水饱和的有机溶剂展开，其中以正丁醇-乙醇-水和水饱和的苯酚两种

系统应用最为普遍。因为糖类的水溶性很大，R f值和溶剂的含水量有很大关系，在一般含水

量少的溶剂系统中层析时，R f值很小。例如水饱和正了醇的含水量比较少，如加入乙酸，毗

峻或乙醇就可大大增加含水量，也就增加了糖的R f值。

单糖中，一般碳原子数目少的糖R f值比碳原子多的大。苷碳原子数目相同，则酮糖比

醛糖的大，去氧糖则更大。分子组成相同的糖，构象式中竖键羟基多的比横键羟基多的R f 值大。

第五节实例—苦杏仁

苦杏仁为蔷薇科植物山杏 ( Prunus armeniaca L.var. ansu Maxim. )西伯利亚杏 (Prunus sibiri L. )、东北杏 [Prunus.andshurica(Maxim ．) Koehueakakak 或杏( Prunusarmeniaca L.) 的干燥成熟种子。其中所含苷类主要是苦杏仁苷( amygdalin),含量不低于3%。苦杏仁苷的分子式为

C20H27NO11。其三水化合物为斜方柱状结晶(水) ，熔点200 C,无水物熔点约为220 C。: a] =-40。。易溶于水，醇，而几乎不溶于乙醚。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。a -羟基苯乙睛很不稳定，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，发生苯甲醛的特殊香气。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，

10min 后，试纸显砖红色。反应式如下：

苦杏仁苷－野樱苷－苯羟乙腈－苯甲醛。

目标检测：略

教学参考资料：略

课外作业：略