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第1章　糖类的命名、分类及结构1

1.1 引言1

1.1.1　历史背景1

1.1.2　糖的重要性1

1.1.3　定义及范围2

1.1.4　糖的分类2

1.2　单糖的结构、构型及构象2

1.2.1　单糖的结构2

1.2.2　非环单糖的构型3

1.2.2.1　Fischer投影式3

1.2.2.2　相对及绝对构型3

1.2.2.3　碳链的延长及降解4

1.2.2.4　D及L族4

1.2.2.5　非环式D－葡萄糖的构型5

1.2.3　环状结构及端基构型9

1.2.3.1　单糖的环状结构9

1.2.3.2　单糖的端基构型11

1.2.3.3　Haworth透视式12

1.2.4　单糖的构象14

1.2.4.1　呋喃糖环构象14

1.2.4.2　吡喃糖环的构象15

1.2.4.3　端基效应17

1.2.4.4　侧链构象19

1.2.5　单糖的命名19

1.2.6　单糖衍生物23

1.2.7　糖醇23

1.2.8　环醇23

1.3.1　寡糖的结构24

1.3　简单寡糖的结构24

1.3.2　寡糖的构象性质27

1.3.3　环糊精28

1.4　多糖的结构28

1.4.1　淀粉29

1.4.2　糖原29

1.4.3　纤维素29

1.4.4　壳多糖30

1.4.5　胞壁质30

1.4.6　果胶30

1.4.7　葡聚糖31

1.4.8　氨基多糖31

1.4.9　蛋白多糖32

1.5　DNA、RNA、核苷酸及核苷的结构33

2.1 引言34

第2章　保护基34

2.2　端基保护基36

2.3　酯类保护基38

2.3.1　乙酸及苯甲酸酯38

2.3.2　新戊酸酯39

2.3.3　氯、溴及氟乙酸酯39

2.3.4　区域选择性酰化39

2.3.5　端基中心的选择性脱酰化反应40

2.3.6　酰基迁移40

2.3.7　其他酯保护基41

2.4　醚类保护基42

2.4.1 苄醚42

2.4.2　对甲氧基苄醚46

2.4.3　烯丙醚47

2.4.4　三苯甲基醚48

2.4.5　硅烷醚49

2.5　缩醛及缩酮类保护基51

2.5.1　苯亚甲基缩醛51

2.5.2　异亚丙基缩酮54

2.5.3　双螺旋二缩酮（Dispoke）与环己烷－1,2－二缩酮（CDA）56

2.5.4　非环缩醛57

2.5.5　原酸酯58

2.5.6　硅烷基缩酮58

2.6　氨基保护基59

2.6.1 乙酰基59

2.6.3　叠氮化物60

2.6.4　二硫代丁二酰基60

2.6.2　邻苯二甲酰基60

2.6.5　烯丙氧羰酰基61

2.6.6　三氯乙氧羰酰基62

2.7　其他保护基62

2.7.1　光敏保护基62

2.7.2　酶选择性保护及脱保护62

参考文献64

第3章　糖的反应68

3.1　氧化68

3.2　还原71

3.3 卤化73

3.3.1　端基卤化73

3.3.2　非端基卤化77

3.3.2.1　置换反应77

3.3.2.2　醇直接卤化80

3.3.2.3　其他方法82

3.4　不饱和糖及碳环衍生物83

3.4.1　不饱和糖83

3.4.1.1　非端基烯糖83

3.4.1.2　端基烯糖85

3.4.2　碳环衍生物86

3.5　去氧糖87

3.5.1 卤化物、磺酸酯及环氧化物还原88

3.5.2　硫羰基衍生物游离基脱氧89

3.6　脱水糖90

3.6.1　非端基脱水糖90

3.6.2　端基脱水糖92

3.6.2.1　1,6－脱水吡喃己糖92

3.7　氨基去氧糖94

3.6.2.2　1,2－脱水吡喃己糖94

3.7.1　用亲核置换制备氨基糖95

3.7.2　烯糖加成97

3.7.3　肟还原98

3.7.4　分子内取代98

3.8　硫酸化糖100

3.9　磷酸化糖101

3.9.1　非端基糖磷酸酯101

3.9.1.1　磷酸三酯法101

3.9.1.2　亚磷酸三酯法102

3.9.1.3　H－膦酸酯法103

3.9.2　端基糖磷酸酯103

3.9.2.1　端羟基的磷酸化103

3.9.2.2　用糖基化法磷酸化端基103

3.10　歧链糖104

参考文献105

第4章　苷键的生成112

4.1　Fischer成苷法112

