陳 琦

（寶雞文理學院 化學化工學院，陜西 寶雞 721013）

綜 述

植根深遠的環(huán)糊精化學*

陳 琦

（寶雞文理學院 化學化工學院，陜西 寶雞 721013）

簡要介紹了環(huán)糊精化學的產(chǎn)生、發(fā)展、性能、應用及結(jié)構(gòu)特征。詳細介紹了：（1）新型環(huán)糊精包合物的制備及在醫(yī)藥學中的應用；（2）陰、陽離子型環(huán)糊精誘導類表面活性劑聚集體研究；（3）環(huán)糊精修飾石墨烯對硝基化合物的檢測。并對環(huán)糊精化學的發(fā)展進行了展望。

環(huán)糊精；自組裝；應用

環(huán)糊精（CD）早在1891年就由Villers首次從淀粉桿菌的淀粉消化液中發(fā)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)分析證明，環(huán)糊精是由6-12個D-吡喃葡萄糖通過α-1,4-葡萄糖苷鍵連接而成的具有略呈錐形的空圓筒立體環(huán)狀結(jié)構(gòu)，其有α-CD、β-CD、γ-CD之分。由于它們具有“內(nèi)疏水，外親水”的特征，故其孔腔可包合各種客體，如有機分子、無機離子、配合物及惰性氣體等，它們通過弱相互作用形成包合物，以此來改變客體分子的理化性質(zhì)及生物學性質(zhì)。因此，環(huán)糊精不僅被廣泛應用于醫(yī)藥、食品、染料、化妝品、催化、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防等領域，而且在二十一世紀的熱點領域，如生命科學、材料科學、能源科學、環(huán)境科學、信息科學、納米科學、分子機器、分子器件、酶模擬、分子識別、手性分離、藥物載體、催化科學等彰顯出廣闊的應用前景。不僅如此，環(huán)糊精在化學、生物化學、生物物理學、仿生學等眾多自然科學領域的應用也有目共睹。因此，環(huán)糊精的發(fā)展促進了上述眾多學科的形成和發(fā)展，它們之間相互促進，相得益彰。目前，由于人們對環(huán)糊精化合物研究的不斷深入，現(xiàn)已形成為一門新興的熱門邊緣學科-環(huán)糊精化學。

1 新型環(huán)糊精包合物的制備及在醫(yī)藥學中的應用

1.1 乙酰天麻素環(huán)糊精包合物的制備及在醫(yī)藥學上的應用

天麻素[1]是從中草藥天麻中提取出來的一種主要活性成分，在此基礎上對羥基進行乙?；玫狡溲苌镆阴Ｌ炻樗?。乙酰天麻素是一種白色結(jié)晶，具有良好的鎮(zhèn)靜安眠作用[2，3]。它對神經(jīng)衰弱、失眠、頭痛有緩解作用。為此，云南大學的安坤等人利用凍干，制備了乙酰天麻素/β-CD，乙酰天麻素/γ-CD和乙酰天麻素/HP-β-CD包合，并通過多種測試手段和分析技術(shù)對包合物的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和相互作用進行了表征。Job曲線還表明了乙酰天麻素與環(huán)糊精的配位比為1∶1[4]。其包合物的形成可使乙酰天麻素在藥品使用上出現(xiàn)緩釋作用，從而增強藥效和延長藥物治療的耐久性。

1.2 柚皮苷環(huán)糊精包合物的制備及在醫(yī)藥學上的應用

柚皮苷是一種天然的黃酮類化合物，是中藥骨碎補的主要活性成分[5]。柚皮苷具有較強的抗炎、消除自由基、抗氧化、抗動脈粥樣硬化、細胞保護作用，以及具有抗菌、消炎、抗肝炎、護肝、抗腫瘤等多種藥理作用[6，7]。但由于其水溶性差，生物利用度低，從而限制了其在臨床上的應用。環(huán)糊精具有“內(nèi)疏水，外親水”的特性，使其能在水溶液中裝載柚皮苷形成分子膠囊，從而提高了柚皮苷的溶解度和溶出速度，為其廣泛的臨床應用創(chuàng)造了條件。為此，云南大學的嚴輝煥等人通過分子動力學對包合物的相互作用進行了模擬研究，他們利用共蒸法和冷凍干燥法，制備了柚皮苷/羥丙基-環(huán)糊精（HP-β-CD）包合物。并用多種測試手段表征了柚皮苷分子與HP-β-CD之間的包結(jié)模式。結(jié)果表明，柚皮苷/HP-β-CD包合物的水溶性得到提高[8]，從而提高了柚皮苷的利用率，通過緩釋作用提高了藥效和治療耐久性。該研究將在生物化學、生命科學及醫(yī)藥學研究中得到應用。

