环糊精性质和应用
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轮烷（rotaxane） 准轮烷（pseudorotaxane） 准聚轮烷（polypseudorotaxane） 聚轮烷（polyrotaxane）
CO2和H2O；-CD代谢最慢，-CD代谢最快
环糊精对生物的毒性轻微，经口服几乎不产生毒性； 非肠道施用时，CDs能与细胞膜组分发生作用，从而对 细胞产生伤害
环糊精在人体内长期积累会加重肾脏的负担
环糊精的结构和主要性质
基于环糊精的超分子体系
超分子是基于分子间非共价相互作用而形成的有序的 分子聚集体
率明显慢于淀粉；但在常温下的稀酸中较稳定
CD不被-淀粉酶水解，但可被-淀粉酶缓慢水解；一
般CD的环越大，水解速率越快
环糊精的结构和主要性质
环糊精的吸收、代谢与毒副作用
环糊精由于分子较大，在人体内吸收较困难，大部分 以原形排出；吸收的主要部位是小肠
环糊精的代谢主要由结肠中的菌群完成，终产物是
构成超分子结构的分子间作用力主要有氢键、配位键、 范德华力、静电相互作用以及亲水－疏水相互作用等
分子
A
B
合成
受体
共价键
C
D
底物
超分子
相互作用 分子间键
超分子
识别 转换 易位
多分子体系
自组装 自组织
有序聚集体
分子和超 分子器件
功能组分
环糊精的结构和主要性质
基于环糊精的超分子体系
包结复合物（inclusion complex） 分子索烃（molecular catenane） 轮烷类结构
-环糊精的X-射线衍射图谱解析
环糊精的结构和主要性质
环糊精分子内的氢键
-CD分子大小适中，分子内C2—OH和C3—OH之间形
成环形的全氢键带，因此分子具有较强的刚性
-CD中一个葡萄糖环处于扭曲构象，只形成4组氢键 -CD不是严格的平面型结构，分子柔性较大
环糊精的结构和主要性质
环糊精的主要结构参数
化淀粉，并用KI3鉴别，区分开-环糊精（蓝灰色晶体）和-环糊
精（红棕色晶体） 1932年，Pringshem发现环糊精具有识别客体分子的能力 1935年，Freudenberg和French表征了环糊精的结构，确定了环
糊精分子中只含-1,4糖苷键
1971年，Szejtli对环糊精在医药、食品、化妆品、分析化学等领 域做了大量研究
环糊精的性质和应用
The Properties and Applications of Cyclodextrins
赵珺
华侨大学化工学院生物工程与技术系 Cell：15960398427
E-mail：zhaojun@hqu.edu.cn
主要内容
环糊精的结构和主要性质 环糊精的制备 环糊精的化学修饰和环糊精衍生物 环糊精在分析分离中的应用 环糊精在药学中的应用
HO O OHOHO
OHO OH O
HO OH O OH
O
OHO OH
HO
O OH O OH
O
OH OOH
OH
OH
OH O
O
HO
O
HO
OH
HO
O OH OHO
OHO OH O
HO OH
O OH
O
OH O HO
OH
O OH
O OH
OH
O
OH
O
HO
OH
OH O OH O
OH
O
OHO
O OH
HO
-cyclodextrin
参数 葡萄糖单元数 分子量 室温下水中溶解度（g/100ml） 空腔直径（Å） 高（Å） 外圆周直径（Å） 空腔大致体积（Å3 ） 水中结晶形状 结晶水（wt.%）
-CD 6 972 14.5 4.70~5.30 7.9±0.1 14.6±0.4 174 六角板状 10.2
-CD 7 1135 1.85 6.00~6.50 7.9±0.1 15.4±0.4 262 单斜晶平行四边形 13.2~14.5
有机溶剂 甲醇（100%） 甲醇（50%水溶液） 乙醇（100%） 乙醇（50%水溶液）
异丙醇 丙酮 氯仿 吡啶
四氢呋喃 二甲基甲酰胺 二甲基亚砜
乙二醇 丙二醇
甘油
-CD i
0.3 i
>0.1 i i i 7 i 54 2 9 1 i
-CD i
0.3 i
1.3 i i i 37 i 32 35 21 2
4.3
-CD >0.1 208.0 >0.1 2.1 >0.1 >0.1 >0.1 — — — — — — —
环糊精的结构和主要性质
环糊精对热、酸、碱、酶的耐受性