4.2　卤代糖114

4.2.1　Koenigs-Knorr反应（1,2-trans－苷）114

4.2.2　原酸酯法（1,2-trans－苷）115

4.2.3　卤化物催化（1,2-cis－苷）117

4.2.4　氟代糖法（1,2-cis及1,2-trans－苷）118

4.3　三氯乙酰亚氨酸酯法（1,2-cis及1,2-trans－苷）119

4.4　硫苷法（1,2-cis及1,2-trans－苷）及其类似物法121

4.4.1　硫苷法的发展史122

4.4.2　硫苷的制备122

4.4.2.1　从糖衍生物、一个硫醇及Lewis酸（端基中心的酸催化置换）制备122

4.4.3　硫苷的苷化反应123

4.4.3.1 活化硫苷将其转化为卤代糖123

4.4.2.2　端基中心S－亲核性置换（端基中心碱促进置换）123

4.4.2.4　其他方法123

4.4.2.3　制备1-S－糖，随后S－烷基化123

4.4.3.2　用“亲硫的”亲电剂直接活化124

4.4.3.3　立体选择性127

4.4.4　糖基亚砜法（1,2-cis及1,2-trans）128

4.4.5　S－黄原酸酯法129

4.4.6　苯基硒及碲苷法130

4.5　n－戊－4－烯基苷法（1,2-trans及1,2-cis）131

4.5.1　n－戊－4－烯基苷的制备132

4.5.2　促进剂132

4.5.3　寡糖合成133

4.5.3.2　n－戊－4－烯基苷溴化反应134

4.5.3.1　直接偶联134

4.5.3.3　n－戊－4－烯基原酸酯135

4.5.3.4　糖肽合成137

4.6　环外端基烯醚及其衍生物法（1,2-trans及1,2-cis）138

4.6.1　1－丙烯－1－基葡萄糖苷138

4.6.2　异丙烯苷法（1,2-trans与1,2-cis）139

4.6.3　逆异丙烯苷法（1,2-trans及1,2-cis）141

4.6.4　异丙烯碳酸酯法（1,2-trans及1,2-cis）142

4.7　烯糖法143

4.7.1　2－去氧糖苷的合成143

4.7.2　2－氨基－2－去氧糖苷的合成144

4.7.3　1,2－脱水糖的应用146

4.8　三卤代乙酸酯法148

4.9.1　三甲基硅醚法150

4.9　其他方法150

4.9.2　3,5－二硝基苯甲酸酯法151

4.9.3 乙酸酯法151

4.10　β－甘露糖苷合成151

4.10.1　引言151

4.10.2　β－吡喃甘露糖苷的化学合成152

4.10.2.1　应用不溶的促进剂152

4.10.2.2　氧化－还原法154

4.10.2.3　应用卤代2－羰基糖154

4.10.2.4　应用分子间及分子内亲核剂155

4.10.2.5　分子内苷元“传递”156

4.11　核苷合成158

4.11.1 引言158

4.11.2　Koenigs-Knorr法159

4.11.3　Hilbert-Johnson反应160

4.11.5　Vorbrüggen法161

4.11.4　酸催化高温熔融法161

4.11.6　转移糖基化法162

4.11.7　三卤代乙酸酯法163

4.11.8　N－取代核糖胺与咪唑及嘧啶核苷环合164

4.11.8.1 N－取代核糖胺环合得嘧啶核苷164

4.11.8.2　咪唑及嘧啶核苷环合得嘌呤核苷165

4.12　碳苷合成165

4.12.1 引言165

4.12.2　与烷基连接的碳苷合成166

4.12.2.1　端基氧碳鎓离子的亲核加成167

4.12.2.2　端基内酯的亲核加成167

4.12.2.5　过渡金属调控偶联168

4.12.2.3　糖基阴离子与亲电剂反应168

4.12.2.4　糖游离基反应168

4.12.2.6　其他方法169

4.12.3　与芳环连接的碳苷合成169

4.12.3.1　芳环碳负离子对糖C-1位的亲核置换反应169

4.12.3.2　Friedel-Crafts反应170

4.12.4　C－连接核苷171

4.12.5　C－连接单糖172

4.12.6　C－连接寡糖172

4.12.6.1　用非环前体合成C－双糖法173

4.12.6.2 吡喃糖亚单位的直接偶联174

参考文献177

5.1 引言187

5.2　寡糖固相合成的策略187

