（物理化学专业论文）超分子化学研究化学修饰环糊精的分子识别与结构研究.pdf

摘要 准分 子 化 学 的 研 究 是 当 前 化 学 及 生 物 化 学 前 沿 中 最 重 要 的 领 域 之 一 。 天 然 环 糊精具有相当的刚性和良好的疏水空腔，可以作为分子受体识别多种有机、无机 和生物分子形成主一 客体或超分子配合物。经过化学修饰的环糊精，在物理性质和 化学性质上与天然环糊精相比都有所改变，可以扩展环糊精分子 且可以作为一种优良的人工酶模型应用于科学和技术的若干领域 的范围，而 本文合成了 系列化学修饰环糊精，研究了这些主体化合物与多种客体分子间的分子识别机 制， 探讨了尺寸匹配、诱导楔合、多点识别等几种因素在分子识别中的重要作用。 另外，利用培养的单晶， 研究了环糊精衍生物超分子组装体的晶体结构。 仓文 主 要 包 括 以 下 几 个 方 面 : 1 . 对于超分子化学研究中的主要成果进行了总结。 2 . 合成并分离了1 0 种环糊精衍生物， 用元素分析、i r, u v, 1 h - n m r, f a b - ms等手段对它们的结构做了表征。同时，对涉及环糊精化学修饰过程中主 要中间 产物单一 【 6 - 氧- 6 - 附一 甲 苯 磺酞基 汗p 一 环糊精的 合成方法做了 探索，并对产品 的分离纯化过程作了详细的讨论。为开辟一系列新的合成途径创造了条件。 3 . 运用紫外、荧光、圆二色谱等手段， 研究了主体化合物对客体分子脂肪醇 和蔡衍生物的分子识别作用，以考察取代基在环糊精分子识别过程中的作用，发 现主客体间尺寸匹配，几何互补，多点识别和诱导楔合等几种因素对分子识别有 重要影响。 4 . 培养了 单一 ( 6 一 苯胺基一 6 一 脱氧) ， p 一 环糊精的单晶， 采用x 一 射线晶体结构分析对 其结构进行了表征。晶体结构数据表明我们所得到的是一种具有有序高级结构的 超分子组装体， 其分子堆积方式不同于常见的环糊精包结物。这一结果为研究环 糊 精 分 子 识 m f n 分 子 组 装 中 的 构 效 关 系 提 供 了 直 接 的 证 据 了 abs tract t h e s t u d y o f s u p r a m o l e c u l a r c h e m i s t ry i s c u r r e n t ly a s i g n i f i c a n t t o p i c o f c h e m i s t ry a n d b io c h e m i s t ry . p o s s e s s i n g f a ir l y r i g i d a n d w e l l - d e f in e d h y d r o p h o b i c c a v i t i e s , n a t u r a l c y c l o d e x t r i n s ( c d s ) c a n b e t a k e n a s m o l e c u l a r r e c e p t o r s i n r e c o g n i t i o n t o a l a r g e v a r i e t y o f o r g a n i c , i n o r g a n i c , a n d b io l o g i c a l g u e s t m o l e c u l e s t o f o r m h o s t - g u e s t c o m p l e x e s o r s u p r a m o l e c u l a r s p e c i e s , w h i c h h a v e b e e n a p p l i e d i n a r e a s o f s c i e n c e a n d t e c h n o l o g y a s a n e x c e l l e n t m o d e l s y s t e m o f m i m i c k i n g t h e s u b s t r a t e - s p e c i f i c i n t e r a c t i o n o f e n z y m e s . c h e m i c a l m o d i f i c a t i o n o f c y c l o d e x t r i n s b r i n g s a b o u t c h a n g e s o n b o t h p h y s i c a l a n d c h e m i c a l p r o p e r t i e s o f t h e m , a n d t h e c h a n g e s w i l l i m p r o v e t h e r e c o g n i t i o n o f c y c l o d e x t r i n s e f f e c t i v e l y . i n t h i s t h e s i s , a s e r i e s o f h o s t c o m p o u n d s , d e r i v a t i v e s o f p - c y c l o d e x t r i n , w e re s y n t h e s i z e d a n d c h a r a c t e r i z e d , a n d t h e i r m o l e c u l a r r e c o g n i t i o n t o g u e s t m o le c u l e s ( a li p h a t i c a l c o h o l s a n d n a p h t h a l e n e d e r i v a t i v e s ) w a s i n v e s t i g a t e d . f u r t h e r m o r e , w i t h t h e c ry s t a l s t r u c t u r e d a t a , w e s t u d i e d t h e s t r u c t u r e o f a s u p r a m o l e c u l a r a s s e m b l y c o n s t r u c t e d b y a m o d i f ie d c y c l o d e x t r in . t h e t h e s i s in c l u d e s t h e f o l l o w i n g m a i n p o i n t s . 1 . t h e n e w p r o g r e s s a n d i m p o r ta n t a c h i e v e m e n t o f s u p r a m o l e c u l a r c h e m i s t ry w e r e r e v i e w e d。 2 . ( 1 ) t h e m o n o - t o s y l a t e d d e r i v a t i v e 6 - o t s - (3 - c d w as p r e p a r e d b y t h e r e a c t i o n o f t o s y l c h l o r i d e w i t hp - c d i n a l k l i n e a q u e o u s s o l u t i o n . a t t h e s a m e t i m e , t h e y i e l d w a s i m p r o v e d b y d i f f e r e n t t r e a t m e n t o n t h e c r u d e p r o d u c t . ( 2 ) f r o m 6 - o t s - r - c d , e le v e n p - c d d e r i v a t i v e s w e r e s y n t h e s i z e d . a l l t h e s e c o m p o u n d s w e r e c h a r a c t e r i z e d b y e l e m e n t a l a n a ly s i s , i r , u v , h - n m r , a n d m s s p e c t r a . w it h t h e e x p e r i e n c e o f s y n t h e s is w o r k , s t u d i e s o f s e p a r a t i o n a n d p u r i f i c a t i o n o f t h e p r o d u c t s w e r e c a r r i e d o u t . 3 . t h e m o l e c u l a r r e c o g n i t i o n o f g u e s t m o l e c u l e s ( i n c l u d i n g a l i p h a t i c a l c o h o l s a n d n a p h t h a l e n e d e r i v a t i v e s ) b y t h e c h e m i c a l l y m o d i f i e d c y c l o d e x t r i n s w e re s t u d i e d 勿 t h e s p e c t r o fl u o r o m e t r i c a n d s p e c t r o p o l a r i m e t r i c t i t r a t i o n s . t h e r e s u l t s o b t a i n e d i n d i c a t e t h a t t h e s e h o s t c o m p o u n d s c a n r e c o g n i z e n o t o n l y t h e s i z e ， b u t a l s o t h e f u n c t io n a l g r o u p o f t h e g u e s t mo l e c u l e s 4 . wi