第二代超分子主体化合物环糊精化学研究的新进展

3.2 多胺修饰的环糊精衍生物对喜树碱的 键合行为
喜树碱（CPT）是从中国特有的珙桐科植物喜树 中分离出的一种吲哚类生物碱，它能通过抑制拓扑 异构酶而使肿瘤细胞死亡，为广谱抗肿瘤药物。在 溶液中 CPT 通过两种存在形式，即闭环内酯形式和 开环后的羧酸盐形式，前者能够有效抑制拓扑异构 酶，而后者表现出极低的抗拓扑异构酶活性，具有 较大毒副作用。然而，闭环内酯形式的 CPT 水溶性 极差，这直接影响了 CPT 作为抗癌药物的应用和疗 效。而环糊精具有独特的分子包结特性，它能通过
Sum 235 No. 04
化学工程师 Chemical Engineer
2015 年第 04 期
DOI：10.16247/ki.23-1171/tq. 20150446
综
第二代超分子主体化合物
述
环糊精化学研究的新进展 *
张来新 *，赵卫星
（宝鸡文理学院 化学化工学院，陕西 宝鸡 ７２１０１３）
ZHANG Lai-Xin，ZHAO Wei-xing
（Chemistry & Chemical Engineering Department, Baoji University of Arts and Sciences, Baoji 721013 ，China）
Abstract：This paper introduces the generation, development and applications of cyclodextrin chemistry. Em －
1.2 环糊精与Hale Waihona Puke 光染料的键合及对荧光染 料稳定性的影响
氧杂蒽类染料由于具有荧光量子产率高、生物 相容性好等优点，在荧光标记、荧光探针、染料及激 光器等方面具有广泛应用，但光学稳定性还有待提 高。环糊精作为一种水溶性大环主体分子可以与荧 光染料分子选择性键合并改善其光物理和光化学 性能。为此，吉林大学的谭丽丽等人通过使用硫酸 和甲磺酸混合的催化体系，无需溶剂，在 50~120℃ 用一步法高产率合成了 3,4,5,6- 四氟荧光素、3,4,5, 6- 四氯荧光素、4- /5- 硝基荧光素，以及一些氧杂蒽 类染料，实验结果表明，他们通过化学修饰法有效 改善了光稳定性、荧光强度、荧光寿命。同时，他们 基于以上工作研究了环糊精对该染料的影响。结果 表明，环糊精与该类染料的键合增强了染料的荧光 强度以及荧光寿命。同时能够有效降低染料的光漂 白量子率，这一性质很大程度上扩展了此类水溶性 染料的应用范围[ 5 ]。
溶解度和溶解速度，如前列腺素 - CD 包合物能增加 主药的溶解度从而制成注射剂。它还能提高药物 （如肠康颗粒挥发油）的稳定性和生物利用度；减少 药物（如穿心莲）的不良气味和苦味；降低药物（如 双氯芬酸钠）的刺激性和毒副作用；以及使药物（如 盐酸蘖碱）缓释和改善剂型。在分析化学上，由于环 糊精是手性化合物，它对有机分子有进行识别和选 择能力，已成功的应用于各种色谱与电泳方法中， 以分离各种异构体和对映体。在日用化工上，环糊 精与表面活性剂一起用到洗发剂及厨房清洗剂中 可以减少表面活性剂对皮肤的刺激；利用环糊精还 可以去除织物上的油渍；在染料工艺中，使用环糊 精能够降低染料的初始上染速度，提高匀染性及纤 维的着色量。环糊精在环保的应用上是基于其能与 污染物形成稳定的包合物，从而减少环境污染。其 特有的分子结构可用于生物法处理工业废水。另 外，空气清新剂可通过添加环糊精，并加于衣物上， 达到缓慢释放香气气体分子，延长香味持续时间的 作用。在农业上，拟除虫菊酯是一类非常重要的除 虫剂，利用环糊精可以解决其不溶于水，需消耗大 量有机溶剂的问题，是解决拟除虫菊酯污染环境的 有效途径。含有不饱和脂肪酸的鱼饲料，用环糊精 将脂肪酸包结，可防止扩散入水。总之，环糊精在工
1.3 天然 α-、β-环糊精对阴离子型吉米奇 （Gemini）表面活性剂性能的影响
Gemini 表面活性剂是通过一个连接基将两个 传统的单疏水基一单亲水头的表面活性剂分子在 其亲水头基或邻近处连接在一起而形成的一类新 型表面活性剂。该类表面活性剂具有高的表面活 性、低的临界胶束浓度、好的水溶性和特殊流变性 等多种优点，已成为近年来学术界及工业界研究和 开发的热点和重点。α- 环糊精与 β- 环糊精由于 含有不同数量的葡萄糖单元，其空腔尺寸不同，故 对不同模型底物的包结配位能力不同。为此，南开 大学的尹丹丹等人设计合成了不同链长的阴离子 型 Gemini 表面活性剂[6 ]，通过电导测定其随着链长 的增加，对比加入固定量的 α- 环糊精与 β- 环糊 精后溶液的临界聚集浓度（CMC）变化，从而研究了 α- 环糊精和 β- 环糊精与不同链长的 Gemini 表 面活性剂聚集形态的影响。研究结果表明链长为 8、 12 时，CMC 值变化不大，但链长增至 16 时，CMC 值 相差较大。该研究将在基础理论研究和工业应用研 究中具有广阔的发展和开发前景。
摘 要：简要介绍了环糊精化学的产生、发展及应用，重点介绍了：（1）环糊精衍生物的自组装、包合及应
用；（2）新型环糊精超分子聚集体的形成及应用；（3）环糊精的包合作用在医药学研究中的应用。并对环糊精
化学的发展进行了展望。
关键词：环糊精；包合；应用
中图分类号：O624
文献标识码：A
Recent research achievements on the second generation supramolecular host compounds of cyclodextrins*
phases are put on three parts: ① self-assembly, inclusion, and application of cyclodextrin derivatives; ②formation
and application of supramolecular aggregates of new cyclodextrins; ③ applications of inclusion effect of cyclodex－
2015 年第 04 期
张来新等：第二代超分子主体化合物环糊精化学研究的新进展 *
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业、农业、国防及医药学等领域均有着广阔的应用 前景，同时在二十一世纪的新兴热门边缘学科如生 命科学、环境科学、能源科学、信息科学、材料科学 均有着巨大的潜在应用前景。
1 环糊精衍生物的自组装包合及应用
1.1 四苯乙烯桥联环糊精衍生物的合成及 与卟啉的荧光共振能量传递
trins to medical research. Future development of cyclodextrin chemistry is prospected in the end.
