任务2.2　苷类

苷类（glycosides）亦称苷或配糖体，由糖或糖的衍生物与另一非糖物质（苷元或配基）通过糖的半缩醛或半缩酮羟基与苷元脱水形成的一类化学成分。连接苷元与糖之间的化学键称为苷键，形成苷键的原子称为苷键原子。由于单糖有α及β二种端基异构体，因此形成的苷类也有α-苷和β-苷之分。在天然的苷类中，由D-型糖衍生而成的苷多为β-苷，而由L-型糖衍生而成的苷多为α-苷。

2.2.1　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。因此，从不同的研究角度苷也有多种分类方法。

2.2.1.1　按苷键原子不同分类

（1）氧苷

苷元通过氧原子和糖相连接而成的苷，是一类数量最多、最常见的苷类。根据形成苷键的苷元羟基类型不同，又有如下类别：

①醇苷　是苷元的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（salidroside）、杀虫抗菌作用的毛茛苷（ranunculin）、解痉止痛作用的掉牙美苷等都属于醇苷。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。

②酚苷　苷元分子中的酚羟基与糖脱水而成的苷。如天麻中具有镇静作用的有效成分天麻苷（gastrodin）、丹皮中的丹皮苷（paeonolide）以及存在于柳树及杨树皮中的水杨苷（salicin）等。

③酯苷　苷元中羧基与糖缩合而成的苷，其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（tuliposide）A和B，是山慈菇中抗霉菌的活性成分，被水解后，苷元立即环合生成山慈菇内酯（tulipalin）A和B。某些二萜和三萜化合物的羧基也常与糖缩合成酯苷，尤其在三萜皂苷中酯苷更较多见。

④氰苷　是指一类具有α-羟基腈的苷。其特点是多数为水溶性，不易结晶、容易水解，尤其是在有稀酸和酶催化时水解更快，生成的苷元α-羟腈很不稳定，立即分解为醛（酮）和氢氰酸；而在浓酸作用下，苷元中的—CN基易氧化成—COOH基，并产生NH4 +；在碱性条件下，苷元容易发生异构化而生成α-羟基羧酸盐。

苦杏仁苷（amygdalin）属于α-羟腈苷，小剂量口服时，由于释放少量氢氰酸，抑制呼吸中枢，产生镇咳作用，大剂量易引起中毒，甚至死亡。除α-羟腈苷外还有γ-羟腈苷，该类化合物水解后不产生氢氰酸，如垂盆草中具有降低血清转氨酶活性成分的垂盆草苷。

⑤吲哚苷　是由苷元吲哚醇的羟基与糖缩合而成的苷。如豆科木蓝属（Indigofera-L）植物属和寥蓝（Polygonum tinctorium）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。中药青黛就是粗制靛蓝，民间用以外涂治腮腺炎，有抗病毒作用。

（2）硫苷

糖端基羟基与苷元上巯基缩合而成的苷称为硫苷。常存在于十字花科植物中，如萝卜中的萝卜苷（glucoraphenin），煮萝卜时的特殊气味与含硫苷元的分解产物有关。黑芥子中的黑芥子苷（sinigrin）和白芥子中的白芥子苷（sinalbin）等也都是硫苷。芥子苷被其伴存的芥子酶水解，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）氮苷

糖上的端基碳与苷元上氮原子相连接而成的苷称为氮苷。如生物化学中经常遇到的腺苷（adenosine）、鸟苷（guanosine）、胞苷（cytidine）、尿苷（uridine）等是核酸的重要组成部分。在中药巴豆中也存在与腺苷结构相似的N-苷，称为巴豆苷。巴豆苷水解后产生巴豆毒素具大毒，能抑制蛋白质的合成。

（4）碳苷

碳苷是一类直接以糖的端基碳原子与苷元碳原子相连接而成的苷类。碳苷在蒽醌及黄酮类化合物中最为常见，具有水溶性小，难于水解的共同特性。如牡荆素（vitexin）、芦荟苷（aloin）即是C-苷类。

