馬明放 解增洋 孔令棟 李兆樓 劉 君 陳瑞蛟

(濟(jì)寧醫(yī)學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院，濟(jì)寧 272067)

百草枯是一種效果優(yōu)異且被廣泛使用的除草劑，如果使用得當(dāng)，其效果極佳[1]。Weidel和Rosso于1882年首次發(fā)現(xiàn)了百草枯，但是，直到1962年，百草枯才被作為除草劑被Syngenta公司引入農(nóng)業(yè)市場(chǎng)[2]。百草枯可以快速高效地殺除眾多雜草和種子，在世界范圍內(nèi)得到了廣泛地應(yīng)用。百草枯是一把雙刃劍，在過(guò)去的幾十年里，它也嚴(yán)重威脅著人類的健康。百草枯可以在肺部集中，其在肺部的濃度為在血漿中濃度的6～10倍，進(jìn)而引起肺部纖維化，現(xiàn)有醫(yī)療條件很難治愈肺部纖維化，導(dǎo)致百草枯中毒后死亡率極高。

葫蘆[n]脲是一類由甘脲通過(guò)亞甲基橋連而成的環(huán)狀化合物，根據(jù)甘脲數(shù)目的不同，可以分為葫蘆[5]脲、葫蘆[6]脲、葫蘆[7]脲和葫蘆[8]脲等[3]。盡管1905年Behrend等首次合成出了葫蘆[6]脲[4]，直到1981年Mock等才充分表征出了其分子結(jié)構(gòu)，葫蘆[6]脲為具有疏水性空腔的南瓜狀分子[5]。在眾多的葫蘆[n]脲中，葫蘆[7]脲(CB7)以其良好的水溶性和適中的分子尺寸，得到了廣泛地研究[6-9]。CB7是7個(gè)甘脲通過(guò)亞甲基橋連而成南瓜狀分子(圖1)，可以通過(guò)主客體識(shí)別作用包合帶有正電荷的分子如二茂鐵和金剛烷的衍生物等[10-11]。CB7衍生化比較難，Ouari等報(bào)道了一種光化學(xué)催化方法，成功合成了單羥基葫蘆[7]脲(CB7-OH)，產(chǎn)率較高[12]。

在本研究中，我們首先通過(guò)光化學(xué)反應(yīng)合成出了CB7-OH純品。然后通過(guò)連續(xù)滴定的方法分別測(cè)試了CB7和CB7-OH與百草枯在尿素溶液中的包合常數(shù)。研究發(fā)現(xiàn)，在尿素溶液中，CB7和CB7-OH與百草枯的包合常數(shù)均比較大。由于人體血清中含有蛋白質(zhì)的代謝產(chǎn)物尿素，因而，CB7和CB7-OH有望實(shí)現(xiàn)對(duì)血清中百草枯的吸附，進(jìn)而起到解毒的功效。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器

百草枯、雙氧水、尿素和MCI GEL CHP20P固定相(上海阿拉丁生化科技股份有限公司)；紫外光化學(xué)反應(yīng)器(Rayonet)；電噴霧質(zhì)譜(API 4000 MS)；1H核磁共振(布魯克Avance 300 M)；紫外可見分光光度計(jì)(UV-2600，日本島津)。

1.2 CB7-OH的合成

稱取0.5mmol CB7于石英反應(yīng)管中，加入干凈的磁子，加入25ml鹽酸溶液。然后向CB7溶液中加入2mmol雙氧水，通氮?dú)?，于紫外光化學(xué)反應(yīng)器中，反應(yīng)5h。旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀干燥，以MCI GEL CHP20P固定相裝填色譜柱，以水為流動(dòng)相進(jìn)行柱層析，收集流出液，電噴霧質(zhì)譜檢測(cè)成分，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀干燥，即可得CB7-OH純品。見圖2。

1.3 CB7-OH表觀相對(duì)分子質(zhì)量的測(cè)定

在比色皿中加入2.5ml二茂鈷溶液，然后用移液槍向比色皿中加入不同體積的CB7-OH溶液，使用紫外分光光度計(jì)測(cè)定不同含量CB7-OH溶液的吸光度。取出261nm處的吸光度值，作圖，利用公式MWeff=(Cep/C)×MW，即可算出CB7-OH的表觀分子量。

1.4 百草枯在尿素溶液中的摩爾吸光系數(shù)

將一定摩爾量的百草枯溶于8 M的尿素溶液中，配制5～40μM的系列溶液，使用紫外分光光度計(jì)測(cè)定系列溶液的吸光度，取最大吸光度值作圖，根據(jù)朗伯-比爾定律即可計(jì)算出百草枯在尿素溶液中的摩爾吸光系數(shù)。

1.5 包合常數(shù)的測(cè)定

配制不同比例的CB7或者CB7-OH與百草枯的尿素溶液，使用紫外分光光度計(jì)測(cè)定系列溶液的吸光度，取最大吸光度值，使用PSI-Plot軟件模擬計(jì)算，可得主客體分子之間的包合常數(shù)。