t h t h e m o n o c ry s t a l o f m o n o - ( 6 - a n i l i n o - 6 - d e o x y ) - (3 - c d fi r s t i m p r o v e d i n o u r l a b o r a t o ry , w e o b t a i n e d t h e c ry s t a l s t r u c t u r e b y u s i n g x - r a y c ry s t a l s t r u c t u r a l a n a l y s i s . t h e r e s u l t i n d i c a t e s t h a t t h e c ry s t a l i s c o n s t ru c t e d i n a n a d v a n c e d o r d e r i n g s t r u c t u r e , w h i c h i s d i f f e r e n t t o t h o s e r e g u l a r c o m p l e x e s o f n a t i v e c y c l o d e x t r i n s . a t l a s t , t h e s t ru c t u r e i m p r o v e d o u r u n d e r s t a n d i n g o n t h e e f f e c t o f c o n f i g u r a t i o n i n m o l e c u l a r r e c o g n i t i o n a n d a s s e m b l y d i r e c t l y 南开大学硕士学位论文 第一章前 言 1 . 1超分子化学: 二十世纪五十年代以来，先后出现了生物有机化学、生物无机化学、仿生化 学等边缘学科。这些学科相互交叉，相互渗透，难以严格区分界限，但其宗旨和 研究内容都是从化学的角度，在分子水平上研究生物化学，理解生物过程及其模 拟生物功能，其主要内容有模拟酶研究，生物体中的化学反应与金属元素的关系 研究，仿生物膜等。尤其是模拟酶研究，更是取得了可喜的进展。在此基础_ 匕 来源于酶和底物相互作用的主客体化学和超分子化学就应运而生了。 1 9 6 7 年美国杜邦化学公司的c . j . p e d e r s e n 在日本东京第十届国际配位化学会 议上首次报道了6 4 余种冠醚化合物， il l 同时 深入研究了 它们与碱金属和碱土金属 离子的络合作用， 从此冠醚的合成及性能研究成为热点。1 9 6 8 年j . - m. l e h n 报道 了 一 种 三 维 大 环 化 合 物 一 穴 醚( c r y p t a n d ) ( 图1 _ 1 ) !2 1 。 这 种 大 环 化 合 物的 特点 是由 双 或三环组成，对金属离子具有比平面冠醚更高的配位能力和配位选择性。 d . j c r a m改进了冠醚的合成方法，并于 1 9 7 3年报道了一系列具有光学活性的冠醚， 发 现这些 化 合物 可 作为 主 体与 伯 胺盐 ( 客 体 ) 形 成 络 合 物， 13 1 由 此 提出了“ 主 客 体 化 学”的概念。 广0 飞 ( 1 ) ( 2 ) 图1 - 1穴醚( c r y p t a n d ) 1 9 8 7 年n o b e l 化学奖授予了c . j . p e d e r s e n , j . m. l e h n 和 d . j . c r a m， 标志 着化学的发展进入了一个新的时代，发韧于 p e d e r s e n对冠醚的基本性能的发现而 南开大学硕士学位论文 分别由c r a m 和l e h n 发展 起来的 主客体 化学4 1和超分子化学5 1 的 重要意义也因 此而 被人们真正认识到。对以非共价键弱相互作用键合起来的复杂有序且具有特定功 能的分子集合物， 即超分子化学的研究，可以说是共价键分子化学的一次升华 一次质的飞跃，被称为是 “ 超越分子概念的化学”，因为弱相互作用力的协同作 用普遍存在于生命体的各种过程中。换言之，超分子化学是研究分子间通过非共 价键( 弱作用力) 相互作用形成功能体系的 科学。 超分子物 种的命名类似于生物体系中的酶与 底物的 关系， 是由 受体 ( r e c e p t o r 或 主体h o s t ) 和 底 物 ( s u b s t r a t e 或 客 体g u e s t ) 所组 成。 在 超分 子 体系中， 受 体 是 经 人 工设计或天然的大分子，底物是可与受体通过非共价键作用的较小组分，如分子 或离子。分子的相互作用形成了高度专一的识别、反应、输送、调节等过程的基 础。 这种作用普遍 存在于生物体系中 同 ， 如受体蛋白 质与 底物的 连接， 酶与 底物， 酶蛋白与辅基，蛋白质一蛋白质组合，免疫抗原一抗体的缔合作用，分子间的解 读，遗传密码的转译与转录，神经递质的信号与诱导，细胞的识别等等。 