1.3 β-環(huán)糊精修飾的四氧化三鐵/聚吡咯納米藥物載體的合成及應用

透明質(zhì)酸（HA）能在腫瘤組織（如上皮腫瘤組織、卵巢腫瘤組織）中高表達的腫瘤干細胞標記物（CD44）受體特異結(jié)合，因此，作為靶向配體對腫瘤治療具有應用前景。為此，山西大學的洪沙沙等人通過原位聚合反應合成表面是透明質(zhì)酸的聚吡咯（PPy）包囊四氧化三鐵納米粒子，然后以N-羥基琥珀酰亞胺（NHS）和1-（3-二甲氨基丙基）-3-乙基碳二亞胺鹽酸鹽（EDC）為活化劑通過酰胺反應將氨基-β-環(huán)糊精修飾到HA鏈上，得到最終的超分子載藥系統(tǒng)。以鹽酸阿霉素（DOX-HCl）作為模型藥物，考察了Fe3O4＠PPy-HA-CD的載藥性能，其對DOX的最大負載量為447mg·g-1，負載行為符合多層Freundlich吸附平衡方程。在370C時，藥物表現(xiàn)出良好的控制平衡行為[9-11]。Fe3O4＠PPy-HA-CD以環(huán)糊精孔腔為藥物載體，通過透明質(zhì)酸的腫瘤靶向作用，可以實現(xiàn)藥物的緩釋和靶向供藥，同時又能夠?qū)崿F(xiàn)磁共振成像的目的。該研究將在分離、檢測及生物醫(yī)學等方面有著潛在的應用價值[12]。

1.4 雷公藤甲素與兩種修飾環(huán)糊精的超分子體系研究

雷公藤甲素（TPL）是從雷公藤和昆明山海棠植物中提取分離出的活性較高的環(huán)氧化二萜內(nèi)酯化合物，是雷公藤及昆明山海棠的主要藥用有效成分之一，具有很強的抗感染、免疫抑制、抗癌、抗腫瘤等多種藥理作用[13]，是一類開發(fā)前景很好的藥物。由于雷公藤甲素不溶于水，故使其生物利用率低。因而在臨床應用上受到一定的限制。環(huán)糊精及其衍生物的環(huán)狀孔腔結(jié)構(gòu)和獨特的兩親性[14]，可使其作為優(yōu)良載體來包結(jié)藥物分子，以改善藥物的理化性質(zhì)，從而提高藥效已成為超分子化學領域研究的熱點之一。為此，云南師范大學的盤振杰等人研究了兩種丙二胺修飾-β-環(huán)糊精與TPL的超分子體系。即他們通過混合溶液攪拌法制備了丙二胺單修飾/雷公藤甲素和丙二胺橋聯(lián)/雷公藤甲素的兩種超分子體系。結(jié)果表明，形成兩種超分子體系后，TPL在水中的溶解度分別增大了48.3倍和60.5倍[15]，該研究為雷公藤甲素在臨床藥用方面起到了提高藥效和生物利用率的作用。

1.5 20（S）-原人參三醇與環(huán)糊精超分子體系的制備及應用

20（S）- 原人參三醇（PPT）是從人參、西洋參和三七中提取的皂苷類物質(zhì)的主要苷元[16]。PPT可以發(fā)揮對腫瘤細胞的特異細胞中毒作用，對多種腫瘤細胞的增殖與生長具有明顯的抑制作用[17]。但由于PPT的水溶性較差、生物利用度低而限制了其藥用價值。環(huán)糊精及其衍生物作為具有獨特孔腔的分子結(jié)構(gòu)和兩親性能，能夠與藥物分子包合，包合后對藥物具有增溶作用，因此可提高藥物的生物利用度。為此，云南師范大學的李志文等人合成了一種新型的主體橋聯(lián)環(huán)糊精衍生物（A），并采用飽和水溶液法制備了主體A與PPT的超分子體系[18]，還測試了其1∶1的包結(jié)模式，從而使PPT在水中的溶解度增大，因而提高了PPT在臨床應用上的藥效和生物利用度。

