大环化合物的重要意义

目录

1 引言 (1)

2 大环化合物发展主流：超分子化学 (1)

2.1 冠醚 (2)

2.2环糊精 (2)

2.3 杯芳烃 (3)

2.4 葫芦脲 (4)

3 在药物方面，大环化合物的重要地位 (5)

3.1 抗菌药物 (5)

3.1.1 大环内酯类 (5)

3.1.2环肽类 (6)

3.1.3 氮杂大环类 (7)

3.2 抗肿瘤药物 (7)

3.2.1阻断微管形成与聚集的药物 (7)

3.2.2 作用于核糖体亚单位 (8)

4 大环化合物的组装研究取得新进展 (9)

5 结语与展望.................................. 错误！未定义书签。参考文献：. (11)

大环化合物的重要意义

作者：石娟指导老师：庞韬

(安庆师范学院化学化工学院，安庆 246011)

摘要：大环化合物在药物的研发和超分子化学领域有着相当重要的意义。在很多新型药物研发的进程中，大环化合物类药物一向都是医药学领域的较为常见研究对象。除外，大环化合物还是主-客体化学研究方面的重要媒介，是超分子化学的重要组成部分。还有些具有机械连接的分子在分子马达方面也有潜在的应用。大环化学的发展不仅仅是化学领域研究一个新的里程碑，也是给其他的学术研究领域带来了新的气息。

关键字：大环化合物；药物研发；超分子化学；分子马达

1引言

近几年大环化学的研究和发展甚是迅速。冠醚、环肽、环糊精、卟啉、大环多胺等众多种类的大环化合物在很多领域，如分子识别、超分子自组装和仿生研究，甚至在药学等领域也得到广泛研究与应用,这些中尤其引人注目的是在医药领域的研究与开发。很多大环类化合物作为抗菌、抗肿瘤等药物在临床上很是常见, 而且现在的研究更是日益活跃。具有机械连接的分子如索烃和轮烷等也特别受到人们的关注，是因为它们在分子马达等方面有很多潜在应用。尽管有关索烃和轮烷结构的化合物的报道已有很多,但由于特殊的结构，由单个分子笼构筑的聚索烃和聚轮烷结构的化合物在当前仍要面临巨大挑战。至今为止，国际上有关一维和三维的聚索烃的报道分别只有两例和一例。

2大环化合物发展主流：超分子化学

分子化学的发展和大环化合物（例如：冠醚、环糊精、杯芳烃、葫芦脲等[1-3]）的发展是紧密联系在一起的。上世纪30年代莱恩对各种类型的穴醚化合物的络合作用深入研究时，提出了“超分子”和“超分子化学”概念。当时他认为象酶和底物的识别作用一样, 在选择性传递过程中, 接受体和底物一样也有着识别作用,这个发现对深入研究很多生物化学过程都有着极为重要的意义。尽管如此，可是仅以由共价键结合的分子化学是很难合成较为理想的分子接受体的,只有当接受体具备有络合分子或离子的

结构形式和能力,与此同时底物又可借多种分子作用力（例如电性作用、范德华作用力、氢键和近距离斥力等）与接受体结合时,才能让接受体和底物结合，形成具有特定结构和性质，并且稳定的实体。这种“聚集”的实体莱恩把它称之为“超分子”。它不仅具有分子识别、分子催化的功能，另外还有选择性迁移的功能，而研究分子内键合和分子“聚集”的化学就是“超分子化学”。但是超分子化学却是在半个多世纪后才被研究人员重视[4]。

2.1冠醚

一类有(CH2CH2X)n重复结构单元的多醚类大环化合物称为冠醚，在其中的X代表是杂原子，如：S、N、O、Se等。第一个冠醚分子是：二苯并18-冠-6（如图1）是上世纪60年代美国杜邦公司的Pederson,C.J.在偶然间发现的。发现之后, Pederson对其性质进行了深入的研究，最后发现醚类大环是可以和碱金属盐、碱土金属盐等形成络合物，并且是非常稳定的，而且能够溶于某些有机溶剂之中。之所以将其称之为“冠醚”，是因为这类大环冠醚的分子模型的形状和王冠比较像[5]。