底物a 结合到 它的受体p 上， 产生 超分子 ( 图1 - 2 ) ， 其间 包含了一 个分子识别的 过程，如果除了结合部位外，受体还带有其它反应官能团，那在结合的底物上， 可能引起一个化学转化，相当于超分子试剂或催化剂。一个亲脂的膜溶受体可作 为一个载体，产生被结合底物的转移。因此，分子的识别、转化和易位代表了超 分子化合物的 基本功能。 更复杂的功能可由 一个多序共受体( p o l y t o p i c c o - r e c e p t o r ) 的几个结合亚单位的相互作用所产生，即将若干个底物结合在同一受体结构内， 由于它们进行的多点识别以及结合部位的相互作用，提供了分子行为的更高形 式。7 1 分子识别是超分子化学的最基本功能，它涉及给定受体对底物的结合和选 择，以 及可能的 特殊作用18 ,9 1 。 分 子识别的 概念和 观点 越来越深入到化学的各 个分 支学科中去，除考虑它们的生物有机意义，l e h n 等人认为， 更普通的是其在分子 间化学和化学选择性方面的意义11 0 1 。 基于这种认识，超分子受体的基本功能与 高 分子试剂和分析化学中分析试剂的基本功能，有着密不可分，但还未被人们充分 认识的某种必然联系。大环化合物结构能够满足人工受体的设计要求，天然的和 修饰的环糊精是其中较早使用的受体分子。它们对有机分子的结合性能已在配位 南开大学硕士学位论文 物理化学方面不断产生大量成果。x1 1 - 1 3 1 因此，有目 标的设计合成出新型的环糊精 衍生物作为超分子受体，在化学的应用和理论研究上将是一个十分诱人和极富挑 战性的课题。 分子的化学 a口c 口 d . j 识别 g n i t io n 共价键 易位 转化 图 1 - 2 从分子化学到超分子化学 1 .2 分子识别与分子组装的基本原理: 1 . 2 . 1分子识别的基本原理: 分子识别 ( m o l e c u l a r r e c o g n i t i o n ) 这一 概念曾 被定义为一个包括由给定的 受体 或主体分子( r e c e p t o r o r h o s t ) 对底物或客体( s u b s t r a t e o r g u e s t ) 的选择与结合过 程，是最近十多年来在边缘学科生物有机化学中越来越被引用的一个概念，其产 生和发展缘于有机化学家受到在分子水平上来认识生物体系中的化学所获得的研 究结果的 鼓舞。 11 4 ,1 5 1超分子化学是以 分子识别为前提。 化学家们从酶与核酸的 研 究认识到生物系统巧妙的特异性，开始设计、合成一些比较简单的分子来模拟天 然化合物的性质。冠醚对碱金属、 碱土金属、稀上离子具有强的键合能力和特殊 的选择性。而含氮的穴状配体的氮原子质子化后可成为阴离子受体，改变穴状配 体的内部空间的大小便可以对不同离子进行识别。这些工作是超分子化学的先驱 性工作。而含有多种官能团的环状化合物有可能成为多功能受体，既能与带电荷 的也能与不带电荷的有机分子形成复合物，被人们认为是最有发展前途的一类超 分子体系。因此我们可以说分子识别是超分子化学的基础和核心。底物结合受体 分子形成超分子，不是借助共价键结合，而是借助静电力、氢键、范德华力等弱 相互作用力。众所周知，共价键能量一般为 4 0 0 k j / m o t，而弱相互作用力一般为 南开大学硕士学位论文 4 - 4 0 k j / m o l ( 表 1 - 1 给出了 几种典型的 分子间 作用力 ) 。 这种弱相互作用力很难单独 形成稳定的复合物。但若分子间在空间的位置取得某种构象，使较多的弱相互作 用力和较多的结合点协调，则可以在分子间形成较强的结合力或选择性。以这种 稳定性和选择性为特征，超分子在分子水平上具有信息 “ 储存”、“ 输出”、“ 能 量转移”、“ 催化”等功能。因此，分子识别是生物体系高度组织化过程赖以进 行的一个基本作用方式1 1 6 . 1 8 1 ，其研究内容是设计合成既具有一定结合部位，又具 有一定识别部位的分子。有人将受体对底物选择性结合，即分子识别，比作钥匙 与锁的关系，两者之间的构型、尺寸大小、亲水性和疏水性都必须匹配，不加选 择性的结合不能认为是分子识别，也不是超分子化学研究的内容。 表1 - 1几种典型的分子间作用力 t y p e ge o me t r i c f a c t o r e x a m p l em e d iu m t y p ic a l a g ( k j .m o l - 1) . i on- i on g a q e / r q 口 r , q l a / z r 4 a (r d r ) 6 r c o o + n 记h 2 o 5 11 i o n - d i p o l e i o n - d i p o l e ( - c h 2 ) 2 0 + + n r 4 c h c 1 3 nr 4 + a r e nh2 o d i p o l e - d i p o l ec dc1 3 h y d r o g e nc hc 1 3 c hc 1 3 内j月， : ，0 h y d r o p h o b i c ( - c 珑) 2 + n h r 2 - c h 3 + a l k a n e ar e n e +ar e n e 1 .2 . 2分子组装的基本原理: 通过分子组装形成超分子功能体系，是超分子化学的目标之一。