（应用化学专业论文）β环糊精衍生物及其水凝胶的分子识别与药物包合研究.pdf

上海人学硕士学位论文 摘要 p 一环糊精( p c d ) 以其特有的分子结构，能识别多种客体化合物并形成超分子包 合物，通过包合作用可以明显改善客体分子的物理、化学和生物特性。因此1 3 一环糊 精及衍生物在物质分离与提纯、药物控制释放、模拟酶等诸多领域有着广泛的应用 前景。 采用1 3 环糊精和环氧丙烷为原料合成了羟丙基一1 3 一环糊精( h e 1 3 c d ) ，对产物进 行了红外光谱分析、热重分析，测得其平均取代度和溶解度。以对甲苯磺酸、对氨 基苯甲酸等含苯环的双官能团分子为客体，分别研究了p c d 和h p p c d 在水溶液 中对这些客体的分子识别性能，采用紫外可见光谱法测定了其包合稳定常数和包合 摩尔比，通过线性关系确定了各主客体包合物包合比均为1 ：1 ；通过计算稳定常数， 确定了h p 1 3 c d 的包合能力大于1 3 - c d 的包合能力和对氨基苯甲酸被结合的能力大 于对甲基苯磺酸的被结合能力；主客体分子的包结稳定性与主客体分子的空间构型、 取代基团、取代基的疏水性有关。制备了主客体固体包合物，通过i r 、d s c 分析推 断了其包合模型。以抗坏血酸为药物模型，考察了羟丙基p 环糊精对溶液中抗坏血 酸降解作用的影响，结果表明：酸性条件下，h p p c d 的加入能有效降低抗坏血酸 的降解；碱性条件下，h p 1 3 c d 的加入能加速抗坏血酸的降解。 采用聚乙二醇缩水甘油醚( p e g d e ) 对p c d 改性，得到水溶性环糊精聚合物 ( p e g d c d ) 。将p e g 。1 3 一c d 与- 丙烯酸的混合水溶液在电子束的辐照下，制备了 p o l y ( p e g 一1 3 一c d a a e ) 水凝胶，研究了p h 、组分配比、辐照剂量、离子强度等因素 对产物溶胀性能的影响，结果表明：p o l y ( p e g 1 3 c d a a e ) 水凝胶具有一定的p h 敏 感性，当p h 3 ，辐照剂量相同时，水凝胶溶胀率随p e g 1 3 c d 含量的增加先增 加后减少；在相同组分下水凝胶的溶胀率随辐照吸收剂量的增大而下降。以5 氟尿 嘧啶( 5 - f u ) 为模型药物，体外药物释放性能表明p o l y ( p e g d c d a a e ) 水凝胶比 p a a c 水凝胶的释放时间有所延长，且相同组分的p o l y ( p e g b c d a a e ) 水凝胶在p h 1 2 的药物释放量远远低于p h7 4 缓冲溶液中的载药水凝胶5 - f u 的释放量。 上海大学硕士学位论文 将p e g b c d 与n 异丙基丙烯酰胺的混合水溶液在电子束的辐照下，制备了 p o l y ( p e g b c d n i p a a m ) 水凝胶，研究了温度、组分配比、辐照剂量、离子强度对 水凝胶溶胀性能的影响，结果表明：p o l y ( p e g p c d n i p a a m ) 水凝胶具有一定的温 度响应性；相对普通的p n i p a a m 水凝胶，p o l y ( p e g p c d n i p a a m ) 具有更快的温度 响应性；在相同温度下，水凝胶的平衡溶胀率随着p e g p c d 组分含量的增加而增 加；对相同组分的水凝胶，其平衡溶胀率都在3 2 。c 附近急剧下降；在相同组分下水 凝胶的溶胀率随辐照吸收剂量的增大而下降。以5 氟尿嘧啶为模型药物，体外药物 释放性能表明p o l y ( p e g b c d n i p a a m ) 水凝胶比p n i p a a m 的释放时间有所延长， 且相同释放介质条件下的p o l y ( p e g p c d n i p a a m ) 水凝胶在3 7o c 的药物释放量远 低于在2 5o c 溶液中的载药水凝胶5 - f u 的释放量。 关键词：p 环糊精；羟丙基p 环糊精；丙烯酸；n 异丙基丙烯酰胺；水凝胶；辐 射聚合；温度敏感性；p h 敏感性；分子识别；药物释放 上海人学硕士学位论文 a bs t r a c t p - c y c l o d e x t r i n s ( p c d ) a r et r u n c a t e do n e s h a p e dc y c l i co l i g o s a c c h a r i d e sw i t ha h y d r o p h i l i co u t e rs u r f a c ea n das o m e w h a tl i p o p h i l i cc e n t r a lc v a i t y j b - c da sh o s ti sa b a l e t oi n c l u d ec o m p o u n d 舔g u e s tt h a th a ss u i t a b l e s i z e s h a p ea n dp o l a r i t yt of o r m s u p r a m o l e c u l a ri n c l u s i o nc o m p o u n d t h ec a p a b i l i t yo fc dt of o r mi n c l u s i o nc o m p l e x e s w i t hg u e s tm o l e c u l e sh a sb e e ne x p l o i t e di ns e p a r a t i o np r o c e s s e s ，d r u gd e l i v e r ys y s t e m ， a n da r t i f i c i a le n z y m e sa sw e l la