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[[Datei:Glycoside general.svg|mini|hochkant=1.7|Grundstruktur eines Glycosids, hier mit D-[[Glucose]] als Zuckerteil]]

'''Glycoside''', auch '''Glykoside''', sind [[Organische Chemie|organische]] [[chemische Verbindung]]en der allgemeinen Struktur R–O–Z. Dabei ist ein [[Alkohole|Alkohol]] (R–OH) über eine [[glycosidische Bindung]] mit einem [[Kohlenhydrate|Zucker]] (Z) verbunden. Glycoside sind somit [[Acetale|Vollacetale]] von [[Zucker]]n. Die Alkoholkomponente „R–O–“ kann dabei sowohl ein anderer Zucker als auch eine beliebige andere [[Hydroxygruppe|Hydroxyverbindung]] sein, aber kein [[Acyl]]rest. Glycoside, die bei der [[Hydrolyse]] eine [[Ketosen|Ketose]] freisetzen, werden auch als '''Ketoside''' bezeichnet.<ref name="Römpp">{{RömppOnline |ID =RD-11-00972 |Name=Ketoside |Abruf=2022-12-15}}</ref>

Liegt statt eines [[Acetale|Acetals]] ein [[Thiolgruppe|Thioacetal]] R–S–Z oder [[Selen]]oacetal R–Se–Z vor, spricht man von einem Thioglycosid bzw. Selenoglycosid.

''N''-Glycosyl-Verbindungen R–NR’–Z heißen dagegen Glycosylamine beziehungsweise Aminozucker. ''C''-Glycosylverbindungen R–CR’R’’–Z sind Glycosyl[[Derivat (Chemie)|derivate]]. Im Laborjargon wird stattdessen oft nur „''C''-Glycosid“ bzw. „''N''-Glycosid“ gesagt, das ist jedoch irreführend, da sich Glycosylamine und Glycosyle chemisch unterschiedlich verhalten.<ref>{{Gold Book|glycosides|G02661|Version=2.2}}</ref>

Der Zuckerteil Z wird allgemein als Glycon (Glykon) bezeichnet. Wenn es sich bei R–OH nach [[IUPAC]]-[[Nomenklatur]] um einen Nichtzucker handelt, wird es Aglycon (Aglykon) genannt.

== Die glycosidische Bindung ==
{{Hauptartikel|Glycosidische Bindung}}
[[Datei:GlykosidAllgemeinDE.png|mini|300px|Grundstruktur eines Glycosids: R im Aglycon XR kann ein beliebiger organischer Rest sein (mit XR ≠ OH, Acylrest O-(CO)-R').]]

Die chemische Bindung zwischen dem [[anomer]]en Kohlenstoffatom eines Zuckers und dem Heteroatom des Aglycons oder mit einem zweiten Zucker wird als ''glycosidische Bindung'' bezeichnet (siehe Abbildung). Glycoside sind auch Stoffe mit Bindungen zu anderen Heteroatomen wie [[Schwefel]], [[Selen]], [[Stickstoff]] und [[Phosphor]].

Die glycosidische Bindung ist hydrolytisch spaltbar, wobei das [[Chemisches Gleichgewicht|Reaktionsgleichgewicht]] auf Seiten der Spaltungsprodukte liegt. Die Bindung ist kinetisch aber recht stabil. Sie wird mit geringem Energieaufwand unter Wasserabspaltung durch eine [[Kondensationsreaktion]] gebildet. In der Natur erfolgt die als [[Glycosylierung]] bezeichnete Bildung enzymatisch über ein aktiviertes Saccharid, im Labor durch spezielle Aktivierungsmethoden oder durch Reaktion eines Zuckers mit einem großen Überschuss des Alkohols unter Säurekatalyse.

Bei einem Glycosid liegt die Aldehydfunktion der [[Aldose]]n (z. B. [[Glucose]]) oder die Ketofunktion der Ketosen (z. B. [[Fructose]]) als cyclisches Vollacetal vor. Ein [[Acetale|Acetal]] ist das Kondensationsprodukt aus einem [[Aldehyd]] oder [[Ketone|Keton]] und einem oder zwei Alkoholen (Halbacetal bzw. Vollacetal). Vollacetale sind stabil gegen basische und neutrale bis schwach saure wässrige Lösungen, hydrolysieren jedoch in Gegenwart starker Säuren.

