对于环糊精的研究(1)

对于环糊精的研究

作者：陈凤萍，杨小雨，曹荭

环糊精(Cyclodexdrin，CD)是由环糊精葡萄糖基转移酶(CGT)作用于淀粉所产生的一组环状低聚糖。首次发现于1891年．薛定锷(Schardinger)完成了确定CD结构的研究，由于CD具有“内疏水，外亲水”的分子结构，又因CD是手性化合物，这种特殊分子结构赋予CD 与多种客体化合物形成包合物的能力，由此而形成主客体分子化学，从而使CD在各个领域中得以应用。本文着重介绍CD在医药、荧光和磷光、及食品环保方面的应用。

由于其分子结构特殊，故能与多种小分子形成包结配合物，大多数聚合物都具有良好的机械性能，易于加工成型。以化学键合或物理混合方法将环糊精引入聚合物结构中，则可形成一类既具有聚合物的良好性能，又保持环糊精结构特点的含环糊精聚合物[1]。因此，环糊精及其衍生物在化学分离、化学分析、医药、食品、农药等多种领域有着广泛的应用。目前，国内外学者对环糊精的研究大多数集中在环糊精分子的包结功能、合成功能新材料等方面。近年来，将环糊精引入到高分子膜内，利用环糊精的空腔等性状来强化膜分离性能成为了一个新的研究热点。

1.环糊精的种类

天然常见的环糊精有三种，即β-CD、α-CD、γ-CD。含6个葡萄糖单位的α-CD因环筒太小(内径约5.2A)，不适于大多数药物分子被包合；α-CD、γ-CD则有足够的环筒空间(内径分别约为6.4A和8.3A)来包合体积相对较大一些的客体，因而能与许多药物分子形成稳定的包合物。其中，又以β-CD应用最广，这是因为目前只有β-CD具有工业化大生产规模：但是，β-CD的水溶解度较低(25℃，1.8g／100m1)因此药物β-CD包合物的水溶解度最大也不过1.8g／100m1。这也就使得β-CD在应用受到限制。

2.环糊精目前的现状

2.1环糊精在生态环境中的应用

由于13一环糊精的空腔内侧的两圈氖原子(H一 3和H一5)及一圈糖苷键的氧原子

处于C—H键屏蔽之下，环糊精内腔是疏水的，而环糊精分子的外侧边框则由于羟基的聚集而呈亲水性。利用这种特殊的分子结构，环糊精可以与多种客体化合物形成包合物，因而在生态环境领域，p环糊精的应用研究也成了热点。农药污染物治理、农药残留检测随着科技的进步，农药在农业上得到了广泛应用，但由于多数属于疏水性农药，易被土壤胶体吸附，导致其在土壤中传输、降解困难，从而造成农药的积累、残留[2]。8-环糊精及其衍生物在分解农药残留物方面已显示了其巨大的潜力[3]。 Kamiyam等研究发现8_环糊精对对氧磷的降解有明显的促进作用。他们通过实验表明，8-环糊精在含

有腐殖酸的水溶液中可促进光诱导自由基的生成，并对其具有包结作用，从而引发农药光降解反应。近年来，农药在水体、粮食、食品、果蔬等方面的残留已引起人们高度

重视，对农药残留量进行的快速准确的检测已成为当今研究的一个重点。李满秀等[4]

在p环糊精与氯氰菊酯的超分子相互作用的基础上，建立了氯氰菊酯的荧光分析法。其实验表明，当氯氰菊酯浓度在o．04～o．2 弘g／mL范围内，荧光强度与其符合较好的

线性关系，检测限为o．024肚g／mL。 1．2土壤改性由于污染的加剧，土壤中沉积

了大量的有害重金属离子，严重降低了土壤质量。

2.2现代药物技术应用

随着现代科学技术和生物学技术的发展，环糊精工业化的生产中得到广泛应用，大大降低了生产成本，尤其是在中药学领域的应用与发展，其应用范围更加普遍。传统的中药

提取方法工作量、耗时长、工艺繁杂、效率低，且易造成挥发性成分损失、热敏成分降解等问题，而环糊精技术的应用却很好地解决了以上问题[5]能够要保证中药质量的基础上，提高工作效率，具有极高的应用价值。环糊精包合技术及其在中药药剂中的应用具有抑制药物挥发、降低药物刺激性、减少药物不良反应的效果，大大提高药物的溶解度和药物稳定性。糊精分子能够使得药物呈现纳米级的分散状态下，使得药物的吸收面积扩大，并且达到良好的缓释效果[6]。