分子识别是 分子组装的基础。近年来， 人们的注意力主要集中在低分子量分子的分子识别上 11 9 1 ，随着生物化学的 进展，科学家们发现在诸如酶一 底物，抗原 一 抗体，d n a， r n a， 细胞等生物体系中， 大分子与大分子的识别对超级结构的构成和维持他 南开大学硕士学位论文 们的生命活性起着重要的作用12 0 1 ， 越来越需要一种灵敏地识别大型复杂化合物， 甚至聚合物的主体分子。在这种背景之下， 分子组装就应运而生了。目前分子组 装一般是通过模板效应、自 组装、自 组织来实现的。 12 1 1 分子组装是我们目 前正在 从事课题的一个重要内容。 o g a t a 等 成 功 地 制备了 p - c d 与1 ,6 一 己 二 胺形 成的 配合 物 12 2 1 ， 通过 二元 酸 氯 化 物与二胺包结配合物的缩合可得到酞胺。 m a c i e g e w s k i 报道了 1 , 1 一 二氯乙 烯与p - c d的聚合和共聚合作用。 12 3 1 也有一些文章报道c d和某些聚合物在水中的 相互作 用。k it a n o 等 报 道c d 对某 些 成 胶 束 表面活 性 胶的 临 界 胶 束 浓 度的 影响。 12 0 i i ij im a 等研究了水溶液中在聚苯乙烯磺酸盐存在下c d的散射， 发现c d和聚合物之间 存在一些相互作用。12 5 1 最近，g i b s o n 等报道冠醚可与低聚物形成超分子配合物，12 6 1 h a r a d a 环糊精与高分子链可形成配合物，即环糊精象念珠一样穿在高分子链上。 等发现 然后用 聚环氧氯丙烷与环糊精的一 o h反应把相邻的环糊精连起来，再水解去掉包结的高 分子链，则得到分子管道。这种分子管道在药物传输等方面具有潜在的应用价值 2 7 , 2 8 1 环糊精可以 共价形式或非共价形式专一性地与修饰基团或客体成键，一个p - 环糊精分子最多可以有2 1 个取代基团，同时环糊精疏水的内腔使它可以作为有机 主体分子，包结一个或两个客体分子，适宜的客体分子又可以把一个、两个或多 个环糊精象穿珠子一样穿起来，形成索烃、轮烷、聚轮烷以及管道等，因此环糊 精被广泛地应用于科学和技术的许多研究领域。同时，将功能基引入到环糊精分 子上，进行化学修饰，是近来超分子化学研究的一个热点课题。 1 .3本论文的 选题: 由于环糊精具有疏水的内腔和亲水的外表面，作为酶模型被广泛地研究。近 年来，一方面，大量新型的取代环糊精被合成出来，而且合成的目的性更明确， 即期望其在分子识别，酶催化及超分子领域有特异的性能。另一方面，对己知的 环糊精衍生物和环糊精母体的研究也有了进一步的扩展。借助丰富的研究手段， 环糊精的性研究和应用范围己经延伸到了前所未有的领域。一些较简单的取代环 南开大学硕士学位论文 糊精，因为特殊的结构，已经作为色谱柱的填料，应用于手性分离等特殊要求的 色谱分离。 生物过程的高选择性和高效率早己引起化学工作者的羡慕。本世纪五十年代 后，出现了从化学的角度，在分子水平上研究生物反应，理解生物过程及至模拟 生物功能。模拟酶研究即是其中的一个方面。 环糊精的下列性质使得其成为酶模型的一个合理选择: 1 ) 环糊精及其衍生物的水溶性。由 于在生理条件下，水是最常见的溶剂。 2 ) 客体被可逆地结合在空腔中， 但客体的释放一般比 酶缓慢。 3 ) 将非手性分子结合进环糊精的手性空腔时， 后者可以 展示一个诱导的圆二色谱， 也存在对映体选择性配合的可能性。 4 ) 许多化学反应可以 靠加入环糊精而被催化。 例如， 加入p 一 环糊精后，p 一 硝基苯酚 脂的水解速率增加7 5 0 0 0 0 倍。 随着人们对环糊精及其衍生物研究的不断加深，人们发现环糊精及其衍生物 不仅可以作为一种优良的酶底物相互作用的模型，而且可以作为一种分子受体， 识别各种有机和无机以及生物分子，形成主一客体或超分子配合物应用于科学与 技术的几个领域。因此，设计和合成各种具有新型官能团的环糊精衍生物并研究 其性质，日 益成为化学界的一个新的研究热点。然而其中一些难点问题尚待解决 第一:合成新型的环糊精衍生物是困难的，难点在于衍生物难于分离纯化。 第二:以环糊精母体为受体研究分子识别的文献报道不少，但以其衍生物为 受体的研究还为数不多。因此工作的深入有利于研究分子识别机制，进一步理解 弱相互作用的本质，从中筛选出具有高度选择性的模型主体化合物就是摆在化学 工作者面前的非常艰巨的任务。 第三:随着环糊精衍生物的合成，其它功能尚有待于开发。因此，本论文 主要从事以下几个方面的研究工作: 1 ) 选择一些具有代表性的环糊精衍生物进行合成， 目 的主要研究结构与性能之间的 关系。 南开大学硕士学位论文 2 ) 研究环糊精衍生物及其金属络合物作为主体对客体分子( 包括一系列蔡的衍生 物和脂肪醇) 的分子识别机制。 3 ) 通过晶体结构和其他谱学数据，研究环糊精衍生物的超分子组装行为。 