任務2.2　苷類

苷類（glycosides）亦稱苷或配糖體，由糖或糖的衍生物與另一非糖物質（苷元或配基）通過糖的半縮醛或半縮酮羥基與苷元脫水形成的一類化學成分。連接苷元與糖之間的化學鍵稱為苷鍵，形成苷鍵的原子稱為苷鍵原子。由于單糖有α及β二種端基異構體，因此形成的苷類也有α-苷和β-苷之分。在天然的苷類中，由D-型糖衍生而成的苷多為β-苷，而由L-型糖衍生而成的苷多為α-苷。

2.2.1　分類

苷類涉及范圍較廣，苷元的結構類型差別很大，幾乎各種類型的天然成分都可與糖結合成苷，且其性質和生物活性各異，在植物中的分布情況也不同。因此，從不同的研究角度苷也有多種分類方法。

2.2.1.1　按苷鍵原子不同分類

（1）氧苷

苷元通過氧原子和糖相連接而成的苷，是一類數量最多、最常見的苷類。根據形成苷鍵的苷元羥基類型不同，又有如下類別：

①醇苷　是苷元的醇羥基與糖端基羥基脫水而成的苷。如具有致適應原作用的紅景天苷（salidroside）、殺蟲抗菌作用的毛茛苷（ranunculin）、解痙止痛作用的掉牙美苷等都屬于醇苷。醇苷苷元中不少屬于萜類和甾醇類化合物，其中強心苷和皂苷是醇苷中的重要類型。

②酚苷　苷元分子中的酚羥基與糖脫水而成的苷。如天麻中具有鎮靜作用的有效成分天麻苷（gastrodin）、丹皮中的丹皮苷（paeonolide）以及存在于柳樹及楊樹皮中的水楊苷（salicin）等。

③酯苷　苷元中羧基與糖縮合而成的苷，其苷鍵既有縮醛性質又有酯的性質，易為稀酸和稀堿所水解。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，苷元立即環合生成山慈菇內酯（tulipalin）A和B。某些二萜和三萜化合物的羧基也常與糖縮合成酯苷，尤其在三萜皂苷中酯苷更較多見。

④氰苷　是指一類具有α-羥基腈的苷。其特點是多數為水溶性，不易結晶、容易水解，尤其是在有稀酸和酶催化時水解更快，生成的苷元α-羥腈很不穩定，立即分解為醛（酮）和氫氰酸；而在濃酸作用下，苷元中的—CN基易氧化成—COOH基，并產生NH4 +；在堿性條件下，苷元容易發生異構化而生成α-羥基羧酸鹽。

苦杏仁苷（amygdalin）屬于α-羥腈苷，小劑量口服時，由于釋放少量氫氰酸，抑制呼吸中樞，產生鎮咳作用，大劑量易引起中毒，甚至死亡。除α-羥腈苷外還有γ-羥腈苷，該類化合物水解后不產生氫氰酸，如垂盆草中具有降低血清轉氨酶活性成分的垂盆草苷。

⑤吲哚苷　是由苷元吲哚醇的羥基與糖縮合而成的苷。如豆科木藍屬（Indigofera-L）植物屬和寥藍（Polygonum tinctorium）中特有的靛苷是一種吲哚苷。其苷元吲哚醇無色，易氧化成暗藍色的靛藍。中藥青黛就是粗制靛藍，民間用以外涂治腮腺炎，有抗病毒作用。

（2）硫苷

糖端基羥基與苷元上巰基縮合而成的苷稱為硫苷。常存在于十字花科植物中，如蘿卜中的蘿卜苷（glucoraphenin），煮蘿卜時的特殊氣味與含硫苷元的分解產物有關。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，生成的芥子油含有異硫氰酸酯類、葡萄糖和硫酸鹽，具有止痛和消炎作用。

（3）氮苷

糖上的端基碳與苷元上氮原子相連接而成的苷稱為氮苷。如生物化學中經常遇到的腺苷（adenosine）、鳥苷（guanosine）、胞苷（cytidine）、尿苷（uridine）等是核酸的重要組成部分。在中藥巴豆中也存在與腺苷結構相似的N-苷，稱為巴豆苷。巴豆苷水解后產生巴豆毒素具大毒，能抑制蛋白質的合成。

（4）碳苷

碳苷是一類直接以糖的端基碳原子與苷元碳原子相連接而成的苷類。碳苷在蒽醌及黃酮類化合物中最為常見，具有水溶性小，難于水解的共同特性。如牡荊素（vitexin）、蘆薈苷（aloin）即是C-苷類。