== Stereochemie und Nomenklatur ==
Durch die Bildung des glycosidischen Vollacetals wird die [[Prochiralität|prochirale]] [[Carbonyl]]<nowiki />funktion [[Chiralität (Chemie)|chiral]], d. h., es bildet sich ein neues [[Stereozentrum]], das sogenannte [[anomer]]e Kohlenstoffatom oder [[Anomeres Zentrum|anomere Zentrum]]. Die beiden resultierenden [[Diastereomere]] (Anomere) werden als α- bzw. β-Glycosid bezeichnet. Die Glycoside werden durch Anhängen der Endung ''-id'' an den Wortstamm des Glycons benannt, z. B. Fructosid für ein Glycosid der Fructose oder [[Glucosid]] für ein Glycosid der [[Glucose]].

Bildet der Zucker einen Fünfring, so handelt es sich um ein Glycofuranosid (abgeleitet von [[Furan]]). Bildet er einen Sechsring, so spricht man von einem Glycopyranosid (abgeleitet von [[Pyran]]).

:''Siehe auch [[Glycosidische Bindung#Nomenklatur und Beispiele]]''
:''Definition α und β: [[Glycosidische Bindung]]''

== Glycosylierung und Hydrolyse ==
Was die [[Peptidbindung]] bei den [[Aminosäuren]] ist, ist die glycosidische Bindung bei den Kohlenhydraten, da sie durch eine leicht reversible Kondensationsreaktion eine stabile Verknüpfung zu anderen Zuckern oder den verschiedensten Alkoholen ermöglicht. Dadurch ergibt sich für die Kohlenhydrate, die mit Abstand den größten Teil der Biomasse ausmachen, eine gewaltige Strukturvielfalt. Sowohl die enzymatische als auch die nicht-enzymatische Synthese eines Glycosids wird als [[Glycosylierung]] bezeichnet.

=== Enzyme ===
In biologischen Systemen werden Glycoside durch ''[[Glycosidasen]]'' zum freien Zucker und dem aglyconischen Alkohol hydrolysiert. Diese Glycosidasen sind mehr oder weniger spezifisch für bestimmte Zucker und eine der anomeren Formen und Ringgrößen. So kann eine α-Mannopyranose-spezifische Glycosidase, eine α-Mannosidase, kein [[Galactosid]] hydrolysieren. Eine α-Galactosidase kann aber nicht nur α-Galactopyranoside spalten, sondern manchmal auch ähnliche Glycoside, wie zum Beispiel β-Arabinopyranoside.
''[[Glycosyltransferasen]]'' hingegen sind hochspezifische Enzyme, die die Übertragung aktivierter Kohlenhydrate (UDP-Zucker) auf einen Alkohol unter Ausbildung einer glycosidischen Bindung katalysieren.

=== Chemische Synthesen ===
Die Ausbildung glycosidischer Bindungen ist eine der wichtigsten Bestandteile der Kohlenhydratchemie. Es gibt mittlerweile eine Vielzahl verschiedener enzymatischer und nicht-enzymatischer Glycosylierungsmethoden, die im Labor bis hin zur industriellen Produktion eingesetzt werden.

==== Fischer-Glycosylierung: Einfache Alkylglycoside und Alkylpolyglycoside ====
[[Datei:Alkylpolyglucosides.svg|mini|hochkant=1.5|Beispiel eines APGs auf [[Glucose]] basierend (m = 1 bis 5 und n = 11 bis 15)]]

