1.3　多糖的理化性质

1.3.1　物理性质

多糖一般为白色或淡黄色粉末，无甜味，随着糖的聚合度增高，甜味减小，具有引湿性。多糖可溶于热水，一般难溶于冷水、不溶于甲醇、乙醇、丙酮、乙酸乙酯、三氯乙烷、石油醚、乙醚、苯等有机溶剂。小分子多糖极性大，水溶性好，可溶于低浓度乙醇，随聚合度增高，水溶性下降。在水中不能形成真溶液，只能形成胶体。多糖具有旋光性。

1.3.2　水解反应

多糖的水解反应有酸催化水解、乙酰解、酶催化水解等。

1.3.2.1　酸催化水解反应

单糖与单糖之间连接的化学键称作苷键。苷键属于缩醛结构，易被稀酸催化水解。水解反应过程是苷键原子先质子化，然后断键生成碳正离子或半椅型的中间体，在水中先溶剂化再脱去氢离子而形成糖^［15］。反应式如下：

酸催化水解反应的规律如下。

①苷原子不同，酸水解的难易不同。酸催化水解由易到难的顺序为：N-苷键>O-苷键>S-苷键>C-苷键。由于N原子上有孤电子对，碱性最强，易接受质子，所以最易水解，相比之下，C-苷键最难水解。

②呋喃糖苷较吡喃糖苷易水解，水解速率是吡喃糖苷的50～100倍。因五元呋喃环的平面性使各取代基处在重叠位置，形成水解中间体可使张力减小，故有利于水解。

③酮糖较醛糖易水解。酮糖多为呋喃结构，而且酮糖端基碳原子上有—CH₂OH大基团取代，水解反应可使张力减小。

④在吡喃糖苷中，吡喃环C₅上取代基越大越难水解，水解速率为：五碳糖>甲基五碳糖>六碳糖>七碳糖；C₅上有—COOH取代时，最难水解，因诱导使苷原子电子密度降低。

⑤氨基取代的糖较—OH糖难水解，—OH糖又较去氧糖难水解，由易到难的顺序为：2，6-二去氧糖>2-去氧糖>6-去氧糖>羟基糖>2-氨基糖。

⑥芳香族苷较脂肪族苷易水解。如酚苷>萜苷、甾苷，因芳香族苷元有供电结构，而脂肪族苷元无供电结构。

⑦苷元为小基团苷键，横键比竖键易水解（ e>a ）（横键易质子化）；苷元为大基团苷键，竖键比横键易水解（a>e）（苷的不稳定性促使其易水解）。

1.3.2.2　乙酰解反应

乙酰解反应常用的试剂是乙酐和酸，所用的酸有H₂SO₄、HClO₄、CF₃COOH或Lewis酸（ZnCl₂、BF₃）等。一般是在室温放置数天水解。水解反应机理与酸催化水解相似，以CH₃CO⁺为进攻基团。乙酰解反应易发生糖的端基异构化。

乙酰解反应的速率有以下规律。

①苷键邻位有电负性强的基团（如环氧基）可使反应变慢。

②β-苷键的葡萄糖双糖的反应速率：（乙酰解易难程度）（1→6）>（1→4）>（1→3）>（1→2）。

1.3.2.3　酶催化水解反应

用酶水解苷键可以获知苷键的构型，酶专属性高，选择性地催化水解某一构型的苷。如苦杏仁酶（emulsin）和纤维素酶（cellulase）可水解β-葡萄糖苷键，麦芽糖酶（maltase）可水解α-葡萄糖苷键。

1.3.3　鉴别反应

多糖在强酸（浓H₂SO₄ 或盐酸）作用下水解为单糖，单糖脱水形成糠醛。糠醛类化合物与胺类和酚类试剂发生缩合反应显色，用于多糖类化合物的鉴别。多糖鉴别最具代表性的反应是α-萘酚-浓 H₂SO₄反应，被称作Molish反应。反应现象为紫红色环或棕色环，又称紫环反应或棕色环反应。在纸色谱上鉴别多糖一般采用邻苯二甲酸-苯胺显色反应。

还可以利用糠醛类化合物与胺类和酚类试剂的缩合显色反应进行多糖的定量分析，常用的方法有苯酚-硫酸法、蒽酮-硫酸法、地衣酚-盐酸法^［16］。

1.3.4　羟基反应

糖为多羟基醛或酮，多糖结构上的羟基可发生醚化、酯化和缩醛（酮）化。反应活性的次序是：活性最高的是半缩醛羟基（C₁-OH），其次是伯醇基（C₆-OH），仲醇次之（伯醇因其处于末端，对反应有利，因此活性高于仲醇）。

1.3.4.1　醚化反应（甲基化反应）

多糖结构中的羟基可发生甲基化反应，一般采用Haworth法、Purdie法、重氮甲烷法和Hakomori法（箱守法）进行甲基化。甲基化物可用红外光谱测试，直到无羟基吸收峰为止视为甲基化完全。甲基化反应可以判断羟基数目，也可通过甲基化后水解，来判断糖与糖连接的位点。

1.3.4.2　酰化反应（酯化反应）

酰化反应中羟基活性与甲基化反应相同，即活性最高的是半缩醛羟基（C₁-OH），其次是伯醇基（C₆-OH），C₃-OH最难（由于C₂位取代后，引起的空间障碍，使得C₃-OH最难被酰化）。利用酰化反应可判断糖上羟基数目、保护羟基等。该反应的反应试剂为乙酐，用吡啶作催化剂。

1.3.4.3　缩酮和缩醛化反应

酮或醛在脱水剂如硫酸、盐酸、硝酸、磷酸、无水ZnCl₂、无水CuSO₄等存在下可与多元醇的二个有适当空间位置的羟基形成环状缩酮（ketal）和缩醛（acetal）。

酮类易与顺邻-OH生成五元环状物，醛类易与1，3-二羟基化合物生成六元环状物。利用缩酮和缩醛化反应主要目的是保护糖上羟基。

当糖具有顺邻-OH时，丙酮与其生成五元环状物（亚异丙基衍生物）：

当糖结构中无顺邻—OH时，则易转变为呋喃糖结构，再生成五元环状物（亚异丙基衍生物）。

1.3.5　硼酸络合反应

糖的邻二羟基可与许多试剂生成络合物，借生成络合物的某些物理常数的改变，可以有助于糖的分离、鉴定和构型推定。最典型的也是重要的反应是硼酸络合反应。硼酸（H₃BO₃）是接受电子对的Lewis酸，能与具有适当空间位置的两个羟基（1，2-或1，3-）结合形成五元或六元环状络合物。络合反应如下：

该反应分两步进行：①硼酸与邻二羟基或1，3-二羟基化合物络合形成1∶1络合物，该络合物不稳定，易形成平面型的三叉体中间酯；②1∶1络合物再与另一分子邻二羟基或1，3-二羟基化合物络合，形成2：1络合物，该络合物具有稳定的四面体结构，酸性和导电性均有所增强，在溶液中完全解离，呈强酸性。

硼酸络合反应主要应用于酸碱中和滴定、离子交换色谱分离、电泳分离与鉴定等。糖自动分析仪的原理就是利用糖与硼酸生成络合物进行离子交换色谱进行分离、分析的。糖形成硼酸络合物之后，旋光度明显增大，故原来旋光度较小、在旋光仪上不容易观察到的糖，常可加入硼酸，使旋光度增大，便于鉴定。