对热稳定，无固定熔点，加热到约200 oC开始分解； 在常温下可长期保存
CD对碱稳定，在高pH下可以成盐 CD对酸的稳定性较差，在强酸中可发生水解，水解速
环糊精的结构和主要性质
环糊精（cyclodextrin，CD）的研究历史
1891年Villiers从淀粉杆菌（Bacillus amylobacter）的淀粉消化液 中分离出环糊精（木粉），但没有确证其结构
1903年，Schardinger用软化芽孢杆菌（Bacillus macerans）消
溶解度/mg CD·g -1 水 -CD 16.4 18.8 22.8 28.3 34.9 44.0 52.7 60.5 72.9 101.8 120.3 148.0 196.6
-CD 185 256 320 390 460 585 — — — — — — —
环糊精的结构和主要性质Leabharlann Baidu
环糊精在有机溶剂中的溶解度
-cyclodextrin
-cyclodextrin
环糊精的结构和主要性质
环糊精的结构
羟基—OH构成环糊精的亲水表面 碳链骨架构成了环糊精的疏水内空腔
hydrophobic cavity
hydrophilic surface
环糊精的结构和主要性质
环糊精的计算机模拟结构
环糊精的结构和主要性质
环糊精的结构和主要性质
环糊精的结构
环糊精是由环糊精葡萄糖基转移酶（CGTase）作用于 淀粉而产生的一类环状低聚糖
-1,4糖苷键相互连接 常见的环糊精主要有-、-和-CD
HO
O OH
OH O
O HO O OH
HO
O
HO
OH
O
HO
HO
O OH
OH
O
OH O
OH
OH O
HO
O OH
O OH
OH
-CD 8 1297 23.2 7.50~8.30 7.9±0.1 17.5±0.4 427 方形棱柱体 8.13~17.7
环糊精的结构和主要性质
环糊精在水中的溶解度
T （ oC ）
20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80
-CD 90 127 165 204 242 285 347 — — — — — —
CO2和H2O；-CD代谢最慢，-CD代谢最快
环糊精对生物的毒性轻微，经口服几乎不产生毒性； 非肠道施用时，CDs能与细胞膜组分发生作用，从而对 细胞产生伤害
环糊精在人体内长期积累会加重肾脏的负担
环糊精的结构和主要性质
基于环糊精的超分子体系
超分子是基于分子间非共价相互作用而形成的有序的 分子聚集体
率明显慢于淀粉；但在常温下的稀酸中较稳定
CD不被-淀粉酶水解，但可被-淀粉酶缓慢水解；一
般CD的环越大，水解速率越快
环糊精的结构和主要性质
环糊精的吸收、代谢与毒副作用
环糊精由于分子较大，在人体内吸收较困难，大部分 以原形排出；吸收的主要部位是小肠
环糊精的代谢主要由结肠中的菌群完成，终产物是
构成超分子结构的分子间作用力主要有氢键、配位键、 范德华力、静电相互作用以及亲水－疏水相互作用等
分子
A
B
合成
受体
共价键
C
D
底物
超分子
相互作用 分子间键
超分子
识别 转换 易位
多分子体系
自组装 自组织
有序聚集体
分子和超 分子器件
功能组分
环糊精的结构和主要性质
基于环糊精的超分子体系
包结复合物（inclusion complex） 分子索烃（molecular catenane） 轮烷类结构
-环糊精的X-射线衍射图谱解析
环糊精的结构和主要性质
环糊精分子内的氢键
-CD分子大小适中，分子内C2—OH和C3—OH之间形
成环形的全氢键带，因此分子具有较强的刚性
-CD中一个葡萄糖环处于扭曲构象，只形成4组氢键 -CD不是严格的平面型结构，分子柔性较大
环糊精的结构和主要性质
环糊精的主要结构参数
化淀粉，并用KI3鉴别，区分开-环糊精（蓝灰色晶体）和-环糊
精（红棕色晶体） 1932年，Pringshem发现环糊精具有识别客体分子的能力 1935年，Freudenberg和French表征了环糊精的结构，确定了环
糊精分子中只含-1,4糖苷键
1971年，Szejtli对环糊精在医药、食品、化妆品、分析化学等领 域做了大量研究
环糊精的性质和应用
The Properties and Applications of Cyclodextrins