Die glycosidische Bindung ist stabil gegenüber einem basischen bis schwach sauren Milieu, aber empfindlich gegenüber stark sauren Bedingungen, ggf. unter Energiezufuhr oder erhöhtem Druck. Die Nachbarschaft des Ringsauerstoffs begünstigt die [[Solvolyse]] durch Stabilisierung des gebildeten cyclischen [[Carboxoniumion]]s. In wässriger Lösung führt dies zur Hydrolyse eines Glycosids zum Aglycon und dem freien Zucker. In einer alkoholischen Lösung wird stattdessen das zum Alkohol korrespondierende Alkylglycosid gebildet, z. B.:

:<math>\mathrm{Glucose + MeOH \rightleftharpoons Methylglucosid + H_2O}</math>

{| class="wikitable float-right"
|+ Gleichgewichtszusammensetzung (%) einiger Methylglycoside in 1 % CH3OH/HCl<ref>Jochen Lehmann, Kohlenhydrate: ''Chemie und Biologie'', 2. neu bearb. und erw. Aufl., Stuttgart · New York, Thieme 1996, Seite 82.</ref>
! Monosaccharid
! Me-α-pyr
! Me-β-pyr
! Me-α-fur
! Me-β-fur
|-
| Glucose
| 66
| 32,5
| 0,6
| 0,9
|-
| Mannose
| 94
| 5,3
| 0,7
| -
|-
| Galactose
| 58
| 20
| 6
| 16
|-
| Arabinose
| 24
| 47
| 22
| 7
|}

Es ist zu beachten, dass es sich bei dieser nach [[Emil Fischer]] benannten Fischer-Glycosylierung um eine komplexe Gleichgewichtsreaktion handelt, mit dem freien Zucker als thermodynamischen Produkt. Um eine quantitative Ausbeute an Alkylglycosid zu erhalten, wird wasserfreier Alkohol verwendet, meist mit HClg oder stark saurem [[Ionentauscher]] als Katalysator. Das bei der Reaktion entstehende Wasser kann z. B. in einer [[Soxhlet-Aufsatz|Soxhlet-Apparatur]] durch [[Molekularsieb]] dynamisch entzogen werden. Auf der Glycosid-Seite entstehen sowohl die α- als auch β-Glycopyrano- und furanoside. Die Gleichgewichtsmischung der Glycoside bei Wasserausschluss ist für jedes Saccharid individuell verschieden, meist sind jedoch die α-Glycopyranoside das Hauptprodukt (siehe Tabelle). Durch Kristallisation können diese dann oftmals sehr rein erhalten werden.
Dies funktioniert für einfache Alkohole bis zum Butanol sehr gut. Wenn das gewünschte Aglycon jedoch unpolarer ist, bekommt man ein Phasenproblem. Der Zucker ist im Alkohol nicht mehr löslich und die Reaktion kann nicht stattfinden, bzw. es sind sehr hohe Temperaturen oder Druck erforderlich. Seit einigen Jahren haben die [[Alkylpolyglycoside]] (APG) im Sinne der [[Nachwachsende Rohstoffe|nachwachsenden Rohstoffe]] eine industrielle Bedeutung als [[Tenside]], insbesondere in hochwertigen Kosmetika erlangt. Da hierfür die Glycoside langkettiger und unpolarer Fettalkohole interessant sind, hat man das beschriebene Phasenproblem. Daher wird ausgehend von Stärke zunächst eine [[Butanol]]yse durchgeführt und die so entstandenen Butylpolyglycoside mit den Fettalkoholen umglycosyliert:

:<math>\mathrm{(Glucose)_{n} + Butanol\, \xrightarrow{[H^+]}\, Butylpolyglucoside\, \xrightarrow{[H^+],\, Fettalkohole}\, Alkylpolyglucoside}</math>

==== Anomerer Effekt ====
Die erhöhte thermodynamische Stabilität der axialen anomeren Stellung (meistens α) wird als [[anomerer Effekt]] bezeichnet und ist Gegenstand kontroverser Diskussionen. Wie stark der anomere Effekt ausgeprägt ist, hängt von der Konfiguration des Zuckers und u. a. von der Polarität des Lösungsmittels ab. Er spielt in der Kohlenhydratchemie eine bedeutende Rolle und kann in der Synthese ausgenutzt werden.