u si nt h ef o o da n dc o s m e t i ci n d u s t r y h p p c dw a sp r e p a r e db yh y d r o x y p o r p y l sa n d1 3 - c du n d e rt h ec o n d i t i o no fa l k a l i n e c o m p a r i n gw i t hi b - c d ，h p p - c d ss o l u b i l i t yh a sb e e ng r e a t l yi m p r o v e d t h e nt h e p r o d u c t sw e r ec h a r a c t e r i z e db yf t - i r ，t ga n a l y s i s t h ep r o d u c t ss u b s t i t u t e dd e g r e ea n d s o l u b i l i t yw e r ea l s oc a l c u l a t e d p a r a - a m i n o b e n z o i ca c i da n dt o l u e n e - p s u l f o n i ca c i dw e r e u s e d 私g u e s tm o l e c u l e st os t u d yt h em o l e c u l a rr e c o g n i t i o nb e h a v i o r si nt h ew a t e rw i t h h o s tm o l e c u l e ss u c ha s1 3 - c da n dh p p c d u v - v i sm e t h o dw a su s e dt oc a l c u l a t et h e s t a b i l i t yc o n s t a n t sa n dm o l a rr a t i o s t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h eh o s tm o l e c u l e sa n dg u e s t m o l e c u l e sf o r m e di n c l u s i o nc o m p l e xw i t ht h em o l a rr a t i o so fl ：1 ；t h e s t a b i l i t yo f i n c l u s i o nc o m p l e x e sw a sr e l a t e dt ot h e g u e s tm o l e c u l e s s p a c es t r c t u r e s ，s u b s t i t u t e d f u c t i o n sa n dt h eh y d r o p h o b i c i t yo ft h es u b s t i t u t e df u c t i o n s ；t h eh p 1 3 - - c dw e r em o r e s t a b l et h a n 1 3 - c d a n dt h e p a r a - a m i n o b e n z o i c a c i dw a sm o r es t a b l et h a n t o l u e n e p - s u l f o n i ca c i d t h ei n c l u s i o nc o m p l e x e so f1 3 - c y c l o d e x t r i nw i t hg u e s tm o l e c u l e s w e r ec h a r a c t e r i z e dt h r o u g hd s ca n di r a s c o r b i ca c i dw a sc h o s e d 髂m o d e ld r u gt o s t u d yt h ei n f l u e n c eo fh p - p c do nt h ed e g r a d a t i o nr a t eo fa s c o r b i ca c i da td i f f e r e n tp h v a l u e s ：i na c i dc o n d i t i o n ，h p p c dc o u l dr e d u c et h ed e g r a d a t i o nr a t eo fa s c o r b i c ；w h i l e i na l k a l i n ec o n d i t i o n s ，h p - 1 3 一c da c c e l e r a t e dt h ed e g r a d a t i o n aw a t e r - s o l u b l em a c r o m o n o m e r ( p e g b - c d ) w a ss y n t h e s i z e db yr e a c t i o no f p - c y c l o d e x t r i nw i t hp o l y ( e t h y l e n eg l y c 0 1 ) d i g l y c i d y le t h e r t h e n ，an o v e lh y d r o g e lw i t h p h s e n s i t i v i t yw a sp r e p a r e db yi r r a d i a t i n gt h em i x t u r eo fa c r y