图示 1

冠醚能这么快就可以收到各国化学家的重视，是因为它具有特殊性，极强的络合能力和柔韧性。随后，化学家们接连合成出了各类冠醚及其衍生物。

2.2环糊精

环糊精（Cyclodextrins，简称为CD）是一类由D-吡喃型葡萄糖单元通过α-1,4-糖苷键首尾相连的方式形成的一类环状低聚糖大环化合物[6]。根据葡萄糖单元数目的不同，将环糊精分为α-、β-、γ-、δ-…环糊精, 其中最常见是的有6、7和8个葡萄糖单元的α-环糊精、β-环糊精、γ-环糊精(图示2)。

图示2α-环糊精、β-环糊精、γ-环糊精

环糊精具有一定的路易斯碱性，是因为它环内的空腔有相对较高的电子云密度。另外环糊精内腔又具有疏水性，所以它可以作为主体（Host）分子来提供一个适合的空腔以包结客体（Guest）分子，例如有机分子、气体分子和无机离子等，这个过程就是分子识别作用。环糊精的具备酶模型的特殊性质，让它在多个化学领域受到了普遍的关注并得到广泛的应用，特别是在催化、分离以及药物等方面。

2.3杯芳烃

由苯酚单元和-CH2- 在酚羟基邻位以共价键形成的环状化合物是杯芳烃，是一类的大环化合物具备独特空穴结构，是“第三代超分子化合物”。因为这类化合物的化学结构形状很像希腊式酒杯“calixarene”，而被命名为杯芳烃。

图示3

杯芳烃具备的特点是：它的酚羟基以及它的对位取代基上可以通过各种方式引入各类型官能团；有构象变化，但是可以根据需要固定理想的构型，方法有：通过控制反应条件、通过增加各类型官能团等，可以识别金属离子、中性分子[7]。杯芳烃具备极大的应用潜力和极佳的应用前景，如杯[4]芳烃与铀酰生成的络合物可以运输尿素[8]；而杯[8]芳烃对铯离子有独特的选择性，可用来回收核废料中的铯[7]

2.4葫芦脲

20世纪初，德国化学家Behrend等首次用尿素、乙二醛、甲醛在酸催化下合成一种白色化合物，并分析其结构式为C10H11N7O4•2H2O[9]葫芦脲最明显的结构特征是有一个两端开口的空腔，并且空腔内部是疏水的，所以它能够包结尺寸适宜的有机分子[10]。葫芦脲刚性另一个明显的特征是它的分子结构，由于其热稳定性较高，在各领域都有越来越多的研究者对葫芦脲应用进行了深入探究。

图示4葫芦脲

超分子化学是近代化学、材料化学、信息科学和生命科学等很多学科领域的交汇点，是由于分子间的非共价键作用力而形成产物的化学学科。[7]以大环为主体,其它分子或离子为客体,其主客体结合方式难以用传统的共价键描述的超分子化合物,其结构和功能均有特异之处。超分子的生成无需共价键的断裂。离子能量的输入和分子结构改变, 而是在特定条件下由分子自身组织, 自身装配而成,这与自然界小分子常借分子内和分子间的力组成复杂大分子有类似之处，组织是以相互识别为墓础,这样,有缺陷的分子不能进入立体中,所以主客体结合有高度的选择性,同时将客体的信息保留在新的产物中,为此化学家正着手模拟生物界的自组织自装配过程来合成物质。这是生物界对化学界的挑战。如果完全实现, 将使传统的有机合成化学发生变革。如由两个线形多毗陡经金属离子直接装配成双螺旋结构的大分子。

此外, 超分子化合物的性质有许多新奇之处,如Cram利用两个半球醚组成的主体就像一反应瓶,这样像苯炔、卡宾等不稳定质点就能被控制在内，能驯化高活性质点, 达