==== Aktivierung geschützter Glycosyldonoren ====
In einer Glycosylierungsreaktion wird der Zucker als Glycosyldonor und das Aglycon als Glycosylakzeptor bezeichnet. Ziel einer solchen Synthese ist in der Regel die Einführung eines empfindlichen Aglycons oder die Synthese von Oligosacchariden. Die einfachen Alkylglycoside werden meist durch Fischer-Glycosylierung (nach Kristallisation hauptsächlich oder rein α) bzw. aus peracetylierten Zuckern (β, siehe unten) erhalten.
* Schutzgruppen: Um eine selektive Glycosylierung zu erhalten, muss wegen der hohen Funktionalisierung der Saccharide ein erheblicher Mehraufwand betrieben werden. Es wird eine Vielzahl von [[Schutzgruppen]] zur Maskierung der Hydroxygruppen verwendet. Die wichtigsten Schutzgruppen sind [[Acetate]], [[Benzoat]]e und [[Dibenzylether|Benzylether]].
* Nachbargruppeneffekt: 2-''O''-Acylierte Glycosyldonoren ergeben selektiv β-Glycoside (bzw. α bei u. a. Mannose), da der Ester-Carbonylsauerstoff die α-Position abschirmt. Dagegen ergeben 2-''O''-alkylierte Donoren überwiegend bzw. unter sehr speziellen Bedingungen ausschließlich die thermodynamisch günstigeren α-Glycoside (gilt ebenso für Mannose). Als störend kann sich beim Nachbargruppeneffekt die Ausbildung eines [[Orthoester]]s als Konkurrenzprodukt zum Glycosid erweisen.

Um einen vollwertigen Glycosyldonor zu erhalten, muss eine geeignete Abgangsgruppe in der anomeren Position eingeführt werden. An dieser Stelle sollen nur einige wichtige Donoren und ihre Aktivierung in Gegenwart des Alkohols kurz beschrieben werden:

* Zuckerhalogenide: Eine der bekanntesten Glycosylierungsmethoden ist die Aktivierung von Zuckerhalogeniden durch Silbersalze, bekannt als [[Koenigs-Knorr-Methode]], zum Beispiel [[2,3,4,6-Tetra-O-acetyl-α-D-glucopyranosylbromid|Acetobromglucose]] durch [[Silbercarbonat]] (man beachte, dass hier durch die benachbarte 2-OAc-Gruppe selektiv β entsteht):

[[Datei:Koenigs-Knorr.png|450px]]

* Trichloracetimidate: Zucker–O–(C=NH)–CCl3 werden durch ''katalytische'' Mengen Lewis-Säure aktiviert.
* Thioglycoside: Zucker-S-R werden u. a. durch [[elektrophil]]e Reagenzien wie Br+ aktiviert.
* 1-''O''-Acetate: Zucker-OAc werden durch einen ''Überschuss'' Lewis-Säure aktiviert. Sie werden als peracetylierte Verbindungen zur Synthese von Alkyl-β-glycosiden und -thioglycosiden sowie geschützten 1-OH-freien Zuckern und Zuckerhalogeniden verwendet.

== Biologie und Pharmazie ==
Glycoside sind in der Natur weit verbreitet. Sie haben eine große Bandbreite an biologischen Funktionen.
Bei der Unterscheidung nach der Zugehörigkeit des Aglycons zu einer bestimmten chemischen Stoffgruppe entstehen umfangreiche Unterklassen, die sich oft in der [[Toxizität]], der Eignung als [[Arzneistoffe]] oder durch sonstige Eigenschaften ähneln. In der [[Biochemie]] und der [[Pharmakologie]] ist dies die gängigste Klassifizierung.

Im menschlichen Körper werden polare und unpolare alkoholische Giftstoffe oft durch Bindung an [[Glucuronsäure]] als [[Glucuronide]] wasserlöslich gemacht und ausgeschieden.