2.2.1.2　其他分類方法

按苷元的化學結構類型，可以將苷類分為香豆素苷、蒽醌苷、黃酮苷、吲哚苷等。按苷類在植物體內的存在狀況，可將原存在于植物體內的苷稱為原生苷（primary glycosides），原生苷水解失去一部分糖后生成的苷，稱為次生苷（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櫻苷就是次生苷。

此外，常見的分類方法還有：按苷的生理作用分類，如強心苷；按苷的特殊物理性質分類，如皂苷；按糖的種類或名稱分類，如葡萄糖苷、木糖苷、去氧糖苷；按苷分子所含單糖的數目分類，可分為單糖苷、雙糖苷、三糖苷等；按苷分子中的糖鏈數目分類，可分為單糖鏈苷、雙糖鏈苷等；按其植物來源分類，有人參皂苷、柴胡皂苷等。

2.2.2　理化性質及檢識

2.2.2.1　性狀

苷類多數是固體，其中糖基少的苷類可形成結晶，糖基多的如皂苷多為具有吸濕性的無定形粉末狀。多數苷類無色，苷類是否有顏色取決于苷元部分共軛系統的大小和助色團的存在與否。如黃酮苷、蒽醌苷、花色苷呈現一定的顏色。苷類一般是無味的，但也有很苦或很甜的苷，例如穿心蓮新苷是苦味的，甜葉菊苷有強烈的甜味。有些苷類對黏膜具有刺激作用，如皂苷、強心苷等。

2.2.2.2　旋光性

苷類具有旋光性，天然苷類多呈左旋，苷水解后由于生成的糖是右旋的，因而使混合物呈右旋。苷類旋光度的大小與苷元和糖的結構，以及苷元和糖、糖和糖之間的連接方式均有關系，比較水解前后旋光性的變化，也可用以檢識苷類的存在。但必須注意，有些二糖或多糖的分子中也都有類似的苷鍵，因此一定在水解產物中找到苷元，才能確認有無苷類的存在。

2.2.2.3　溶解性

一般講苷與它的苷元比較。苷具有一定的親水性，一般可溶于熱水、甲醇、乙醇等極性有機溶劑。其分子的極性、親水性隨糖基數目的增加而增大，另外一些極性較小的大分子苷元（如甾醇、萜醇等）的單糖苷，由于糖基所占的比例相應變小，則親脂性增加。而苷元一般極性較小成親脂性，難溶于水。在用不同極性的溶劑提取時，提取部分中都有存在苷類的可能，但主要存在于極性大的部位。

無論是在水還是在其他溶劑中，碳苷溶解度一般都較小。

2.2.2.4　呈色反應及檢識

苷類化合物由苷元和糖兩部分組成，因此苷具有糖的一些呈色反應，并且是苷共有的反應。最常用的是Molish反應，可借此反應來檢識糖和苷的存在。含有特殊的糖，如α-去氧糖有專門的檢識方法。含各種結構類型苷元的苷類還有其特別的、有針對性的檢識方法。這些將在以后的項目中學習。

2.2.2.5　苷鍵的裂解

苷類化合物在稀酸或酶的作用下，苷鍵可發生斷裂，水解成為苷元和糖。苷鍵的裂解是研究苷類的組成和結構的重要方法。通過苷鍵的裂解反應將有助于了解苷元的結構、糖的種類和組成，確定苷元與糖、糖與糖之間的連接方式。苷鍵裂解的方法主要有酸催化水解、堿催化水解、酶催化水解和氧化開裂法等。

（1）酸催化水解

苷鍵具有縮醛結構，易為稀酸催化水解。反應一般在水或稀醇溶液中進行。常用的酸有鹽酸、硫酸、乙酸、甲酸等。苷發生酸催化水解反應的機理是：苷鍵原子首先發生質子化，然后苷鍵斷裂生成苷元和糖的碳正離子或半椅型中間體，在水中碳正離子經溶劑化，再脫去氫離子而形成糖。如氧苷中的葡萄糖苷的稀酸水解反應歷程：

從上述反應機理可以看出，酸催化水解的難易與苷鍵原子的電子云密度及其空間環境有密切的關系，只要有利于苷鍵原子的質子化就有利于水解，因此水解難易的規律可從苷鍵原子、糖、苷元三方面來討論。

①按苷原子的不同　苷類酸水解的易難順序為：N-苷>O-苷>S-苷>C-苷。氮原子上有一對孤對電子，易于接受電子，故氮苷最易發生酸水解。而碳原子上無游離電子對，不能質子化，故碳苷很難發生水解。但是，苷鍵氮原子處于酰胺氮或嘧啶環中時，因酰基的吸電子作用，使苷鍵氮原子的電子云密度降低，導致該氮苷亦難水解。