2 結(jié)果與討論

2.1 CB7-OH的合成及表征

通過(guò)光化學(xué)反應(yīng)，我們可以得到CB7-OH粗品。通過(guò)柱層析，我們可以得到CB7-OH純品。CB7-OH不帶電荷，為電中性分子，所以在進(jìn)行電噴霧質(zhì)譜分析時(shí)，需要向CB7-OH體系中加入一定量的甲基紫精作為電荷源，測(cè)試其分子離子峰。在電噴霧質(zhì)譜中出現(xiàn)了一個(gè)非常強(qiáng)的分子離子峰，峰值為682.2。CB7-OH相對(duì)分子質(zhì)量為1178g/mol，甲基紫精相對(duì)分子質(zhì)量為186g/mol，甲基紫精帶有兩個(gè)單位的正電荷。因此，CB7-OH與甲基紫精包合物的質(zhì)荷比為682，該數(shù)值與電噴霧質(zhì)譜結(jié)果十分吻合，初步證明我們合成了CB7-OH純品。見圖3。

我們進(jìn)一步使用1H核磁表征了CB7-OH的分子結(jié)構(gòu)。CB7-OH分子的1H核磁結(jié)果中氫的具體歸屬如下：(300MHz,D2O)δH 5.77-5.63(12H,m),5.44-5.36(14H,m),4.99(1H,s),4.41-4.35(2H,d,J=9),4.16-4.07(12H,m)。該結(jié)果與文獻(xiàn)報(bào)道的結(jié)果一致[12]。因此，我們成功合成了CB7-OH純品。見圖4。

2.2 CB7-OH表觀相對(duì)分子質(zhì)量的測(cè)定

CB7-OH，與CB7一樣，是具有空腔結(jié)構(gòu)的分子，容易吸收空氣中的氣體和水分，導(dǎo)致其分子質(zhì)量的改變。因而，在使用CB7-OH之前，需要測(cè)試其表觀相對(duì)分子質(zhì)量，以減少稱量誤差。我們采用連續(xù)滴定法[13]，測(cè)試了不同比例的CB7-OH和二茂鈷系列水溶液的紫外吸收，取最強(qiáng)吸收處的吸光度值作圖，可得到兩條相交的直線，根據(jù)公式MWeff=(Cep/C)×MW，即可算出CB7-OH的表觀分子量為1419g/mol。見圖5。

2.3 百草枯在尿素溶液中的摩爾吸光系數(shù)

在測(cè)試CB7和CB7-OH與百草枯在尿素溶液中的包合常數(shù)時(shí)，我們首先需要測(cè)試百草枯在尿素溶液中的摩爾吸光系數(shù)。使用紫外分光光度計(jì)，我們測(cè)試了5～40μm之間5個(gè)濃度的百草枯在8M尿素溶液中的紫外吸收。取最強(qiáng)吸收處的吸光度值作圖，可得到一條直線，根據(jù)朗伯-比爾定律，可以求得其摩爾吸光系數(shù)為11000M-1·cm-1。見圖6。

2.4 CB7與百草枯在尿素溶液中的包合常數(shù)

如圖1所示，CB7是具有空腔結(jié)構(gòu)的南瓜狀分子，兩端端口處共有14個(gè)羰基，布滿了電子云團(tuán)，因而容易與一些分子尺寸契合且?guī)в姓姾傻姆肿咏Y(jié)合形成包合物[14]。已有文獻(xiàn)報(bào)道了CB7空腔最窄處為0.54nm，分子高度為0.91nm[15]。 利用Materials Studio 5.5軟件，我們計(jì)算出了百草枯分子的尺寸，分子寬為0.42nm，分子長(zhǎng)為1.06nm。百草枯分子的尺寸剛好與CB7空腔契合。此外，百草枯分子兩端帶有兩個(gè)正電荷，容易受到CB7端口處羰基吸引，使得CB7和百草枯之間形成穩(wěn)定的包合物。雖然，CB7和百草枯的包合已有研究[16]，但是CB7和百草枯在尿素溶液中的包合常數(shù)還未被報(bào)道。如圖7中A和B所示，經(jīng)過(guò)兩次實(shí)驗(yàn)，通過(guò)連續(xù)滴定的方法，利用PSI-Plot軟件模擬計(jì)算，可得CB7和百草枯在尿素溶液中的包合常數(shù)分別為35803M-1和35775M-1，平均值為35789M-1。

2.5 CB7-OH與百草枯在尿素溶液中的包合常數(shù)

與CB7結(jié)構(gòu)類似，CB7-OH也是南瓜狀分子(圖1)，因而也容易與百草枯進(jìn)行包合。作為一種新穎的CB7衍生物，CB7-OH研究較少，目前，CB7-OH和百草枯在尿素溶液中的包合常數(shù)也未被報(bào)道。如圖8中A和B所示，經(jīng)過(guò)兩次實(shí)驗(yàn)，通過(guò)連續(xù)滴定的方法，利用PSI-Plot軟件模擬計(jì)算，測(cè)得CB7-OH和百草枯在尿素溶液中的包合常數(shù)分別為36802M-1和38566M-1，平均值為37684M-1。

3 結(jié)論

在紫外光催化下，我們成功地合成出了CB7-OH，并利用ESI質(zhì)譜和1H核磁對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了充分表征。使用紫外分光光度計(jì)，我們分別測(cè)試出了CB7-OH的表觀相對(duì)分子質(zhì)量以及百草枯在尿素溶液中的摩爾吸光系數(shù)。最后，通過(guò)連續(xù)滴定法，發(fā)現(xiàn)在尿素溶液中，CB7和CB7-OH均可以和百草枯進(jìn)行有效地包合，包合常數(shù)相近，且包合常數(shù)均比較大。因此，CB7和CB7-OH有望實(shí)現(xiàn)對(duì)血清中百草枯的吸附，起到解毒的功效，為百草枯中毒的治療提供了新的可能。