2 陰、陽離子型環(huán)糊精誘導類表面活性劑聚集的研究

2.1 陽離子環(huán)糊精誘導類表面活性劑聚集的研究

在多種超分子組裝體中，超分子兩親組裝體具有功能多樣化、生物兼容性強及多重刺激響應等特點，這使得其在生物藥物傳遞上有著很大的應用前景。目前，在誘導聚集構(gòu)筑超分子兩親組裝體中，多聚陽離子大環(huán)分子的研究卻比較少。為此，南開大學的李中意等人通過實驗研究發(fā)現(xiàn)有7個甲基咪唑陽離子的環(huán)糊精能夠通過組裝誘導表面活性劑的聚集來降低陰離子客體的臨界聚集濃度（CAC），能夠形成納米粒子，且有一定的可調(diào)控功能。因此，他們合成了類似陰離子表面活性劑的客體分子，通過多種測試手段來研究帶有正電荷的環(huán)糊精和有親水頭部、疏水尾部的陰離子客體之間的誘導行為。同時對組裝體形成的疏水孔腔進行了深入的研究[19]。該研究將在超分子化學、主客體化學、生物藥物傳遞及材料科學的研究中得到應用。

2.2 陰離子型環(huán)糊精誘導類表面活性劑聚集體的應用研究

超分子化學是一門涉及化學、材料、生物、醫(yī)藥、能源、信息、納米等諸多領域的新興熱門邊緣學科，其研究方向為分子間非共價弱相互作用。環(huán)糊精是繼冠醚之后超分子化學所研究的第二代大環(huán)主體化合物，由于其性質(zhì)比較穩(wěn)定，孔腔可以對客體進行包合等特性，使其在構(gòu)筑功能材料、生物醫(yī)學材料等方面具有廣闊的應用前景。-環(huán)糊精具有“外親水，內(nèi)疏水”的特殊結(jié)構(gòu)，使得-CD具有可與多種客體分子或離子（無機物或有機物）形成包合物的能力。為此，南開大學的梁璐等人以帶有磺酸基的陰離子型環(huán)糊精為主體，以帶有銨基正電荷的陽離子表面活性劑為客體，構(gòu)筑一類二元超分子兩親性組裝體，通過丁達爾效應、紫外-可見光譜、動態(tài)光散射、zeta電勢、透射電鏡等多種手段進行了表征，并研究了兩者之間的相互作用[20]。該研究將在化學、材料、生物、醫(yī)藥學、能源、信息、環(huán)境、生命等科學領域得到應用。

3 環(huán)糊精修飾石墨烯對硝基類化合物的檢測

六苯并蔻類化合物被認為是最小結(jié)構(gòu)單元的石墨烯，它是由13個苯環(huán)組成的大平面共軛芳香稠環(huán)，其分子尺寸約為1.3nm，因此，又被稱為納米石墨烯。六苯并蔻類化合物由于其自身特殊的分子結(jié)構(gòu)與理化性質(zhì)，不僅能夠自組裝形成多種納米結(jié)構(gòu)（如納米粒子，納米線，納米管等），而且在納米電子器件，化學傳感檢測，生物成像，納米藥物傳遞等領域具有廣泛的應用前景。為了進一步拓展納米石墨烯在化學傳感檢測方面的應用，南開大學的喻杰等人合成了環(huán)糊精修飾的六苯并蔻類化合物，并利用主客體鍵合等非共價作用方式，研究了其在水溶液中對硝基類化合物的選擇性傳感檢測[21]。該研究將在分析分離科學、環(huán)境科學、納米藥物傳遞科學、納米電子器件科學、化學傳感檢測、生物成像等領域得到應用。

綜上所述，作為植根深遠的環(huán)糊精化學近年來有了長足的發(fā)展，故蓬勃發(fā)展的環(huán)糊精化學無論在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防、醫(yī)藥學等實際生產(chǎn)生活中，還是在自然科學的各個領域其應用都無處不有，難以盡舉。特別是作為酶模擬、分子機器、分子器件、自組裝與分子識別的一類非常有用的大環(huán)主體化合物將有著不可估量的發(fā)展前景。目前，日本在環(huán)糊精生產(chǎn)與應用方面居世界領先水平，是環(huán)糊精的最大出口國，我國則是其進口國之一。近年來，由于環(huán)糊精制取酶被逐漸發(fā)現(xiàn)以及工業(yè)技術(shù)、工藝的不斷完善和應用領域的擴大，其已成為緊俏的化工產(chǎn)品。為此，我們今后研究的重點應朝著以下幾個方面發(fā)展：（1）如何更好的完成大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，變環(huán)糊精進口國為出口國；（2）解決環(huán)糊精應用過程中的回收問題；（3）研究將其更多的應用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國防建設、地質(zhì)勘探及航空航天等領域；（4）更多的研究環(huán)糊精及其衍生物對反應系統(tǒng)控制和影響、分子識別、分子器件、分子機器、自組裝等領域的應用問題。我們堅信，隨著人們對環(huán)糊精化學研究的不斷深入，環(huán)糊精化學這朵盛開的燦爛之花必將為人類的文明進步、可持續(xù)發(fā)展創(chuàng)造新的輝煌，結(jié)出豐碩成果。