2.3在电化学的应用

环糊精在电化学分析中的应用报道较少，主要是制作成感器用来分析电活性物质。也在分子水平上控制和研究电极表面状态和模拟生物膜过程，在固体电极表面修饰有序的单分子层或多分子层的功能分子的研究受到人们的极大关注[7]。将环糊精衍生物有序地组装在固体电极表面能模拟生物膜的传输过程，对研究选择性分子传输、分子识别、酶模拟等都有着重要意义[8]。Shinobu Nagase等从主客体分子识别出发，报道了一种对阴离子客体响应的伏安传感器，这些传感器电极是用L触固咖ir-B10dgen(LB)法将包含阴离子受体的亲油环糊精多胺衍生物直接沉积在玻碳电极上，进行膜组装.

环糊精除了在电化学传感器上广泛应用外，还可用作气体传感器，带昧气体甚至在很低的浓度都能被检测出来。许多气体能与固态环糊精形成包络物，这些包络物在水溶液中又分离。利用这一新方法可对气体进行定量测量。将口一cD溶入预先除氧的溶液中，有02产生，M眦reA M等用循环伏安法检测了从a—cD释放的02，而在同样条件下，I；8一CD和7一cD则无此现象，可利用氧的极谱还原波来测定口一cD的浓度。hmcis D’souza等将涂上p—CD与[co(11PP)]超分子化合物薄层的cME金电极作为测定水中溶解分子氧的电催化传感器，性能良好[9|。最近，吴辉煌等[10]以环糊精聚合物为基质，不仅使葡萄糖氧化酶可共价固定化，而且利用包合作用可保证酶膜中有较大浓度的电子受体，同时又可减少受体的用量。

环糊精在电化学合成、电池、防腐化学方面的应用, 当电极表面上电活性有机分子反应生成中间体时，往往会导致生成多个反应产物。为了提高目标产物的产率，常需借助一些方法手段来引导中间体的“解离”过程。如控制电化学参数和电解液体系组分、利用反应物在电极表面的吸附、化学修饰电极的定向及吸附作用等。环糊精因能包络一些有机物于其疏水内腔，从而可为它们的选择性电合成提供一定的微环境。环糊精存在时，常可使底物原可发生的几种不同类型的反应中，某些或某一类型的反应受到显著抑制。电化学还原苯甲醛时，加人口一cD可使二聚物A疋HOHcHO胁大为减少，这是因为还原过程中的[A以HOH]·被包结，使二聚反应受到抑制。Matsue T及其合作者还将口．cD用于苯甲醚等苯衍生物的区域选择性氯代反应与邻硝基苯在其对位异构体存在下的选择性还原[11]。

综上所述，环糊精在电化学中的应用主要在于将环糊精与其包络物制成电化学传感器。目前，我国工业生产和应用的cD，大部分以p．cD为主，近年来膜分离技术的应用及嗜碱性生产菌株筛选的成功，使利用环糊精葡萄糖转位酶制造CD时在工艺上能够采用液化淀粉(85—90℃)生产和膜利用法、无溶剂法两种新生产工艺，从而大大降低了成本，使CD的工业生产迅速发展，同时也为环糊精的研究工作提供了有利条件。[12]

3.展望

在未来的技术应用多数的中药材有效成分的有效部位多为疏水性物质，而环糊精分子为内疏水，外亲水，这在很大程度上增中相关物质的溶解度，比如环糊精包合物使得齐墩果酸的溶解度提高12倍以上，而溶出率却增加了6倍以上[13]。目前环糊精在生产中的应用，在在颗粒剂、冲剂、胶囊剂、滴眼剂、丸剂、软膏剂以及中药片剂中已经得到广泛应用。经过本组研究显示：包合技术在中药药剂中的应用，具有以下应用效果：①提高药物的稳