1、毕业 论文文献综述 应用化学 羧甲基 - -环糊精的制备工艺研究 环糊精 ( cyclodextrins 简称 CDs)是由环糊精糖基转移酶作用于淀粉或直链糊精生成的环状多糖。成环的葡萄糖残基以 -1,4 苷键相连。产量最大 ,应用最多的是由 7 个葡萄糖基构成的 -环糊精（ -CD）。 -CD 具有特殊的分子结构和稳定的化学性质。它不易受酶、酸、碱以及加热条件作用而分解。它是由七个 -D 吡喃葡萄糖残基以 - 1、 4 苷键连接而成的环状化合物。- CD 的空间结构是上大下小的筒型 ,葡萄糖残基的 2、 3、 6 位羟基位于筒壁 的外侧 , 具有亲水性。葡萄糖分子中的 C3 和 C5 氢原子
2、以及成苷的氧原子构成筒的内壁 ,具有疏水性。这种内疏水外亲水的结构决定了 - CD 具有分子微胶囊的性质。它可以和许多化合物通过包合反应生成包合物。在包合物中 ,进入 CD 筒形空腔内部的客体分子可以得到保护 ,从而表现为抗氧化、抗光照、热稳定性增加、缓释、增溶等特点。因而 - CD 近年来在许多领域得到了广泛的应用。 但由于 -CD 分子中 C2 和 C3 羟基之间形成了分子内氢键导致其水溶性差 , 使之在许多应用上受到限制。研究人员尝试对 -CD 用不同方法进行改进，以 改变环糊精的性质并扩大其应用范围。目前国内外改性环糊精已经有长足进展，也取得了很多成果。 改性环糊精是指在保持环糊精大环
3、基本骨架不变的情况下引入修饰基团，得到具有不同性质或功能产物，又称环糊精衍生物，对环糊精的改性有飞常重要的意义。首先可引入基团增加水溶性。例如， -CD 引入甲基后形成二甲基 -环糊精，室温下在水中的溶解度达到 55g/100mL，比 -CD 提高近 30 倍。其次，在结合位附近构筑立体几何关系，形成具有特殊手性位点环糊精衍生物，主要是将改性后环糊精应用于分离，分析方法中。再次，对环糊精进行三维空 间改性，可提供特定几何形状空间。另外，还可以引入特殊基团，构筑有特殊功能的超分子或融入高分子结构，获得特殊性质的新材料。例如，具有大平面共轭体系铁卟啉具有载氧功能，将其键合到环糊精上有望成为人造血浆
4、功能成分。 根据改性方式不同可将改性环糊精分为化学法改性环糊精和酶工程法改性环糊精1 两类。化学法是利用环糊精分子外表面醇羟基进行酯化、醚化、氧化、交联等化学反应，引进新的功能基团。主要有环糊精醚衍生物，环糊精酯衍生物，桥联环糊精，环糊精高分子衍生物等。酶工程法是利用环糊精葡萄糖基转移酶或普鲁蓝酶等将单糖或低聚糖结合 到环糊精上，形成分支环糊精。 改性环糊精水溶性大大提高，或具有原环糊精母体不具备功能性质，因此在食品，药物，农业，环保，色谱分离等领域被越来越广泛的应用。在食品方面， -CD 作为食品添加剂，具有无毒、无味、在人体内易水解为葡萄糖分子的特点。在食品的加工和保存过程中 -CD 与食
5、品中的成分形成包合物，增加了这些成分的抗氧化、抗光照及热稳定性。由于包合作用是在水溶液中进行的可逆过程。 -CD 的低水溶性决定了其在水溶液中只有很低浓度，在 20 浓度为 0.016mol/L，不利于包合作用的正向进行。而水溶性的环糊精衍生 物有很高的溶解度，反应客体分子浓度也相应的增高，从而得到更高的收率以及很好的包合效果。在药物中，水溶性环糊精衍生物能大大难溶药物在水中的溶解度的，提高难溶药物的稳定性和生物利用度。水溶性环糊精还能改善药物在鼻粘膜和直肠粘膜吸收，改善药物透皮吸收。在色谱分析中，改性环糊精特别适用于分离异构体和对映体，在气相色谱、高效液相色谱、超临界流体色谱、电动色谱和毛细
6、管区带电泳、凝胶电泳中都有应用。在环保方面，环糊精衍生物也可以作为生物解毒剂，分离和消除有毒物质。改性环糊精还能用于化妆品香精的缓释和增溶。农业上环糊精衍生 物还能改变作物的生长特性和产量。 羧甲基 -环糊精（ CM-CD）是 -CD 的 利用化学法 改性的环糊精衍生物，也是应用最为广泛的环糊精衍生物之一。 -CD 的羧甲基化可以大幅度地增加水溶性。在药学领域中， Fernandez 等报道了羧甲基 -CD (CM-CD) 聚合物在提高胰乳蛋白酶热稳定性方面的作用。 Cserhati 等研究了 17 种甾族药物与 CM-CD 的作用 , 研究表明CM-CD 可以减小大部分药物的疏水性。在 pH
7、 较低的溶液中 ,羧甲基 -CD 溶解度很低 ,但在中、碱性溶液中 ,由于羧基解离 ,可以任意浓度溶解。故而阴离子型 -CD 有利于药物在胃液中缓释 ,在肠液中快速释放 ,作为药物延迟释放型载体材料有潜在的应用价值。 羧甲基 -环糊精的合成原理是 -环糊精和一氯乙酸在碱性介质中发生 SN2 取代反应，得到醚化产物 CM-CD(-CD-O-CH2COO-)，基于下述反应，环糊精分子的反应位点是其环上的羟基： 2 -CD-OH+NaOH -CD-O-+H2O+Na+OH- -CD-O- +Cl-CH2COOH -CD-O-CH2COO- +Cl- -CD 为 7 个葡萄糖结构单元由 -1,4-糖苷
8、键结合而成，每个结构单元可发生反应的羟基处于仲羟基和伯羟基上， CM-CD 取代基分布情况的文献表明，取代基羧甲基的分布与碱的浓度有关。仲羟基较伯羟基酸性强，当碱浓度低时，仲羟基部分易于变成烷氧负离子，而碱浓度较高时，伯羟基也发生离子化，显示出反应活性。 目前羧甲基 -环糊精在国内外还没有商品化，许多羧甲基 -环糊精的合成方法都属于专利，这些的因素客观上限制了羧甲基 -环糊精的开发利用。本实验用一氯乙酸在碱性条件下与 -环糊精反应合成羧甲基 -环糊精，以取代度为检验合成产品的标准，探索合成 羧甲基 -环糊精的最佳反应条件。为今后环糊精的开发应用提供一定的信息。 参考文献 1 李文德 ,周俊侠
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