1 .4参考文献: 1 c . j . p e d e r s e n , j . a m . c h e m . s o c . , v o l 8 9 , 1 9 6 7 , 2 4 9 5 , 7 0 1 7 2 b . d r e t r i c h , j . - m. l e h n , j . p . s a c c v a g e , t e t r a h e d r o n l e t t ， 1 9 6 9 , 2 8 8 5 3 r . c . h e l g e s e n , j . m. t i m k o , d . j . c r a m , j .a m . c h e m . s o c . , v o l 9 5 , 1 9 7 3 , 3 0 2 1 4 d . j . c r a m , t h e d e s i g n o f m o l e c u l a r h o s t s , g u e s t s , a n d t h e ir c o p m l e x e s ( n o b e l l e c t u r e ) a n g e w . c h e m . i n t . e d e n g l ， 1 9 8 8 , 2 7 ( 8 ) , 1 0 0 9 - 1 0 2 0 5 ( a ) j . - m. l e h n , s u p r a m o l e c u l a r s a n d m o l e c u l a r d e v i c e s ( n o b e l l e c t u r e ) , a n g e w . c h e m . i n t . e d . e n g l ，1 9 8 8 , 2 7 ( 1 ) , 8 9 - 1 1 2 ( b ) j . - m. l e h n , p e r s p e c t i v e s i n s u p r a m o l e c u l a r c h e m i s t r y - f r o m mo l e c u l a r r e c o g n i t i o n t o w a r d s mo l e c u l a r i n f o r m a t i o n p r o c e s s i n g a n d s e l f - o r g a n i z a t i o n , a n g e w . c h e m . i n t . e d . e n g l . , 1 9 9 0 , 2 9 ( l ) , 1 3 0 4 - 1 3 1 9 6 j . - m. l e h n , s c ie n c e , 1 9 8 5 , 2 2 7 , 8 4 5 7 i . o . s a t h e r l a n d , c h e m . s o c . r e v . , 1 9 8 6 , 1 5 , 6 3 8 r . c . h a y w a r d , c h e m . s o c . r e v . , 1 9 8 3 , 1 2 , 2 8 5 9 j . r e b a k , s c i e n c e , 1 9 8 7 , 2 3 5 , 1 4 7 8 1 0 j . - m. l e h n , j . i n c l u . p h e n o m . , 1 9 8 8 , 6 3 5 1 1 1 y . i n o u e , y . l i u , l . h . t o n g . , j . a m . c h e m . s o c . , 1 9 9 3 , 1 1 5 , 1 0 6 3 7 1 2 j . p r e s s , l . a t w o o d , j . e . d . d a v i e s , e t . i n c l u s i o n c o m p o u n d , v o l . 1 , 2 , 3 , a c a d e m i c l o n d o n , 1 9 8 4 1 3 c . j . f a r t o n , s . f . l o n c o l a , c h e m . s o c . r e v ., 1 9 9 6 , 1 6 3 1 4 c . wa l s h , e n a y m a t i c r e a c t i o n me c h a n i s m s . , w. h . f r e e m a n a n d c o m p a n y , s a n f r a n c i s o , 1 9 7 9 . 1 5 a ) l . n . j o h n s o n , e n z y m e - s u b s t r a t e i n t e r a c t i o n s i n i n c l u s i o n s c o m p o u n d s e d 南开大学硕十学位论文 b y j . l . a t w o o d , j . e . d . d a v i e s a n d d . d . ma c n i c o l , v o l . 