l i ca c i da n dp e g p c d w i t he l e c t r o nb e a m t h ee f f e c t so fp h ，f e e dr a t i oo fp e g p c da n da a c ，i r r a d i a t i o nd o s e ， a n di o n i cs t r e n g t h0 nt h es w e l l i n gr a t i oo ft h eh y d r o g e l sw e r ed e t e r m i n e d f o u r i e r t r a n s f o r mi n f r a r e d ( f t i 鼬s p e c t r o m e t r yw a s a p p l i e df o ra n a l y z i n gt h es t r u c t u r r a lf e a t u r e m 上海大学硕上学位论文 a n d c h a n g e sa f t e rt h et r e a t m e n ti np hb u f f e rs o l u t i o n s c o m p a r e dw i t ht h en o r m a lp a a e h y d r o g e l ，t h i sn o v e lh y d r o g e lh a d ah i g h e rs w e l l i n gr a t i oa tp h3 n 8 i tw i l l sa l s o o b v i o u s l y t h a t d e c r e a s i n gi r r a d i a t i o nd o s ew o u l db eb e n e f i c i a lf o rt h es w e l l i n gr a t i oo ft h e p o l y ( p e g p c d a a c ) h y d r o g e l si nt h ec o n d “i o no fp h 3 5 - f l u o r o u r a c i l ( 5 一f u ) w a s c h o s e na sam o d e ld r u ga n dc o m p a r e dt ot h ep a a eh y d r o g e l ，t h er e s u l t ss h o w e dt h e r e l e a s et i m eo f5 一f uf r o mt h ec y c l o d e x t r i nc o n t a i n i n gh y d r o g e lw a sp r o l o n g e d i tm a yb e a s c r i b e dt ot h ef o r m a t i o no fi n c l u s i o nc o m p l e x e sb e t w e e nt h ed r u gm o l e c u l e sa n d c y c l o d e x t r i ng r o u p s an o v e lh y d r o g e l ，p o l y ( p e g - p c d n i p a a m ) w i t ht e m p e r a t u r e s e n s i t i v i t y ，w a s p r e p a r e db yi r r a d i a t i n g t h e a q u e o u ss o l u t i o nm i x t u r eo fn - i s o p r o p y l a c r y l a m i d e ( n i p a a m ) a n dp e g - p c dw i t he l e c t r o nb e a m t h ee f f e c t so ft e m e p r a t u r e ，f e e dr a t i oo f p e g p - c da n dn i p a a m ，i r r a d i a t i o nd o s e ，a n di o n i cs t r e n g t ho nt h es w e l l i n gr a t i oo ft h e h y d r o g e l sw e r ed e t e r m i n e d f o u r i e rt r a n s f o r mi n f r a r e d ( f t - i r ) s p e c t r o m e t r yw a s a p p l i e df o ra n a l y z i n gt h es t r u c t u r r a lf e a t u r e t h er e s u l t si n d i c a t e dt h a tt h el c s t i n c r e a s e dw i t ht h ei n c r e a s i n go fp e g p c dr a t i oi nt h eb u f f e rs o l u t i o n t h es w e l l i n gr a t i o o ft h e h y d r o g e l si n c r e a s e dw i t ht h ei n c r e a s i n g o fp e g p c dr a t i oa td i f f e r e n t t e m p e r a t u r e s 5 - f l u o r o u r a c i lw a sa l s oc h o s e na