Key words：cyclodextrin；inclusion；application
淀粉经某种特殊酶（如环糊精糖转化酶）水解 得到的 环 状 低 聚 糖 为 环 糊 精 （cyclodextrin, 缩 写 CD）。环糊精一般是由 6,7 或 8 个等单位 D- 吡喃葡 萄糖通过 α- 1,4- 糖苷键结合而成的锥柱或截顶圆 锥形环状化合物[ 1 ]。具其所含葡萄糖单位的个数（6, 7 或 8） 分别称为 α- 、β- 、或 γ- 环糊精（α- 、 β- 、或 γ- CD）。由于环糊精具有疏水的内腔和亲 水的外壁，而疏水的内腔可以包结多种有机、无机 及生物小分子，这一独特的性能被广泛用来构筑超 分子建筑块。通过对环糊精结构的化学修饰，可以 调节环糊精主体与客体间弱作用的协同效果，从而 有效地扩展天然环糊精对客体的键合能力和选择 性。同时由于环糊精的低毒性，可以在药剂学上彰 显出广阔的应用前景，即用来提高药物的溶解度， 增加药物的稳定性等[2 ]。不仅如此，在医药上，环糊 精能有效地增加一些水溶性不良的药物在水中的
在具有聚集诱导发生（AIE）效应的分子中，四 苯乙烯（TPE）因具有制备方法简单、增光增强效果 好等优点，在光电材料的应用中脱颖而出。另一方 面，荧光共振能量转移（FRET）效应在人造的光、电 及光电转移体系中都有广泛地应用[ 3 ]。为此，南开大 学的赵倩等人通过将炔丙基修饰的四苯乙烯和叠 氮功能化的环糊精混合，在一价铜的催化作用下， 发生“点击化学”反应合成了四苯乙烯桥联环糊精 衍生物（TPE- PMCD）。采用紫外 - 可见光谱和荧光 光谱研究了化合物的两亲性以及其在不同溶剂中 的 AIE 效应。进而利用环糊精空腔与水溶性卟啉之 间的强包结作用，构筑了一种超分子网状组装体[4 ]。 并进一步研究了该组装体内的 FRET 过程，该研究 将在人造光、电及光电转换体系中都有着广阔的应 用前景。
收稿日期：2014- 12- 08 基金项目：陕西省植物化学重点实验室基金资助项目（09JS066）；陕西
省教育厅自然科学基金资助课题（04JK147）；宝鸡文理学 院自然科学基金资助课题（zk12014） 作者简介：张来新（1955-），男，汉族，陕西周至人，宝鸡文理学院化学 化工学院教授，硕士生导师，主要从事大环化学研究及天 然产物分离提取。
3 环糊精的包合自组装在医药学上 的应用
3.1 β-环糊精对芦丁包合作用研究
芦丁又名维生素 P，属于黄酮类化合物，广泛存 在于自然界植物体内，具有心脑血管活血、抗肿瘤 活性、抗氧化自由基活性等多种生物功能。但芦丁 在水溶液中溶解度小，易析出，且芦丁味苦，从而影 响以苦荞为主要功能成分的产品的风味。环糊精作 为一种水溶性好，无毒性的大环主体分子可以实现 对芦丁分子的包合。为了改善芦丁的上述缺点，山 西大学的李二冬等人用饱和水溶液法制备了芦丁 和 β- 环糊精的包含物，并将影响包合的因素（如 pH、无机离子、氨基酸等） 进行了考察，发现在 pH3- 7 条件下 β- 环糊精对芦丁有较好的包合能 力，受外界影响因素较小。在此基础上他们还进一 步将该研究应用在功能食品苦荞醋中，实现了 β环糊精对苦荞醋中主要功能成分芦丁的改性[ 9 ]，效 果良好。该研究将在生命科学、材料科学及医药学 中得到广泛应用。