3 , p 5 0 9 - 5 6 9 , a c a d e m i c p r e s s , l o n d o n , 1 9 8 4 b ) a . f e r s h t , e n z y m e s t r u c t u r e a n d m e c h a n i s m , 2 n d e d , f r e e m a n . n e w y o r k , 1 9 8 5 1 6 l . s t y e r , b i o c h e m i s t r y , 3 r d e d . , w. h . f r e e m a n , n e w y o r k , 1 9 8 8 1 7 j . p r e n t h , e t a l ( e d .) , e n z y m e s s t r u c t u r e a n d f u n c t i o n , a m s t e r d a m , n o r t h - h o l l a n d , 1 9 7 2 1 8 王夔主编，( o y5 - -f i *g 7 d j k/ q 7 )ff)， 北京大学出 版社， 北京， 1 9 9 0 1 9 a . h a r a d a , i n p . z a n e l l o ( e d .) , s t e r e o c h e m i s t ry o f o r g a n o m e t a l l i c a n d i n o r g a n i c c o m p o u n d s , v o l . 5 , c h a i n s , c l u s t e r s , i n c l u s i o n c o m p o u n d s , p a r a m a g n e t i c l a b e l s , a n d o r g a n i c r i n g s , e l s e v i e r , 1 9 9 4 , p . 4 0 9 2 0 a . h a r a d a , y u k a g a k u , 1 9 9 4 , 4 3 , 8 3 9 2 1 a ) j . m. l e h n , a n g e w . c h e m . i n t . e d . e n g . 2 9 , 1 9 9 0 , 1 3 0 4 - 1 3 1 9 b ) p h i lp , d 而c 2 为仲面( s e c o n d a r y f a c e ) . c 2 轻基与邻接糖环c 3 轻基形成 氢键网络， 14 1进一步稳定了 分子构象。c d空腔内 侧由c h基和昔键原子提供疏水 性和给电子性的微环境，能与一些具有疏水性基团的底物形成包合物( i n c lu s i o n c o m p le x ) ( 表2 - 1 给出了c d包结一些化合物的情况) ， 而c d分子外侧 南开大学硕士学位论文 由于径基的聚集而呈亲水性。 此外，c d的上、中、下层原子都不同， 没有对称面 和对称中心，故可立体选择性地包结手性客体分子。 表2 - 1 环 糊精空腔尺寸 ( 目 前可得 到的 ) 和客体分 子尺寸关系 环糊精葡萄糖单元数空腔内 径( 中 心) ( p p m )环大小结合的客体 苯， 苯酚 蔡 0气一 八j，、 4 0葱， 冠醚 日门门 n月乙n 扮、6夕卜 ，ron 2 . 1 . 2环糊精衍生物的合成概况: 就环糊精本身的性质来看有很大的局限性。要适应不同的用途，就必须对环 糊精进行化学修饰， 通过化学修饰可以改变环糊精的物理和化学性质。环糊精拥 有化学活性不同的 c 6 伯轻基和不同取向的c 2 和 c 3 仲轻基，这为进一步由化学 修饰引入新的基团改变环糊精的性能提供了途径。一般地说，研究者都是为了下 述目的对环糊精进行化学修饰:( i ) 提高环糊精在不同溶剂或溶剂体系中的溶解度， ( i i ) 改变环糊精对底物的包结能力， 增加配位性质。 ( i i i ) 为了 分子识别和模拟酶之目 的 新 型功能团 的 引 入。自1 9 3 5 年k .f r e u d e n b e r g ls 1发 表 环 糊 精 化 学 修饰 方面的 第一 篇研究论文之后，f .c r a m e r ，d .f r e n c h ，r .b r e s l o w，t .t a b u s h i ，m. l .b e n d e r ， j . s z e j t l i 等科学家对环糊精的 化学 修饰以 及 环糊精化学的发展做出了 特殊的贡献， 使得 环糊 精不 仅 在 应用 领 域16 ,7 1( 如 农 业， 医 药 卫生， 食品 工 业， 香 料工 业等1 i r ( k b : 压片 ， c m - 1c m) : 3 3 7 2 , 2 9 2 8 ， 1 6 4 2 ， 1 5 9 9 , 1 4 1 0 , 1 3 6 8 , 1 3 3 6 , 1 2 9 8 , 1 2 4 2 , 1 1 7 9 , 1 1 5 7 , 1 0 7 8 , 1 0 2 8 , 1 0 0 5 , 9 4 7 , 9 3 7 , 8 1 4 , 7 5 8 , 7 0 8 , 6 6 9; i h - n m r( d m s o - 南开大学硕士学位论文 d 6 ,t ms , p p m)a : 4 . 