［1］ Wang Q,Chen G,Zeng S.Distribution andmetabolism of gastrodin in ratbrain［J］.Int.J.Pharm Biomed Anal.,2008,46（2）:399-404.

［2］ Xu X,Lu Y,Bie X.Protective Effects of Gastrodin on Hypoxia-Induced Toxicity in Primary Cultures of Rat Cortical Neurons［J］.Planta Med.,2007,73（7）:650-654.

［3］ Shen H,An M M,Wang D J,et al.Fcr1p Inhibits Development of Fluconazole Resistance in Candida albicans by Abolishing CDR1 Induction［J］.Biol.Pharm.Bull.,2007,30（1）:68-73.

［4］ 安坤,張建強,嚴輝煥,等.乙酰天麻素環(huán)糊精包合物的制備、表征和性質(zhì)研究［C］.全國第十八屆大環(huán)化學暨第十屆超分子化學學術(shù)討論會論文集.中國化學會.湖南長沙.湖南師范大學,2016年8月:99-100.

［5］ Jiao H,Su W,Li P,et al.Therapeutic effects of naringin in a guinea pigmodel of ovalbumin-induced cough-variantasthma［J］.Pulm.Pharmacol.Ther.,2015,33:59-65.

［6］ Leem E,Nam JH,Jeon M T,et al.Naringin protects the nigrostriatal dopaminergic projection through induction of GDNF in a neurotoxin model of Parkinson's disease［J］.J.Nutr.Biochem.,2014,25（7）:801-806.

［7］ zyerek M,Akplnar D,Bener M,et al.Novel oxime based flavanone,naringin-oxime:Synthesis,characterization and screening forantioxidantactivity［J］.Chem.-Biol.Interact.,2014,212:40-46.

［8］ 嚴輝煥,張建強,任思浩,等.柚皮苷環(huán)糊精包合物的制備、表征和性質(zhì)研究［C］.全國第十八屆大環(huán)化學暨第十屆超分子化學學術(shù)討論會論文集（中國化學會）.長沙：湖南師范大學,2016年8月:98-99.

［9］ Yang H,Bremner D H,Tao L,et al.Carboxymethyl chitosan-mediated synthesis of hyaluronic acid-targeted graphene oxide for cancer drug delivery［J］.Carbohydrate Polymers,2016,135:72-78

［10］ Li J,Hu Y,Yang J,et al.Hyaluronic acid-modified Fe3O4@Au core/shell nanostars for multimodal imaging and photothermal therapy of tumors［J］.Biomaterials,2015,38:10-21.

［11］ Wang C,Xu H,Liang C,et al.Iron Oxide@Polypyrrole Nanoparticles as a Multifunctional Drug Carrier for Remotely Controlled Cancer Therapy with Synergistic Antitumor Effect［J］.ACSNano,2013,7（8）:6782-6795.

［12］ 洪沙沙,梁文婷,劉英仁,等.β-環(huán)糊精修飾的四氧化三鐵/聚吡咯納米藥物載體的研究［C］.全國第十八屆大環(huán)化學暨第十屆超分子化學學術(shù)討論會論文集（中國化學會）.長沙：湖南師范大學,2016年8月:91-92.

［13］ Zhang H,ZhuW,Su X,et al.Triptolide inhibits proliferation and invasion ofmalignantglioma cells［J］.J.Neuro-oncol.,2012,109（1）:53-62

［14］ Li J,Zhang S.Zhou Y,et al.Inclusion complexes of fluconazole with β-cyclodextrin and 2-hydroxypropyl-β-cyclodextrin in aqueous solution:preparation,characterization and a structural insight［J］.J.Incl.Phenom.Macrocycl.Chem.,2016,84（3）:209-217

［15］ 盤振杰,楊松霖,楊苪寧,等.雷公藤甲素與兩種修飾環(huán)糊精的超分子體系研究［C］.全國第十八屆大環(huán)化學暨第十屆超分子化學學術(shù)討論會論文集（中國化學會）.長沙：湖南師范大學,2016年8月:378-379.

