环糊精 (3)

甲基环糊精的制备
倍他环糊精和取代基试剂反应生成甲基化倍他环糊精，这属于甲基醚化反应，反应在碱性条件下进行。但是由于位阻的影响，一般在二位和六位进行反应，很少在三位进行反应。一般情况下，反应产物随机甲基化衍生物的混合，因此也叫做部分甲基化环糊精。环糊精甲基化提高了其在水中的溶解度。其中MCD在水中溶解度随着取代的升高而增加。但是甲基化的环糊精的溶解度则是随着温度的升高而很快下降。甲基化的环糊精还具有低吸湿性和高的表面活性。环糊精甲基化仍具有大的包接性。环糊精表面引入基团后，改变了其物理性质，其结构也发生了变化。甲基化环糊精有立体选择性，客体分子进入甲基化环糊精分子洞的基团和几何位置不同于进入母体环糊精分子洞，这是因为甲基化的结果使得环糊精的结构扭曲的更厉害，空间位阻增大。部分甲基化环糊精很容易产生，适合工业上的应用。用微波法制成甲基化环糊精具体步骤是：将环糊精和硫酸二甲酯搅拌6h，加浓氨水，放置过夜。用盐酸中和。用氯仿萃取三次，合并用水进行洗涤，过滤，蒸出溶剂，用少量的甲醇溶解，浓缩，减压干燥，得到透明玻璃状固体，研磨得到白色粉末产品。还有一种方法是向含有氧化钡和氢氧化钡的环糊精二甲亚砜溶液中滴加碘甲烷制备得到甲基化环糊精，但是这种方法毒性比较大，已经被淘汰。目前基本采用的方法是用倍他环糊精使用前用水重结晶，恒温下干燥。二甲亚砜干燥，减压蒸馏。加入倍他环糊精，搅拌，使其充分溶解，再加入氰化钠，氮气条件下进行搅拌，滴加氯甲烷，搅拌五个小时，冷却至室温，停通氮气，加入适量的乙醇反应剩余的氰化钠。再萃取出去乙醚，经硅胶柱分离得到产品。
甲基环糊精的分析检测技术
甲基环糊精的分析检测有几种。红外色谱法是将少量的甲基环糊精产品和溴化钾混合，经过粉碎，压片后在红外光谱仪上进行检测。与母体环糊精对比，可以定性测定甲基环糊精的形成和结构变化。表明在3200-3700cm-1处的羟基吸收明显减弱，这是由于甲基的引入打开了环糊精的分子内氢键所致。通过峰值的分析证明有甲基的存在，还可判断环糊精单糖基的基本骨架结构没有变化。薄层色谱可以对甲基环糊精进行定性或者分离纯化，操作需要有相应的标准品进行对比。将甲基环糊精，母体环糊精和甲基环糊精标样溶解后在硅胶薄层班上进行点样。部分甲基化环糊精展开后为一系列不同取代度的组分，取代度越大，展开的距离越长。相同的取代度展开距离相同，但不代表是单纯的一种化合物。也有可能是取代基的相对位置不同的异构体。热分析法主要是环糊精和衍生物可以用热重法进行分析，用AL2O3为参照物，缓慢升温，在同步热分析仪上得到图表，从而了解环糊精的热动力学，降解的温度，和热稳定性的变化。取代度的测定法主要是由吡喃型葡萄糖单元构成的倍他环糊精上的分子结构为基础。环糊精衍生物的取代基数目对其性能有重要的影响，因此，准确测定器平均取代度有很重要的意义。目前普遍采用的汗死用等离子吸收质谱的方法测定甲基环糊精的平均取代度。
Байду номын сангаас
环糊精在医药和分离分析技术的应用