第5章　寡糖的固相合成及组合合成187

5.2.1　载体与供体相连策略188

5.2.2　载体与受体相连策略188

5.2.3　双向糖基化策略189

5.3　寡糖固相合成中常用的聚合物载体190

5.3.1　不溶性载体190

5.3.2　可溶性载体191

5.4　寡糖固相合成中的连接桥192

5.4.1　硅醚类连接桥192

5.4.2　对酸或碱敏感的连接桥193

5.4.3　硫苷连接桥193

5.4.4　氧化可断裂的连接桥194

5.4.5　可氢化断裂的连接桥194

5.4.6　光断裂连接桥195

5.4.7　利用烯烃金属复分解反应断裂的连接桥196

5.5 寡糖固相合成中常用的糖基化试剂197

5.5.1　糖基三氯乙酰亚胺酯197

5.5.2　糖基亚砜197

5.5.3　1,2－缩水内醚糖198

5.5.4　硫苷200

5.5.5　氟代糖202

5.5.6　正戊烯基糖苷202

5.5.7　糖基磷酸酯202

5.6　寡糖固相合成产物的检测和分析203

5.6.1　高分辨魔角旋转核磁共振谱203

5.6.2　门控去偶13C NMR谱203

5.6.3　FT-IR谱204

5.7　寡糖的组合合成204

5.7.1　糖的液相组合合成204

5.7.2　糖的固相组合合成207

5.8　寡糖的自动化合成209

5.8.1　液相途径209

5.8.2　寡糖的固相自动合成210

5.9　结语212

参考文献212

第6章 复杂寡糖的合成策略213

6.1 寡糖合成应用的糖基化方法213

6.1.1　硫／硒苷法213

6.1.2　亚砜糖苷作为糖基供体214

6.1.3　烯糖法215

6.1.4　三氯乙酰亚胺酸酯法216

6.1.5　戊烯苷法（Pentenyl glycosides method）216

6.1.6　卤代糖法216

6.1.7　原酸酯和乙酸酯法217

6.1.8　烯基糖苷法218

6.1.9　糖端基磷化物作为供体218

6.1.10　糖端基磺酸酯作为供体219

6.1.11　其他类型的供体221

6.2　寡糖合成的立体选择性策略222

6.2.1　糖基供体C-1和C-2位上的功能团和构型对寡糖合成立体选择性的控制222

6.2.2　邻基辅助或邻基参与的糖苷键的选择性222

6.2.3 非邻基参与糖基化反应的构型控制223

6.2.4　分子内苷元传递法控制端基构型223

6.2.5　基于非糖基正离子途径的糖基化反应的立体控制229

6.3　寡糖合成的化学选择性策略230

6.3.1　供体的活化／去活化230

6.3.2　供体的活化／隐蔽：离去基的影响230

6.3.4 反应活性的调整和一釜糖基化反应232

6.3.3　正交的糖基化反应232

6.4　寡糖合成的区域选择性策略235

6.4.1　保护基策略236

6.4.2　反应活性的调控及内在活性的利用236

6.4.3　分子内苷元的传递238

6.4.4　一釜法中的区域选择性238

6.5　复杂寡糖合成的设计策略239

6.5.1　线性寡糖合成策略239

6.5.2　汇聚式寡糖合成策略239

6.5.3　双向式寡糖合成策略241

6.5.4　连续糖基化策略或“一釜法”寡糖合成策略241

6.6　含高碳糖单元寡糖的合成244

6.7　含2－脱氧糖单元的寡糖合成246

6.10　结语248

参考文献248

6.9 聚合物负载的寡糖合成及寡糖库的构建248

6.8　酶促寡糖合成248

第7章　糖缀合物的合成253

7.1　引言253

7.2　糖肽、糖蛋白的合成253

7.2.1　糖蛋白及糖肽的结构特点257

7.2.2　糖肽合成中的保护基257

7.2.2.1　肽链部分的保护基259

7.2.2.2　糖基部分的保护基259

7.2.3　糖肽键的形成260

7.2.3.1　N－糖肽键的形成260

7.2.3.2　O－糖肽键的形成261

7.2.3.3　O－连接芳香糖肽键的形成261

7.2.3.4　非天然新糖肽键的形成262

7.2.4.1　直接缩合法264

7.2.4.2　基元法264

7.2.4　糖肽合成策略264

7.2.5　结语268

7.3　拟糖蛋白的合成269

7.3.1　拟糖蛋白的概念、性质及应用269

7.3.2　拟糖蛋白的合成270