9 2 ( d ， 6 h， h - 1 ) ， 4 .8 5 ( d ， 1 h， h - 1 ) , 4 .2 5 ,4 .4 4 ( d ， m， 2 h h - 6 ) ， 3 .9 - 3 .2 ( b r o a d ， 4 0 h， h 2 - h 6 ) ， 7 . 5 3 - 7 .2 2 ( 4 h， a r o m a t i c h y d r o g e n ) , 2 .5 8 ( s , 3 h , c h 3 ) ; u v( x m a x r i m ) : 2 6 0 . 5 , 2 2 8 . 1 。 ts cl 即ri d m e 卜c d6 - o t s - 卜 c d 图2 - 3单一 6 一 对一 ( 甲 苯磺酸基- 6 一 脱氧 - r - c d的合成路线 ot s t s cia ni l i n e dm f / 8 5 - 9 5 c 图2 - 4单一 【 6 - ( l 一 苯胺基- 6 一 脱氧 - r 一 环糊精 的合成路线 ( 2 )单一 ( 6 一 苯胺基一 6 一 脱氧- p 一 环糊精( 8 r ) 的合成 见图2 - 4 ) 在1 0 0 m l 干燥的 三口圆 底烧瓶中， 加入2 g 6 - o t s - p - c d , 1 0 m 1 新蒸馏过的 苯胺溶液，2 0 m l d mf。 在氮气保护下， 机械搅拌大约 1 0 分钟， 使固体全部溶解， 然后将反应温度控制在8 5 - 9 0 之间，反应 1 2 小时。减压蒸去反应混合物中大部 分 d mf，残余溶液用丙酮沉淀，过滤;再用丙酮浸泡，洗涤，所得固体干燥后， 用二次水重结晶得到0 . 8 5 克浅 黄色固体，产率4 5 % ( 以6 - o t s - p - c d计算) 。 元素分析 : 实测值 c4 5 .9 0 , h6 . 5 1 , n 1 . 1 4 ， 理论值( 按c 4 9 h 7 6 0 3 7 s 4 h 2 0计) c 4 5 .6 1 , h 6 .4 0 , n 1 . 1 4 ; i r ( k b r 压片。 m - ) : 3 3 8 5 .9 ,2 9 2 6 .6 , 1 6 3 8 .7 , 1 6 0 5 .7 , 1 5 0 7 .4 1 4 1 7 . 2 , 1 3 6 8 , 1 3 3 5 .2 , 1 3 0 2 . 3 , 1 2 5 3 . 1 , 1 2 3 7 , 1 1 5 4 . 7 , 1 0 8 0 . 9 , 1 0 3 1 .6 , 9 4 1 . 4 1 , 8 5 9 .3 7 ,7 5 2 .7 3 ， 7 0 3 .5 1 ,5 7 2 .2 6 ; h - n m r ( d m s o - d 6 , t m s , p p m ) : 0 .8 3 2 h h 6 ) , 3 . 1 - 4 . 8 ( m , c - h , o - h ) , 6 .5 2 - 6 .5 4 ( t r i 2 h芳环 c - h ) , 6 .6 2 - 6 .6 4 ( d , 1 h ， 芳环 c - h ) 7 . 0 1 - 南开大学硕士学位论文 7 .0 5 ( t r i , 2 h ， 芳环 c - h ) ; m s : m / e 1 2 1 0 。 ( 3 ) 6 一 单取代胺基烷烃系列的合成( 见图2 - 5 ) a ) 单 一 ( 6 一 二 乙 三 胺 基 一 6 一 脱 氧- p 一 环 糊 精 的 合 成 ( 2 8 ) 13 5 ,3 6 1 在 l o o m l 干燥的圆 底烧瓶中， 加入 2 g 6 - o t s - p - c d和 3 0 m 1 新蒸过( 加入 k 2 c 氏) 的二乙 烯三胺溶液，搅拌1 0 分钟后 ， 允许溶液在8 0 左右反应4 小时 ， 然后减压蒸去大部分溶剂。所得固体用乙醇洗涤两次后，用 h 2 0 / 乙醇重结晶得淡 黄色粉末固体，产率6 5 %0 i 丑 l n 2 , 7 0 - 7 5 c l l =- n h c h z c h 2 n h c 场c h i n 珑 - nh c h z c h 2 n h c 珑c h 2 nh c h 2 c h 2 n 姚 图2 - 5 6 一 单取代胺基烷烃系列的合成路线 元素分析: 实测值， c4 3 .9 1 , h6 .6 2 , n3 .2 6 ， 理论值( 按c 4 6 h 8 10 3 4 n 3 .2 h 2 0计 ) ， c 4 3 .9 8 , h 6 .6 2 , n 3 .3 5 ; i r ( k b : 压片c m - ) : 3 3 6 6 , 2 9 2 8 , 1 6 4 1 , 1 5 7 2 , 1 4 6 0 , 1 4 1 3 , 1 3 7 0 , 1 3 3 2 , 1 3 0 0 , 1 2 4 4 , 1 1 5 7 , 1 0 8 0 , 1 0 3 2 , 1 0 0 5 , 8 6 0 , 7 5 4 , 7 0 6 , 6 0 9 , 5 8 0。 b ) 单 一 (6 一 三 乙 四 胺 基 一 6 一 脱 氧 ) - r 一 环 糊 精 的 合 成 (3 r ) 13 5 ,3 6 1 操作步骤同