环糊精可以和许多药物形成含有非共价键的复合物，这是其独到的地方。但是其自身也有许多缺点，因此需要对其进行很多方面的改良。将环糊精用物理混合物，共价键结合作为交联剂的形式加入到聚合物的给药系统中，能改变给药机制，这可以是体系得到较好的释药效果。用于医药的环糊精聚合物极易溶于水，适合长期服用，没有发现有毒性或者是免疫原性，而且可以制备出电中性，正电性，和负电性的聚合物。这些聚合物能和小分子的药物结合，还可以和核酸这些大分子药物很好的进行包合。小分子的药物通过结合而已增加药物的溶解性，提高其稳定性，降低毒副作用，改善药代动力学特征。这些和被动的药物载体不一样，聚合物对生理和微环境条件有不同的反应，因此能设计出使得药物在合适的时间和部位进行作用。通过聚合物向靶细胞表面受体作用，使药物被靶细胞向细胞或者组织吸收。环糊精和环氧氯丙烷交联得到的聚合物，具有高度的水溶性，可以用来增加水溶性药物的溶解度，溶解速率和提高生物利用度。通常情况下，其作用效果比环糊精单体要好的多。当分子量大时使其不能溶解时，此时环糊精聚合物能表现出很强的溶胀和亲水性能，同时也能和许多药物形成复合物，也能增加药物的溶解性能。对分离分析技术环糊精分子的空腔尺寸能和客体分子进行匹配，空腔中的羟基可以和客体分子形成氢键，内腔的疏水特性可包合脂溶性分子。因此，它对有机分子有进行识别和选择的能力，这已经被应用于各种色谱和电泳方法中，用来分离各种异构体和对映体。
环糊精聚合物在工业上和环保上的应用
在工业上，一些调味香料和化妆品中的香精成分容易挥发，利用环糊精改良的淀粉高吸水树脂，有很好的吸附香精的性能。长期以来，环糊精聚合物广泛被应用于食品添加剂，调味品，和化妆品中。在二十世纪九十年代，德国的某公司生产出活性环糊精，通过侵染，轧染等工艺，固定到纤维素的表面。这种活性环糊精，可以修饰纤维素，淀粉，明胶的高分子材料，也可以修饰聚酯，聚酰胺聚丙烯等合成纤维，因此，若对其进行处理，则可以制造有香味，防腐，保湿等各种功能的纤维材料。已经开发的包结角鲨烷纤维制品，即使反复的洗涤，依然有保湿的功能。要想将环糊精的性质结合到纺织品材料商，就必须将环糊精分子持久的结合在纤维的表面上。适当的取代基的环糊精可以固定在各种聚合物上。种种环糊精的固定过程可比喻为在不同的纺织材料的染色。在纤维上的环糊精的分子可以用于香精的贮藏，可用香精的生产商，纺织品的消费者将他们放入。湿的或者干的纺织品可用香精溶液喷洒。经过处理的纺织品在干燥状态下，香料的分子为环糊精所包埋，就可以使它们保持很长时间。这主要是因为其蒸气压被降低的缘故。即使在很高的温度下，芳香分子也不会加速挥发。汗水中的有机物更能包合。因为其空腔在洗涤后，可重新进行填充。通过固定的环糊精的包合。这些物质的包合，试用于床单等家用纺织品，这是因为芳香的释放常常和平静的效果联系在一起。用环糊精处理的纺织品在正常的洗涤过程中，包合的有机物可能同脏污一同被清除，然而，因为环糊精又固定作用，它可以继续保留在纺织品上，可以继续用来生香。由于环糊精又从气体和液体中捕获有机分子或其他金属离子的能力，含有环糊精的聚合物在环境监测和废水的处理方面等有重要的应用。
环糊精聚合物交联合成方法
环糊精聚合物是指将环糊精分子以化学键的方式或者通过物理的方法将其分子形成含有多个环糊精单元的高分子衍生物。这种聚合物可以保持环糊精的识别能力，又有比较好的机械强度，稳定性好，环糊精空腔和聚合物网络的综合作用提高材料的性能。在很早的时候，用含有环糊精的单聚体方法合成高分子，近期又有报道将环糊精和高分子键合技术形成的一些化合物。形成的聚合物有很大的应用前景，可望推出系列功能材料，在分离分析技术，生物工程技术等有很大的应用前景。环糊精聚合物的合成方法有很多。交联法是将环糊精中的羟基和一些带有多功能基团的化合物聚合。分为本体聚合和共聚两种。本体聚合是将交联剂直接引发环糊精单体聚合。主要采用的交联剂是氧氯丙烷。