2.2.1.2　其他分类方法

按苷元的化学结构类型，可以将苷类分为香豆素苷、蒽醌苷、黄酮苷、吲哚苷等。按苷类在植物体内的存在状况，可将原存在于植物体内的苷称为原生苷（primary glycosides），原生苷水解失去一部分糖后生成的苷，称为次生苷（secondary glycosides）。如苦杏仁苷是原生苷，水解后失去一分子葡萄糖而成的野樱苷就是次生苷。

此外，常见的分类方法还有：按苷的生理作用分类，如强心苷；按苷的特殊物理性质分类，如皂苷；按糖的种类或名称分类，如葡萄糖苷、木糖苷、去氧糖苷；按苷分子所含单糖的数目分类，可分为单糖苷、双糖苷、三糖苷等；按苷分子中的糖链数目分类，可分为单糖链苷、双糖链苷等；按其植物来源分类，有人参皂苷、柴胡皂苷等。

2.2.2　理化性质及检识

2.2.2.1　性状

苷类多数是固体，其中糖基少的苷类可形成结晶，糖基多的如皂苷多为具有吸湿性的无定形粉末状。多数苷类无色，苷类是否有颜色取决于苷元部分共轭系统的大小和助色团的存在与否。如黄酮苷、蒽醌苷、花色苷呈现一定的颜色。苷类一般是无味的，但也有很苦或很甜的苷，例如穿心莲新苷是苦味的，甜叶菊苷有强烈的甜味。有些苷类对黏膜具有刺激作用，如皂苷、强心苷等。

2.2.2.2　旋光性

苷类具有旋光性，天然苷类多呈左旋，苷水解后由于生成的糖是右旋的，因而使混合物呈右旋。苷类旋光度的大小与苷元和糖的结构，以及苷元和糖、糖和糖之间的连接方式均有关系，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。

2.2.2.3　溶解性

一般讲苷与它的苷元比较。苷具有一定的亲水性，一般可溶于热水、甲醇、乙醇等极性有机溶剂。其分子的极性、亲水性随糖基数目的增加而增大，另外一些极性较小的大分子苷元（如甾醇、萜醇等）的单糖苷，由于糖基所占的比例相应变小，则亲脂性增加。而苷元一般极性较小成亲脂性，难溶于水。在用不同极性的溶剂提取时，提取部分中都有存在苷类的可能，但主要存在于极性大的部位。

无论是在水还是在其他溶剂中，碳苷溶解度一般都较小。

2.2.2.4　呈色反应及检识

苷类化合物由苷元和糖两部分组成，因此苷具有糖的一些呈色反应，并且是苷共有的反应。最常用的是Molish反应，可借此反应来检识糖和苷的存在。含有特殊的糖，如α-去氧糖有专门的检识方法。含各种结构类型苷元的苷类还有其特别的、有针对性的检识方法。这些将在以后的项目中学习。

2.2.2.5　苷键的裂解

苷类化合物在稀酸或酶的作用下，苷键可发生断裂，水解成为苷元和糖。苷键的裂解是研究苷类的组成和结构的重要方法。通过苷键的裂解反应将有助于了解苷元的结构、糖的种类和组成，确定苷元与糖、糖与糖之间的连接方式。苷键裂解的方法主要有酸催化水解、碱催化水解、酶催化水解和氧化开裂法等。

（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。苷发生酸催化水解反应的机理是：苷键原子首先发生质子化，然后苷键断裂生成苷元和糖的碳正离子或半椅型中间体，在水中碳正离子经溶剂化，再脱去氢离子而形成糖。如氧苷中的葡萄糖苷的稀酸水解反应历程：

从上述反应机理可以看出，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按苷原子的不同　苷类酸水解的易难顺序为：N-苷>O-苷>S-苷>C-苷。氮原子上有一对孤对电子，易于接受电子，故氮苷最易发生酸水解。而碳原子上无游离电子对，不能质子化，故碳苷很难发生水解。但是，苷键氮原子处于酰胺氮或嘧啶环中时，因酰基的吸电子作用，使苷键氮原子的电子云密度降低，导致该氮苷亦难水解。