Einige spezielle Glycoside sind [[sekundäre Pflanzenstoffe]]. Die Synthese von Glycosiden ermöglicht es der Pflanze u. a., toxische Stoffe in nicht-toxischer Form zu speichern. Dabei wird das Glycosid z. B. in einer [[Vakuole]] gespeichert, was der [[Zellkompartiment|Kompartimentierung]] von der jeweiligen Glycosidase dient. Kommen das Glycosid und die zugehörige Glycosidase, z. B. durch Zerstörung der Pflanzenzelle zusammen, wird das Glycosid hydrolytisch gespalten und der Giftstoff wird freigesetzt und kann seine Wirkung entfalten.

In ihrer Wirkung als [[Arzneistoffe]] bzw. ihrer Toxikologie sind Glycoside sehr unterschiedlich. Sie werden in Biochemie und Pharmazie je nach Aglycon in folgende Untergruppen aufgeteilt:

=== Anthocyanglycoside ===
Die [[Anthocyan]]<nowiki />glycoside bilden eine Gruppe von in vielen Pflanzen als Farbstoffe vorkommender Verbindungen.

=== Cumaringlycoside ===
Die Cumaringlycoside (zum Beispiel ''Rutarin'') leiten sich von dem als Duftstoff eingesetzten [[Cumarin]] ab. Viele dieser Glycoside besitzen eine pharmakologische Wirkung.

=== Cyanogene Glycoside ===
[[Cyanogene Glycoside]] spalten – wie ihr Name ausdrückt – bei ihrer [[Zersetzung (Chemie)|Zersetzung]] die stark toxische [[Cyanwasserstoff|Blausäure]] HCN ab.

=== Flavonoide ===
Bei der Gruppe der [[Flavonoide]] ist das Aglycon ein [[Flavone|Flavon]]. Diese große Gruppe beinhaltet ähnlich wie die Anthocyanglycoside viele pflanzliche Farbstoffe, die als natürliche [[Polyphenole]] ebenfalls pharmakologisch wirksam sind. Beispiele sind das [[Hesperidin]], [[Naringin]] und [[Rutin]].

=== Herzglycoside ===
[[Herzglycoside]] sind etwa 300 Stoffe, die pharmakologisch [[Inotropie|inotrop]] auf die [[Herz]]muskulatur wirken. Sie kommen in einigen Pflanzen wie den [[Fingerhüte]]n ''Digitalis'' oder dem [[Maiglöckchen]] ''Convallaria majalis'' vor und bestehen aus drei relativ seltenen [[Desoxyzucker]]n und einem [[Steroide|Steroid]]<nowiki />alkohol als Aglycon. Heute besitzen nur noch [[Digoxin]] und [[Digitoxin]] klinische Bedeutung. Wegen ihrer speziellen Eigenschaften werden sie von den verwandten Saponinen unterschieden. Wie man inzwischen weiß, kann unser Körper selbst herzwirksame Glycoside aus Cholesterin herstellen, die Bedeutung endogen synthetisierter Herzglycoside ist jedoch noch unbekannt.

=== Iridoidglycoside ===
[[Iridoide|Iridoidglycoside]] wie [[Aucubin]] und [[Catalpol]] dienen der Abwehr von Fressfeinden der Pflanzen.

=== Phenolglycoside oder Phenylglycoside ===
[[Phenylglycoside]] (auch ''Phenolglycoside'') sind eine Gruppe von Glycosiden, bei denen ein [[Phenole|Phenol]] über eine glycosidische Bindung mit einem Kohlenhydrat verknüpft ist. Da viele Anthrachinone und Flavonoide ebenfalls Phenole sind, überlappen diese Gruppen teilweise.
Phenylglycoside sind in der Natur weit verbreitet; hierzu gehören z. B.:
* [[Aesculin]]
* bestimmte [[Anthracenderivate|Anthraglycoside]]
* [[Anthocyane]]
* [[Arbutin]]
* [[Coniferin]]
* [[Hesperidin]]
* [[Naringin]]
* [[Phlorizin]]
* [[Salicin]]: Ein Beispiel ist das in der [[Weiden (Botanik)|Weide]] ''Salix'' vorkommende Salicin. Es entsteht aus dem Glycon D-Glucose und ''Salicylalkohol'' (auch [[Saligenin]]). Im menschlichen Organismus wird der Stoff hydrolysiert und es entstehen Glucose und Salicylalkohol, der in der Leber zu [[Salicylsäure]] metabolisiert wird.
* [[Scutellarin]]
* [[Vanillin]]<nowiki />glucosid