7.3.2.1　无选择性的糖化偶联270

7.3.2.2　化学选择性及位点专一性的糖化反应275

7.3.2.3　位点选择性的糖化反应276

7.3.2.4　酶催化的糖蛋白的合成277

7.4　糖鞘脂的合成278

7.4.1　糖鞘脂的结构和作用278

7.3.3　展望278

7.4.2　糖鞘脂的合成279

7.4.2.1　糖鞘脂类化合物糖基部分的合成280

7.4.2.2　糖鞘脂类化合物之神经鞘氨醇及神经酰胺的合成280

7.4.2.3　糖鞘脂的全合成280

7.4.3　结语285

参考文献287

第8章　酶促寡糖合成291

8.1　糖基转移酶（Glycosyl transferases）291

8.2　糖苷酶（Glycosidase）304

8.3　糖苷酶的分子改造——糖合成酶（Glycosynthases）308

8.4　与糖苷键形成无关的酶312

8.5　展望312

参考文献312

9.1　引言315

第9章　糖类药物315

9.2　糖类药物的概念和特点316

9.3　糖类药物的类型316

9.3.1　按来源分类317

9.3.2　依据组成分类317

9.3.3　按生物作用机制分类319

9.3.4　依据糖在药物作用的类型分类320

9.4　糖类药物的作用位点（Targets of carbohydrate therapeutics）326

9.4.1 作用于胃肠道受体（Gastrointes-tinal receptors）的糖类药物326

9.4.2　作用于血清受体（Serum recep-tors）的糖类药物327

9.4.3　作用于细胞表面受体（Cell-surface receptors）的糖类药物327

9.4.4　作用于细菌和病毒受体（Bacterial and viral receptors）的糖类药物327

9.5.1　糖类疫苗328

9.5　糖类药物研究实例328

9.4.6　作用于细胞外间质（Extracellar matrix）的糖类药物328

9.4.5　作用于细胞内受体（Intracellular receptors）的糖类药物328

9.5.1.1　细菌夹膜多糖疫苗329

9.5.1.2　肿瘤疫苗330

9.5.1.3　HIV疫苗331

9.5.1.4　寄生虫疫苗333

9.5.2　抗生素334

9.5.2.1　氨基糖苷类抗生素334

9.5.2.2　寡糖类抗生素334

9.5.3　抗感染药物335

9.5.3.1　抗流感药物335

9.5.3.2　抗胃肠道感染药336

9.5.4　抗肿瘤药物336

9.5.5　糖尿病治疗剂337

9.5.4.3　其他抗肿瘤剂337

9.5.4.2　抗肿瘤转移药物337

9.5.4.1　肿瘤疫苗337

9.5.6　抗炎药物338

9.5.6.1　血管抗炎剂338

9.5.6.2　基于透明质酸的抗炎剂339

9.5.6.3　其他抗炎药物339

9.5.7　先天代谢缺陷治疗药340

9.5.8　抗凝血和溶栓药物340

9.5.9　免疫调节剂341

9.5.10　神经疾病治疗剂341

9.5.11　糖修饰药物实例342

9.5.11.1　抗生素342

9.5.11.2　癌症化疗药342

9.5.12.1　多糖类化合物344

9.5.12.2　用于药物转运的其他化合物344

9.5.12　用于药物转运的糖类化合物344

9.5.11.3　镇痛药344

9.6　糖类药物的发展趋势345

9.6.1　开辟广泛的糖类药物来源345

9.6.1.1　糖类化合物库和复杂糖链的合成345

9.6.1.2　糖类药物的模拟347

9.6.1.3　开发海洋糖类药物资源347

9.6.2　改造已有的药物347

9.6.2.1　多价糖缀合物的设计、合成347

9.6.2.2　使用糖类化合物的导向和定位作用348

9.6.2.3　使用糖类修饰，改变药物的ADME，延长半衰期348

9.6.3　开发新型的糖类农药348

参考文献349

9.8　结语349

9.7　糖类药物研究的关键技术和存在难题349

9.6.4　基于结构或作用靶点的糖类药物设计349

第10章　糖的分离和纯化355

10.1　糖的分离纯化方法355

10.1.1　亲水作用色谱技术355

