环糊精包合物的研究进展_张莉

2003年第24卷第4期华　北　工　学　院　学　报V ol.24　N o.4　2003 (总第90期)JOURNAL OF NORTH CHINA INSTITUTE OF TECHNOLOGY(Sum N o.90)

文章编号:1006-5431(2003)04-0278-04

环糊精包合物的研究进展

张　莉,罗来辉

(铜陵学院南校区中心实验室,安徽铜陵244000)

摘　要:　环糊精及其衍生物不仅能与简单客体分子包合,也能与过渡金属配合物进行包合的研究.环糊精

衍生物与过渡金属配合物的包合作用,可通过环糊精修饰形成金属离子加冠环糊精主体分子,再与有机配

体分子发生相互作用而实现包合.环糊精及其衍生物与客体的包合作用构建出了索烃、轮烃、聚轮烃等超分

子结构.环糊精包合物得到广泛的研究,在许多方面已显示出其独特的作用.

关键词:　环糊精;过渡金属配合物;包合物

中图分类号:　O641.4 文献标识码:A

Research Progress of Cyclodextrin Inclusion Complexes

ZHANG Li,LUO Lai-hui

(T o ngL ing Co lleg e so uth area center labo rato r y A nhui,T o ngling244000,China)

Abstract:T he cyclodex tr in and its derivative inclusio n coordination can not only include w ith guest molecule,but also w ith transition metal complex es.Inclusion coo rdination of cyclodex tr in derivative w ith transitio n m etal can be o btained by polishing cyclodex trin to g et the metal Capped Cyclodex trin, then inclusion co ordinate w ith org anic lig ands.Cy clodex trin and its derivatives inclusion co ordinate w ith guest mo lecules product supermo leculers,such as Catenaane,Poiy rotaxane,Po lyro tax ane.The cy clo dextrin inclusion com plex es hav e been ex tensively investigated and its special functio ns hav e already been show ed in business.

Key words:cyclo dextrin;tr ansition m etal com plex;inclusion complex

环糊精化学在过去二三十年间获得了迅猛、长足的发展,目前已经有不少专著和长篇综述描述环糊精及其包合物的结构、性质和应用.环糊精是第一个也是最重要的一个能与范围极其广泛的各类客体,如有机分子、无机离子甚至惰性气体,通过分子间的相互作用使得客体分子嵌入其分子内部,并最终组装成主-客体包合物的半天然、半成品的环状主体化合物.作为主体的环糊精不仅与简单客体分子发生包合作用,也与过渡金属配合物以及金属有机化合物客体发生包合作用,所形成的包合物称为第二配位圈化合物(Second-Sphere Coordination Compound)[1].这一类超分子化合物的形成改变了过渡金属配合物和金属有机化合物的物理特性,化学反应性与催化活性,对于配位化学的深入理解、充实和发展正起着重要的作用.除此之外,环糊精的修饰、聚合和多重识别研究也是环糊精化学的主要发展方向.由于环糊精化学性质稳定,通过选择性修饰可使其成为水溶性或油溶性的手性主体分子,不仅能提供用于研究超分子领域中的相互作用和分子组装的模型,同时也可以作为很好的酶模型.

1　环糊精的结构与性质

环糊精(Cyclo dextrin,CD)(见图1)是由6个或6个以上的D-吡喃葡萄糖单元环状排列而成的一组低聚糖的总称,分子为略呈锥形的圆筒形,分子空腔的外侧为亲水性基团,内侧为疏水性基团,腔内有微弱的

X收稿日期:2002-07-29

作者简介:张莉(1963-),女,讲师.主要从事无机化学研究.

极性.环糊精在碱性条件下稳定,在强酸性

溶液中部分水解.目前研究较多的是A -,

B -,

C -环糊精.

2　环糊精与客体分子的包合

与客体分子形成包合物,是环糊精最

主要的性质.包合物有多种类型,环糊精

与客体分子,形成的主-客体化合物是其中

的一种.环糊精包合物可定义为一个或几

个具有适当大小和形状的分子(客体)通过

非共价作用,部分或全部地插入结构上具有空腔的环糊精分子(主体)腔内而形成的化合物[2].环糊精包合物不仅能以固态存在,也能存在于水和某些有机溶剂中.在包合反应中环糊精与客体结合的驱动力主要有范德华力作用、氢键作用和疏水作用[3]

.客体分子的形状、大小、极性,取代基的数目与性质,以及反应介质和温度等因素对包合物的形成与稳定也起着重要作用.根据客体分子性质的差异可以采取不同的方法制备环糊精包合物.3　环糊精与过渡金属配合物的包合

3.1　天然主体分子的包合物

美国化学家Breslow [4]在1975年最早发现环糊精作为主体分子能对过渡金属配合物产生包合作用而形成第二配位圈化合物.第二配位圈化合物在理论研究与实际应用上具有重要价值.

环糊精与过渡金属配合物包合的最简单例子是它们与无机盐的包合物,如CdS ,SnF 2和ZnS 等.其中B -环糊精与CdS 形成的超细颗粒

(ultrafine par ticles)有特殊的发光性质.

1981年Og ino [5]

报道了环糊精与钴胺配

合物在二甲亚砜中的包合.1986年

Alsto n [6]等利用X -ray 衍射分析首次解析

了过渡金属配合物的环糊精包合物的晶体结构.1988年铂配合物与B -环糊精包

合物的晶体结构也得到了确定[7]

.1998年

罗来斌、陈慧兰等人确定了烷基钴肟与环

糊精包合物(见图2)的晶体结构[8].1999

年R. D.Sinisterr a 等人发现水杨醛席夫

碱铜配合物与环糊精的包合物可以有效地催化分解过氧化氢和使超氧自由基歧化.

除了和简单金属配合物的包合,环糊精与金属离子螯合配合物包合的例子也有报道.1987年Kamitoru [9]发现C -环糊精、12-冠-4与K +可以形成2∶2∶1型包合物(见图3).1999年Y.Akiyo 等人

则发现C -环糊精、化学修饰的苯并15-冠-5与K +也可以形成2∶2∶1型包合物.1989年环辛二烯铂配

合物与环糊精包合物被制备出来.1990年M anka 等人研究了环糊精与金属卟啉配合物包合所形成的超分子化合物[10](见图4).

3.2　修饰主体分子的包合物

3.2.1　环糊精的修饰

由于疏水区域及催化活性有限,环糊精在应用上受到一定限制,化学修饰可以很好地弥补环糊精本身的不足,由此得到的环糊精衍生物具有更好地包合选择性和更高的化学活性.所谓修饰就是将环糊精的一级或二级羟基(-OH)中的一个、两个甚至全部,通过化学反应生成醚基(-O-)、酯基(-COO-)279(总第90期)环糊精包合物的研究进展(张　莉等)