=== Saponine ===
[[Saponine]] (lat. „Sapo“ = „Seife“) bilden beim Mischen und Schütteln mit Wasser seifenartige Mischungen. Das jeweilige Aglycon zählt zur Klasse der [[Sapogenine]], das meist mit D-Glucose oder D-[[Galactose]] verbunden ist. Sapogenine sind entweder [[Steroide]], Steroidalkaloide (stickstoffhaltige Steroide) oder [[Terpene#Triterpene|Triterpene]]. Vielen Pflanzen dienen Saponine wie [[Digitonin]] oder [[Solanin]] als Defensiv- bzw. Abwehrstoffe.

=== Senfölglycoside ===
[[Senfölglycoside]] oder Glucosinolate sind Glycoside, die über ein [[Schwefel]]<nowiki />atom verbrückt sind, also ''S''-Glycoside oder Thioglycoside. Zusätzlich enthalten diese auch [[Stickstoff]] und verleihen vielen [[Kreuzblütengewächse|Kreuzblütlern]] und [[Kaperngewächse]]n wie [[Rettich]], [[Senf]], [[Gartenkresse|Kresse]] und [[Kohl]] einen [[Bitterstoff|bitteren]] und scharfen Geschmack. Bei der Verletzung des Pflanzengewebes werden die Senfölglycoside in teils toxische Produkte abgebaut.

== Klassischer Nachweis ==
[[Kohlenhydrate]] (Zucker) sind Polyhydroxycarbonylverbindungen, d. h., sie haben mehrere funktionelle Alkoholgruppen und liegen daher meist als energetisch sehr günstiges cyclisches Halbacetal vor, reagieren also mit sich selbst unter Ringbildung. Das ehemalige [[Carbonyl]]<nowiki />sauerstoffatom bildet eine exocyclische OH-Gruppe, der Sauerstoff der Hydroxygruppe bildet den endocyclischen Ringsauerstoff. Da die Halbacetalform der Aldosen in wässriger Lösung mit der offenkettigen aldehydischen Form im Gleichgewicht liegt, reduziert eine Glucose-Lösung [[Fehlingsche Lösung]].
Zucker bilden mit den verschiedensten Alkoholen R-OH ein cyclisches Vollacetal, bei dem statt einer exocyclischen Hydroxygruppe ein exocyclischer Substituent OR vorliegt. Ein solches Vollacetal ist in wässriger Lösung stabil und reduziert Fehlingsche Lösung daher nicht, es sei denn, das Aglycon selbst wirkt reduzierend, z. B. wenn es sich wiederum um einen Zucker handelt. In stark saurer wässriger Lösung werden Glycoside zu einem oder mehreren Monosaccharid(en) und dem Alkohol gespalten. Das klassische Nachweis-Kriterium für ein Glycosid ist daher die Beständigkeit gegen Fehlingsche Lösung ohne vorherige Hydrolyse und Reduktion von Fehlingscher Lösung nach saurer Hydrolyse. Bei Vorliegen eines reduzierenden Aglycons, z. B. einem weiteren Zucker, greift dieses Kriterium allerdings nicht. Da erste Untersuchungen pharmazeutischer pflanzlicher Formulierungen (Formulierung = Darreichungsform) mit diesen klassischen Untersuchungsmethoden erfolgten, werden in der Pharmazie die unten angegebenen pflanzlichen Wirkstoffe als Glycoside bezeichnet, obwohl die Glycoside eine weit über diese kleine Gruppe hinausgehende Bedeutung haben.

== Einzelnachweise ==
<references />

== Weblinks ==
* [http://www.giftpflanzen.com/giftklassen.html Die Pflanzeninhaltsstoffe]

[[Kategorie:Stoffgruppe]]
[[Kategorie:Glycosid| ]]

Glycoside - Versionsgeschichte

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