10.1.2　串联制备色谱分离法358

10.1.3　糖的膜分离技术358

10.1.3.1　超滤膜在多糖分离中的应用360

10.1.3.2　天然多糖的分离提纯360

10.1.4　活性炭柱色谱361

10.1.5　纤维素柱色谱361

10.1.6　硅胶柱色谱361

10.1.10　高效毛细管电泳362

10.1.9　石墨化碳柱的高压液相色谱362

10.1.8　凝胶过滤色谱362

10.1.7　硼酸络合物离子交换法362

10.1.11　生物法分离363

10.1.12　寡糖的提取分离实例363

10.2　多糖的分离和纯化363

10.2.1　多糖的提取364

10.2.2　多糖的分离和纯化365

10.2.2.1　分级沉淀法365

10.2.2.2　色谱分离法366

10.2.2.3　制备性区域电泳367

10.2.2.4　其他方法367

10.2.3　多糖的纯度测定367

10.2.4　具体实例368

参考文献368

11.1.1　糖的1H NMR性质370

第11章　糖的结构鉴定370

11.1　糖的核磁共振性质370

11.1.2　糖的13C NMR性质371

11.2　单糖的结构鉴定373

11.3　低聚糖的结构鉴定375

11.3.1　低聚糖的结构鉴定方法375

11.3.2　质谱在糖类化合物结构解析中的应用376

11.3.3　色谱与串联质谱联用技术380

11.3.4　低聚糖的结构鉴定实例381

11.3.4.1　罂粟花粉寡糖结构鉴定381

11.3.4.2 菊淀粉型低聚糖类的1H NMR和13C NMR研究382

11.3.4.3 四川九节龙中一新四糖三萜皂苷的结构鉴定386

11.3.4.4　蒺藜皂苷糖残基的全归属389

11.4.1　多糖的结构鉴定方法397

11.4　多糖的结构鉴定397

11.4.2　NMR技术在多糖结构解析中的应用398

11.4.2.1 1D NMR399

11.4.2.2 2D NMR399

11.4.2.3 2D NMR的解析思路400

11.4.3　X射线衍射法（XRD）400

11.4.4　圆二色谱（CD）401

11.5　多糖的结构鉴定实例401

11.5.1　姬松茸水溶性多糖ABP-Ⅱ-a的结构研究401

11.5.2　野生云芝中水溶性多糖的结构研究403

11.6　3D NMR用于寡糖的结构解析404

参考文献410

第12章　糖生物学与化学糖生物学412

12.1 引言412

12.2.2　人体中糖缀合物的主要种类及其组成单糖413

12.2　糖缀合物与糖链413

12.2.1　有关概念413

12.2.3　糖链的方向以及糖链在体内的合成与分解方式414

12.2.3.1　糖链合成时的逐一添加过程414

12.2.3.2　糖链合成及单糖代谢过程中的一酶多步催化或一酶多类反应416

12.2.3.3　糖链的整块转移418

12.2.3.4　糖链降解时内切酶的作用420

12.3　糖类相关基因、糖类信息与糖组424

12.3.1　有关概念424

12.3.2　编码产物直接作用于糖类的管家基因426

12.3.3 突变后具有致死性的糖类相关基因428

12.4　细胞对糖链信息的编码和加工修饰429

12.5.1　C型凝集素430

12.5　细胞对糖链信息的解读430

12.5.2　I型凝集素（I-type lectins）432

12.5.3　S型凝集素（S-type lectins）433

12.5.4　参与内膜系统蛋白质折叠、分拣、质量控制的凝集素434

12.5.5　R型凝集素（R-type lectins）434

12.5.6　脂结合凝集素（lipid-binding lectins）434

12.5.7　细胞因子凝集素435

12.5.8　几丁质酶的几丁质结合结构域（chitin-binding domain）和几丁质酶样凝集素（chilectins,or chitinase-like lectins）436

12.6 蛋白质丝／苏氨酸O-β-GlcNAcylation的信号开关作用436

12.7　糖核苷酸分子网络与糖核苷酸分子库437

12.7.1　糖核苷酸分子网络437

12.7.2　糖核苷酸分子库438

12.8　糖类信息与人类大脑的进化与发育438

参考文献439