②按糖的種類不同

a.呋喃糖苷較吡喃糖苷容易水解。這是由于五元呋喃環的平面性使環上各取代基處于重疊位置，張力較大，形成水解中間體可使張力減小，故有利于水解。一般果糖、核糖等多為呋喃糖，葡萄糖、半乳糖、鼠李糖等都以吡喃糖存在，而阿拉伯糖則兩種形式都有。

b.酮糖苷較醛糖苷易于水解，因為酮糖大多為呋喃糖，而且酮糖端基上接有一個大基團—CH3可以減少分子中的立體障礙，使反應有利于水解的方向。

c.吡喃糖苷中，吡喃環C5上的取代基越大越難于水解。其水解速率順序是：五碳糖苷>甲基五碳糖苷>六碳糖苷>七碳糖苷>糖醛酸苷。

d.氨基糖較羥基糖難于水解，羥基糖又較去氧糖難于水解。這是因為吸電子基的誘導效應，尤其是C2上的取代基對質子的競爭性吸引使苷鍵原子的電子云密度降低，質子化困難所致。其水解的易難順序是：2，6-去氧糖苷>2-去氧糖苷>6-去氧糖苷>2-羥基糖苷>2-氨基糖苷。

③按苷元的不同

a.芳香族苷因苷元部分在苷鍵原子質子化時對苷鍵原子有一定的供電作用，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，只加熱就可以水解。

b.苷元為小基團者，苷鍵為橫鍵的比苷鍵為豎鍵的易于水解，因為橫鍵上原子易于質子化：苷元為大基團者，苷鍵為豎鍵的比橫鍵的易于水解，因為苷的不穩定性促使水解。

對于難水解的苷類需要采用較為劇烈的條件，常常使苷元發生脫水等變化，而不能得到真正的苷元，為防止結構發生變化，可用二相酸水解法，即在反應混合液中加入與水不相混溶的有機溶劑（如苯、氯仿等），苷元一旦生成即刻進入有機相，避免與酸長時間接觸，從而獲得真正的苷元。

（2）堿催化水解

一般的苷鍵對稀堿是穩定的，不易被堿催化水解，故苷類多數是采用稀酸或酶水解的，很少用堿催化水解。但酯苷、酚苷、烯醇苷和β-位吸電子基團的苷類易為堿催化水解。如藏紅花苦苦、靛苷、蜀黍苷等都可為堿所水解。

（3）酶催化水解

酸堿催化水解總的說來比較劇烈，糖和苷元部分均有可能發生進一步的變化，使產物復雜化。與此相比，酶催化反應具有專屬性高、條件溫和的特點，不會破壞苷元的結構，可得到真正的苷元。同時酶的高度專屬性和水解的漸進性，可以保留部分苷鍵得到次級苷或低聚糖，以便獲知苷元和糖、糖和糖之間的連接方式，也為酸或堿催化反應所不及。因而酶水解已成為苷類水解的重要方法。

酶的專屬性很強，特定的酶只能催化水解特定構型的苷鍵。如常用的麥芽糖酶（maltase）是一種α-苷酶，它只能使α-葡萄糖苷水解；轉化酶（invertase）能水解β-果糖苷鍵；苦杏仁酶（emulsin）主要水解β-葡萄糖，但專屬性較差，也能水解一些其他六碳糖的β-苷鍵；纖維素酶（cellulase）也是一類水解β-葡萄糖苷鍵的酶。

由于純化酶很困難，且多數酶的確切作用至今尚不清楚，目前使用的多數仍為未提純的混合酶，如粗陳皮苷酶（hesperidinase）、淀粉酶（takadiastase）、纖維素酶等。需要特別強調的是，含苷的中藥往往也含水解相應苷的酶，但在未損傷的植物組織中，底物和水解酶是完全分隔開的，組織粉碎后酶才發生作用。因此，在中藥的采收、加工、貯藏和提取過程中，必須特別注意中藥內存的酶對所含苷的影響。

（4）氧化開裂法

Smith裂解法是常用的氧化開裂法，它是一種在過碘酸氧化的基礎上進行溫和水解的方法，可避免用酸水解時苷元發生脫水或構型的變化易得到真正的苷元，這對苷元的結構研究具有重要的意義。此外，從降解得到的多元醇，還可確定苷中糖的類型。此法先將樣品溶于水或稀醇液中，加入過碘酸，室溫下將糖氧化開裂成二醛，然后用四氫硼鈉將醛還原成伯醇，以防醛與醇進一步縮合，最后調節至pH 2左右，室溫放置即可將其水解成苷元、多元醇和羥基乙醛等產物。但是此法不適用于苷元結構上有鄰二醇結構的苷類。

難水解的C-苷常用此法進行水解，可獲得連有一個醛基而其他結構保持不變的苷元。