1、浅谈环糊精 南开大学化学院化学系 蒋邦平 0410951 【论文摘要】 本文概要的介绍了一些超分子化学发展进程中的第二代主体化合 物环糊精的分子组装和其在超分子化学领域的一些应用。 【关键字】 环糊精 亲水性 疏水性 分子组装 超分子化学 轮烷 索烃 C 60 包结物 单分子膜 引 言 环糊精，英文名为 cyclodextrin ,通常简称为 CD，自从 1891 年 Villiers 首次 报道以来 1 ，经过众多化学科学家们 100多年来不懈的努力研究探索，现在不仅 知道了其是一类由 D-吡喃葡萄糖单元通过-1， 4糖苷键首尾相连形成的大环化 合物，而且也逐渐发现了由于其所具有的特殊的疏水
2、性内腔和亲水性外表面（如 图 1）而表现出的与众不同的分子识别能力，因此使其成为超分子化学发展中继 冠醚之后的第二代主体化合物。 亲水性外表面 疏 水 性 内 腔图1 简化的环糊精的两种区域特征 环糊精中由于 D-吡喃葡萄糖单元的最常见个数为 6个、 7个和 8个，故又可 按其葡萄糖单元个数由小到大分为 环糊精、环糊精和环糊精。正是基 于上述环糊精的亲疏水特性以及可具有不同尺寸大小的分子空腔， 化学家们将其 做为基本构筑单元引入到不同的超分子体系中， 构筑出各种各样的复杂但有序的 分子组装体系(如图 2)，例如分子项链、分子算盘和分子链条等 2 。 分子内自包 结 二聚体 多聚体图 2 经过修
3、饰后的环糊精的三种自组装形式 一 环糊精参与形成的分子轮烷和索烃 上面图-2 提到的环糊精衍生物的自组装只是依靠其分子内或分子间的范德华 力或氢键的相互作用，因而此类自组装行为可控性不强，具有很大的随机性。又 因为其作用不存在共价键和阴阳离子间相互作用，所以其稳定性也比较低。 环糊精及其衍生物与其他分子通过共价键的组装形成的更易被预测和更加 稳定的大分子也早已被报道过， 而本文则给读者简要的介绍近几年这方面经过大 量研究后合成的大分子轮烷和索烃。 1 分子轮烷 环糊精的轮烷分子通常是用大体积的配合物分子或有机分子将通常由一个 2 轮烷或多个n 轮烷环糊精单元连成一线的线形分子封闭起来，从而使得
4、环 糊精单元只能在线形链上运动。 以配合物封端的环糊精的轮烷分子有多种形式，如 Cola和 Pikramenou等报道的具有联吡啶功能基团的钌和锇的配和物封端的环糊精轮烷分子（如图 3） 3 。 O N N N Ru N N N N N N Os N N N图 3 以金属钌和锇离子的联吡啶配和物封端的基于环糊精的轮烷分子 以有机分子封端的轮烷分子也见过报道，如 Harada 等报道的包含 2，4，6 三硝基苯氨官能团的有机封端分子（如图4） 4 。 C2H4 C2H4 C2H4 C2H4 C2H4 NH NH NO2 NO2 NO2 NO2 NO2 NO2图 4 H arada等报道的有机分子
5、封端的轮烷分子 近来还由 Kawaguchi 和 Harada 报道了不需要封端剂的，而是由分子链两端 所含的铵离子与环糊精之间的相互排斥力将环糊精固定的例子。 2 分子索烃 索烃是一类由两个（2 索烃）或多个（n 索烃）互相套在一起的环状化合物构成的索式超分子体系。而基于环糊精的索烃分子，则是将环糊精作为其中 的一环，形成的索式超分子体。早在 1957年 Lttringhaus和Cramer等就构想 用环湖精作为索烃的其中一环，与另一长链分子先形成配合物，再将长链分子进 行环合，从而形成基于环糊精的索烃超分子体。但可能是由于链的长度问题并未 有成功（如图 5） 。 (CH 2 ) 8 O O
6、 (CH2)8 SH HS S S 氧化图 5 L ttringhaus和 Cramer等想尝试合成的分子索烃 二 环糊精与 C 60 形成的包结物 环糊精与 C 60 形成的包结物分子具有特殊的生物活性功能。如刘育等通过邻 苯二硒桥连双环糊精的 Pt(IV)的金属配合物与 C 60 反应得到的一种新型的纳 米超分子体在可见光的照射下具有切割 DNA 的能力（如图 6） 5 。 Se Se Pt4+ Cl Cl Se Se Pt4+ Cl Cl Se Se Pt4+ Cl Cl图 6 具有切割 DNA 能力的环糊精和 C 60 的纳米超分子包结物 环糊精不仅能通过配合物的方式将 C 60 包结
7、在两个环糊精之间，还可通过 C 60 衍生物的聚合形成基于环糊精的轮烷，而将 C 60 夹在两个环糊精之间，如 Samal 和 Choi 等报道的用 C 60 、环糊精和 4氨基苯醚反应后得到的含环糊精 的富勒烯聚合物。 环糊精与富勒烯形成包结物超分子的研究还刚起步不久， 在这方面还有许多 工作有待化学工作者们做，还有许多值得探索的地方。 三 环糊精参与形成的自组装单分子膜 环糊精具有很好的亲水性，如图 7 所显示其主面和次面均为亲水性的面 主面 次面图 7 环糊精分子的主次面示意图 因此只要两个面中的一个面被亲脂的取代基修饰后，此分子则变成了双亲性分 子，依靠此环糊精衍生物上下面极性的不同，
8、将一面吸附在该面所亲的底物上， 则形成了环糊精参与的单分子膜。 正是基于这种思想，Kawabata 等首次报道了被烷基修饰的双亲性的环糊精 分子在气水界面组装成的单分子膜（如图 8） 。 OH OH OH OH OH OH X X图 8 气水界面上的两亲性环糊精衍生物的自组装单分子膜 除了由两亲性的环湖精衍生物分子在两相界面形成单分子自组装膜外， 也可 由末端含硫基团的环湖精衍生物，与含金、银的表面或玻璃表面的强相互吸附作 用，形成自组装的单分子膜，如 Back、Wenz 和 MittlerNeher 等报道的如图 9所示的单分子膜 6 。 S S S S S S Au图 9 含硫基团的环湖精
9、衍生物在含金的表面形成的单分子膜【小结】 环糊精及其衍生物由于在化学和生物领域表现出的特殊性能，已经引 起科学工作者们高度重视，而怎样更大的发掘其在材料、生物、医疗和化学方面 的潜在应用已成为科学工作者特别是化学工作者的一大挑战。 本文只是以小综述的角度概略的介绍了一些环糊精及其衍生物在超分子自 组装方面的应用。 参考文献及书籍 1 张国梅，双少敏，钞建宾，潘景浩。分析科学学报，2005年第二期 2 化学工业出版社 纳米超分子化学从合成受体到功能组装体 刘育 张衡益 李莉 王浩 编著。 3 Haider J M,Chavarot M,Weidner S,Sadler I,Willimas R M,Cola L D,Pikramenou ZInorgChem2001,40：39123921 4 Harada A,Li J,Kamachi MChemCommun,1997,14131414 5 Liu Y,Wang H,Zhang H Y,Liang PAngewChemIntEd,2004,2690-2694 6 Nelles G,Weisser M,Back R,Wohifart P,Wenz G,Mittler-Neher SJAmChemSoc,1996,118:50395046