一般是将倍他环糊精融入到NaOH中 ,加入交联剂，进行反应生成环糊精聚合物。另外，除了用交联剂之外，还可以利用酯反应，使倍他环糊精和聚丙烯酸交联，形成聚合物。共聚方法是将环糊精通过化学的改性制成带有可聚合基团的环糊精衍生物，通过适当的条件引发环糊精衍生物单体聚合或者与其他的聚合。一般是将环糊精衍生物单体聚合生成不溶于一般有机溶剂的聚合物。研究已经表明其在医学上有很大的应用潜力。环糊精和其他单体共聚合成双链取代基的倍他环糊精衍生物则能合成一系列不同的聚合物，其可以清除水中的污染物。制备简单，但是稳定性和机械强度差，应用受到一定的限制。
羟丙基倍他环糊精
在三种主要的母体环糊精中，倍他环糊精分子适中，包接的范围广，生产成本低，是目前在工业上唯一能大量生产的环糊精产品。但这种环糊精在水中的溶解度低而且有溶血作用，限制了其使用。羟丙基倍他环糊精是倍他环糊精的醚衍生物。羟丙基的引入打开了倍他环糊精分子内的氢键，形成无定型的混合物，水溶性大大提高，实验证明其有很高的安全性，甚至可以用来静脉注射。因此被认为是很有潜力的母体环糊精额替代品。倍他环糊精在碱性的条件下和环氧丙烷发生缩合反应，在碱催化下环糊精烷氧基负离子进攻氧环上含取代基最少的碳原子，该处的空间位阻最小。环糊精和环氧丙烷在强碱性环境下反应容易生成6位取代物，弱碱性条件下则易形成2位取代物。在强碱性条件下236位的羟基被活化，6位的位阻最小，取代基容易进入。弱碱性条件下2位的羟基酸性最强，容易活化，因此取代以2位为主。长期以来，人们一直认为环糊精和他的衍生物的结构是刚性的，这种假设和他们能轻易地形成复合物的性质不符合。其结构相对柔性，实验表明环糊精通过非共价键合形成复合物不仅在溶液里，甚至固体状态下都是柔性的。羟丙基的引入打开了倍他环糊精的内氢键，使得骨架有柔韧性，取代基也有一定的活动空间。这种相对柔性结构能较好的解释其复合物形成能力的提高以及其复合反应动力学。
用固载等的方法合成环糊精聚合物
通过化学键的方法将环糊精和高分子载体骨架连接起来得到环糊精聚合物。其中母体的骨架可选用聚苯乙烯等。根据合成的路线的不同可以分为几种固载方式。一种是将高分子载体上连接上一些可以和环糊精进行反应的官能团，再将环糊精固载到高分子的载体上。例如用交联PS为骨架的母体，引入黄酰氯，卞氯，环氧基团活性基团，进行倍他环糊精的固载化反应。研究表明通过这三种路线合成的倍他环糊精高聚物，对芳香类化合物，巴比妥类等都有很好的包络吸附性，这可作为生物选择性较好的医用吸附剂，对人体的几种内源性或者是外源性毒物可以进行清除。二是进行化学修饰制成单体后，接到高分子载体上，可以固载环糊精。将全甲基化烯丙基倍他环糊精和全戊基化烯丙基倍他环糊精接到含氢硅氧烷上可以作为气相色谱固定相。三是在高分子载体上固载环糊精，有时需要将载体和环糊精进行衍生化后，在进行固载化反应。四是无机高分子硅胶。基本上都是预先将环糊精或者硅胶载体进行衍生化，获得一定的间隔而进行固载。例如用氯丙基三乙氧基硅烷键形成CPS母体，和倍他环糊精钠盐脱水反应形成带有丙烯基的倍他环糊精键合硅胶固定相，对氨基酸的手性分离性能高于含碳原子间隔臂的固定相。这保持了倍他环糊精的原始结构，能发挥硅胶表面一系列的倍他环糊精分子的协同作用。固载化环糊精制得的聚合物稳定性好，也有较好的机械强度。但是这种环糊精的分子的位阻较大，反应困难。再者是交联和固载的相结合方法。这主要是针对以上两种方法的不足，通过实验证明合成的新型聚合物各种指标都比较好，但是工艺复杂了不少。