赵珺
华侨大学化工学院生物工程与技术系 Cell：15960398427
E-mail：zhaojun@hqu.edu.cn
主要内容
环糊精的结构和主要性质 环糊精的制备 环糊精的化学修饰和环糊精衍生物 环糊精在分析分离中的应用 环糊精在药学中的应用
HO O OHOHO
OHO OH O
HO OH O OH
O
OHO OH
HO
O OH O OH
O
OH OOH
OH
OH
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HO
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O OH
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OH O OH O
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OHO
O OH
HO
-cyclodextrin
参数 葡萄糖单元数 分子量 室温下水中溶解度（g/100ml） 空腔直径（Å） 高（Å） 外圆周直径（Å） 空腔大致体积（Å3 ） 水中结晶形状 结晶水（wt.%）
-CD 6 972 14.5 4.70~5.30 7.9±0.1 14.6±0.4 174 六角板状 10.2
-CD 7 1135 1.85 6.00~6.50 7.9±0.1 15.4±0.4 262 单斜晶平行四边形 13.2~14.5
有机溶剂 甲醇（100%） 甲醇（50%水溶液） 乙醇（100%） 乙醇（50%水溶液）
异丙醇 丙酮 氯仿 吡啶
四氢呋喃 二甲基甲酰胺 二甲基亚砜
乙二醇 丙二醇
甘油
-CD i
0.3 i
>0.1 i i i 7 i 54 2 9 1 i
-CD i
0.3 i
1.3 i i i 37 i 32 35 21 2
4.3
-CD >0.1 208.0 >0.1 2.1 >0.1 >0.1 >0.1 — — — — — — —
环糊精的结构和主要性质
环糊精对热、酸、碱、酶的耐受性
对热稳定，无固定熔点，加热到约200 oC开始分解； 在常温下可长期保存
CD对碱稳定，在高pH下可以成盐 CD对酸的稳定性较差，在强酸中可发生水解，水解速
环糊精的结构和主要性质
环糊精（cyclodextrin，CD）的研究历史
1891年Villiers从淀粉杆菌（Bacillus amylobacter）的淀粉消化液 中分离出环糊精（木粉），但没有确证其结构
1903年，Schardinger用软化芽孢杆菌（Bacillus macerans）消
溶解度/mg CD·g -1 水 -CD 16.4 18.8 22.8 28.3 34.9 44.0 52.7 60.5 72.9 101.8 120.3 148.0 196.6
-CD 185 256 320 390 460 585 — — — — — — —
环糊精的结构和主要性质Leabharlann Baidu
环糊精在有机溶剂中的溶解度
-cyclodextrin
-cyclodextrin
环糊精的结构和主要性质
环糊精的结构
羟基—OH构成环糊精的亲水表面 碳链骨架构成了环糊精的疏水内空腔
hydrophobic cavity
hydrophilic surface
环糊精的结构和主要性质
环糊精的计算机模拟结构
环糊精的结构和主要性质
环糊精的结构和主要性质
环糊精的结构
环糊精是由环糊精葡萄糖基转移酶（CGTase）作用于 淀粉而产生的一类环状低聚糖
-1,4糖苷键相互连接 常见的环糊精主要有-、-和-CD
HO
O OH
OH O
O HO O OH
HO
O
HO
OH
O
HO
HO
O OH
OH
O
OH O
OH
OH O
HO
O OH
O OH
OH
-CD 8 1297 23.2 7.50~8.30 7.9±0.1 17.5±0.4 427 方形棱柱体 8.13~17.7
环糊精的结构和主要性质
环糊精在水中的溶解度
T （ oC ）
20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80
-CD 90 127 165 204 242 285 347 — — — — — —