环糊精的性质和应用简版

-CD
>0.1 208.0 >0.1 2.1 >0.1 >0.1 >0.1 — — —
二甲基亚砜
乙二醇 丙二醇 甘油
2
9 1 i
35
21 2 4.3
—
— — —
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 率明显慢于淀粉；但在常温下的稀酸中较稳定
超分子
多分子体系
自组装 自组织 有序聚集体 分子和超 分子器件
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
轮烷（rotaxane） 准轮烷（pseudorotaxane） 准聚轮烷（polypseudorotaxane）
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
OH HO O O HO OH OH O HO OH O OH O HO OH OH OH O O O HO OH O OH O HO OH O HO HO OH OOH OH OH O O OH HO O OHOHO HO OH HO O OH O HO O OH O OH OH O HO O OH HO O OH O HO O OH O HO O OH O OH OH OH O OH OH O OH O O OH OH OH O O OH
-CD
8 1297 23.2 7.50~8.30 7.9±0.1 17.5±0.4
空腔大致体积（Å3 ）
水中结晶形状 结晶水（wt.%）
174
六角板状 10.2
262
单斜晶平行四边形 13.2~14.5
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
）
溶解度/mg CD· g -1 水
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 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 易位 功能组分 相互作用 分子间键 超分子 识别 转换
O HO HO
OH O HO
O OH O HO OH O OH O
OH O OH O
-cyclodextrin
-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
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 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
1903年，Schardinger用软化芽孢杆菌（Bacillus macerans）消 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
80
—
196.6
—
环糊精的结构和主要性质
环糊精在有机溶剂中的溶解度
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
-CD
i 0.3 i >0.1 i i i 7 i 54
Baidu Nhomakorabea
-CD
i 0.3 i 1.3 i i i 37 i 32
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
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
-CD
90 127 165 204 242 285 347 — — — — —
-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
-CD
185 256 320 390 460 585 — — — — — —
20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75
-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
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）
-CD
6 972 14.5 4.70~5.30 7.9±0.1 14.6±0.4
-CD
7 1135 1.85 6.00~6.50 7.9±0.1 15.4±0.4
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