②按糖的种类不同

a.呋喃糖苷较吡喃糖苷容易水解。这是由于五元呋喃环的平面性使环上各取代基处于重叠位置，张力较大，形成水解中间体可使张力减小，故有利于水解。一般果糖、核糖等多为呋喃糖，葡萄糖、半乳糖、鼠李糖等都以吡喃糖存在，而阿拉伯糖则两种形式都有。

b.酮糖苷较醛糖苷易于水解，因为酮糖大多为呋喃糖，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。

c.吡喃糖苷中，吡喃环C5上的取代基越大越难于水解。其水解速率顺序是：五碳糖苷>甲基五碳糖苷>六碳糖苷>七碳糖苷>糖醛酸苷。

d.氨基糖较羟基糖难于水解，羟基糖又较去氧糖难于水解。这是因为吸电子基的诱导效应，尤其是C2上的取代基对质子的竞争性吸引使苷键原子的电子云密度降低，质子化困难所致。其水解的易难顺序是：2，6-去氧糖苷>2-去氧糖苷>6-去氧糖苷>2-羟基糖苷>2-氨基糖苷。

③按苷元的不同

a.芳香族苷因苷元部分在苷键原子质子化时对苷键原子有一定的供电作用，其水解比脂肪族苷（如萜苷、甾苷）容易得多。某些酚苷、如蒽醌苷、香豆素苷不用加酸，只加热就可以水解。

b.苷元为小基团者，苷键为横键的比苷键为竖键的易于水解，因为横键上原子易于质子化：苷元为大基团者，苷键为竖键的比横键的易于水解，因为苷的不稳定性促使水解。

对于难水解的苷类需要采用较为剧烈的条件，常常使苷元发生脱水等变化，而不能得到真正的苷元，为防止结构发生变化，可用二相酸水解法，即在反应混合液中加入与水不相混溶的有机溶剂（如苯、氯仿等），苷元一旦生成即刻进入有机相，避免与酸长时间接触，从而获得真正的苷元。

（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或酶水解的，很少用碱催化水解。但酯苷、酚苷、烯醇苷和β-位吸电子基团的苷类易为碱催化水解。如藏红花苦苦、靛苷、蜀黍苷等都可为碱所水解。

（3）酶催化水解

酸碱催化水解总的说来比较剧烈，糖和苷元部分均有可能发生进一步的变化，使产物复杂化。与此相比，酶催化反应具有专属性高、条件温和的特点，不会破坏苷元的结构，可得到真正的苷元。同时酶的高度专属性和水解的渐进性，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，也为酸或碱催化反应所不及。因而酶水解已成为苷类水解的重要方法。

酶的专属性很强，特定的酶只能催化水解特定构型的苷键。如常用的麦芽糖酶（maltase）是一种α-苷酶，它只能使α-葡萄糖苷水解；转化酶（invertase）能水解β-果糖苷键；苦杏仁酶（emulsin）主要水解β-葡萄糖，但专属性较差，也能水解一些其他六碳糖的β-苷键；纤维素酶（cellulase）也是一类水解β-葡萄糖苷键的酶。

由于纯化酶很困难，且多数酶的确切作用至今尚不清楚，目前使用的多数仍为未提纯的混合酶，如粗陈皮苷酶（hesperidinase）、淀粉酶（takadiastase）、纤维素酶等。需要特别强调的是，含苷的中药往往也含水解相应苷的酶，但在未损伤的植物组织中，底物和水解酶是完全分隔开的，组织粉碎后酶才发生作用。因此，在中药的采收、加工、贮藏和提取过程中，必须特别注意中药内存的酶对所含苷的影响。

（4）氧化开裂法

Smith裂解法是常用的氧化开裂法，它是一种在过碘酸氧化的基础上进行温和水解的方法，可避免用酸水解时苷元发生脱水或构型的变化易得到真正的苷元，这对苷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。此法先将样品溶于水或稀醇液中，加入过碘酸，室温下将糖氧化开裂成二醛，然后用四氢硼钠将醛还原成伯醇，以防醛与醇进一步缩合，最后调节至pH 2左右，室温放置即可将其水解成苷元、多元醇和羟基乙醛等产物。但是此法不适用于苷元结构上有邻二醇结构的苷类。

难水解的C-苷常用此法进行水解，可获得连有一个醛基而其他结构保持不变的苷元。