［16］ Han SY,LiH X,Ma X,et al.Evaluation of the anti-myocardial ischemia effect of individual and combined extracts of Panax notoginseng and Carthamus tinctorius in rats.J.Ethnopharmacol.,2013,145（3）:722-727

［17］ Lee C H,Kim JH.A review on themedicinal potentials of ginseng and ginsenosides on cardiovascular diseases［J］.J.Ginseng Res.,2014,38（3）:161-166

［18］ 李志文,杜嬌嬌,趙紅蕊,等.20（S）-原人參三醇超分子體系的制備［C］.全國第十八屆大環(huán)化學暨第十屆超分子化學學術(shù)討論會論文集（中國化學會）.長沙：湖南師范大學,2016年8月:380-381.

［19］ 李中意,陳湧,劉育.陽離子環(huán)糊精誘導類表面活性劑聚集的研究［C］.全國第十八屆大環(huán)化學暨第十屆超分子化學學術(shù)討論會論文集（中國化學會）.長沙：湖南師范大學,2016年8月:92-93.

［20］ 梁璐,陳湧,劉歌,等.陰離子型環(huán)糊精誘導表面活性劑聚集的研究［C］.全國第十八屆大環(huán)化學暨第十屆超分子化學學術(shù)討論會論文集（中國化學會）.長沙：湖南師范大學,2016年8月:94-95.

［21］ 喻杰,張瀛溟,劉歌,等.環(huán)糊精修飾納米石墨烯對硝基類化合物的檢測［C］.全國第十八屆大環(huán)化學暨第十屆超分子化學學術(shù)討論會論文集（中國化學會）.長沙：湖南師范大學,2016年8月:96-97.

新型聚氨酯化學發(fā)泡劑專利賣出5億元天價

4月10日，山東省淄博市政府新聞辦公室舉行新型聚氨酯化學發(fā)泡劑重大發(fā)明專利實施項目新聞發(fā)布會。山東理工大學畢玉遂教授團隊發(fā)明的新型聚氨酯化學發(fā)泡劑項目，打破歐美對我國和全球相關(guān)行業(yè)技術(shù)壟斷，為我國參與相關(guān)產(chǎn)業(yè)規(guī)則制定和提升話語權(quán)提供堅實的技術(shù)和知識產(chǎn)權(quán)支撐。

據(jù)悉，該聚氨酯化學發(fā)泡劑項目作為發(fā)明專利，于近期授予補天新材料技術(shù)有限公司20年專利獨占許可使用權(quán)(美國、加拿大市場除外)得以轉(zhuǎn)化實施，并獲得專利獨占許可費5億元人民幣，創(chuàng)造了山東省轉(zhuǎn)讓專利獨占許可使用費額度的最高紀錄。

新型聚氨酯化學發(fā)泡劑的生產(chǎn)過程以及產(chǎn)品本身均不含氯氟元素，解決了國內(nèi)外重大技術(shù)難題，且生產(chǎn)成本更低，性能優(yōu)良、節(jié)能環(huán)保，其應用將對聚氨酯泡沫材料行業(yè)徹底淘汰氯氟烴和氫氟碳物質(zhì)，對于保護大氣臭氧層，降低碳排放具有重大意義。

Flourishing development in cyclodextrin chem istry*

CHEN Qi
（Chemistry&Chemical Engineering Department,Baoji University of Arts and Sciences,Baoji,721013，China）

This paper briefly introduces the generation,development,properties,applications,and structure features of cyclodextrin chemistry.Emphases are put on three parts:①preparations of new cyclodextrin inclusion compounds and their applications in medicine;② research on anion-cation cyclodextrin induced surfactant aggregates;③detection of cyclodextrin modified grapheme on nitro compounds.Future developments of cyclodextrin chemistry are prospected in the end.

cyclodextrin;self-assembly;application

TQ463.3.O 621

A

10.16247/j.cnki.23-1171/tq.20170444

2016-12-14

陜西省重點實驗室科研計劃項目（2010JS7）；陜西省教育廳自然科學基金資助課題（04JK147）；寶雞文理學院自然科學基金資助課題（zk12014）

陳 琦（1973-）,女，安徽霍邱人，碩士、講師，從事化學工程研究工作。