sam o d e ld r u ga n dc o m p a r e dt ot h e p n i p a a m h y d r o g e l ，t h er e s u l t ss h o w e dt h er e l e a s et i m eo f5 一f uf r o mt h ec y c l o d e x t r i n c o n t a i n i n gh y d r o g e lw a sp r o l o n g e d i ns a m eb u f f e r ，t h ec u m u l a t i v er e l e a s eo f5 一f uf r o m p o l y ( p e g p c d n i p a a m ) a t3 7o cw a sm o r et h a nw h i c ha t2 5o c k e yw o r d s ：1 3 - c y c l o d e x t r i n ；h p p c y c l o d e x t r i n ；a a c ；n i s o p r o p y l a c r y l a m i d e ；h y d r o g e l ； r a d i a t i o np o l y m e r i z a t i o n ；t e m p e r a t u r e s e n s i t i v i t y ；p h - - s e n s i t i v i t y ；m o l e c u l a rr e c o g n i t i o n ； d r u gr e l e a s e 原创性声明 本人声明：所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究 工作。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已发表或撰写过的研究成果。参与同一工作的其他同志对本 研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢 = 也 思0 签 名：盈当l 日期j 学。6 本论文使用授权说明 本人完全了解上海大学有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留论文及送交论文复印件，允许论文被查阅和借阅； 学校可以公布论文的全部或部分内容。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 期： 上海大学硕上学位论文 1 1 环糊精简介 第一章前言 环糊精( c y c l o d e x t r i n s ，c d s ) 首次发现于1 8 9 1 年，是环糊精葡萄糖基转移酶 ( c g t a s e ) 作用于淀粉的产物。直链淀粉在溶液中的构象是一种含有螺旋段的结构， 组成的每一个d 一吡喃葡萄糖单元都是4 c l 椅式结构，只有0 【一1 ，4 型配糖键，淀粉螺旋 段的每一个重复含6 - 7 个吡喃葡萄糖单元。当直链淀粉在没有水分子参与下，被 c g t a s e 降解，即得到d 吡喃型葡萄糖通过仅一l ，4 糖苷键连接而成的一种环状低聚糖【l 】。 c d s 最常见的结构是由6 个、7 个或8 个葡萄糖单元结合而成的，分别称为a ，p ，丫_ 坏 糊精( 如图l l 所示) 【2 3 1 。 c d 图1 1 环糊精分子结构 根据x 一射线晶体衍射、红外光谱及核磁共振波谱分析的结果，确定构成环糊精 的每个d 一吡喃型葡萄糖单元都是椅式构象，各个葡萄糖单元均以0 【1 ，4 糖苷键结合成 上海大学硕十学位论文 环。其c 一2 和c 一3 原子上的仲羟基都位于这锥形环较大的开口端，因而这环状分子的 外侧边框是亲水性的。虽然在c d s 空腔中的糖苷键上含有氧原子，但它们是处于空腔 内侧c h 键的屏蔽之下，因而这内腔是疏水性的口。1 ( 如图1 2 所示) 。c d s 内腔的大 小与葡萄糖单元数有关。环糊精具有的疏水性空腔，可利用其疏水亲酯作用以及空 间体积匹配效应，与具有适当大小、形状和疏水性的分子通过非共价键的相互作用 形成稳定的包合物。 非援性 图卜2 环糊精分子形状 由于d c d 分子上的c 一2 和c 一3 所有羟基均形成了氢键【2 1 ，因此具有较强的刚性， 这可能是d c d 在所有的c d 分子中溶解度最小的原因，而q c d 分子中有一个葡萄糖 单元处于扭曲变型状态【4 】，具有非共平面，柔性的结构，因此其具有较大的溶解度。 二级羟基的h d ( 氢一氘) 交换平衡常数( 1 3 - c d0 6 5 ，a - c d0 7 5 ，y - c d0 8 5 ) 表明d c d 具有较强的氢键 5 】oa c d ，f l - c d 和t c d 的几何尺寸及一些物理参数 2 。3 1 见图1 - 3 和表 1 一l 。 随着科学技术的发展，b 一环糊精及其衍生物在诸多领域得到广泛的应用并取得 了重要的进展。归其原因可能与环糊精具有如下特征有关【6 】：1 环糊精为较易得到 的半天然产物，可通过淀粉的酶促解大量制备；2 化学性质稳定，可以进行各种选 择性修饰；3 环糊精的空腔可以提供与模型底物的结合的空间，当底物分子与环糊 精形成超分子配合物后，其化学反应性能以及光、电、磁等物理性质能在特定的情 况下发生改变；4 环糊精无毒或低毒，可以在生物体内降解，因此可以作为脂溶性 药物载体、食品添加剂、化妆品填料等在工业上应用。 2 上海人学硕士学位论文 图卜3a ，b 和y 环糊精的分子尺寸 表卜1d ，1 3 和y 环糊精的物理参数 耪理参数a e 囝 p c d y - c d 麓麓糖单元敦6 78 分子纛9 7 2 1 1 3 51 2 9 7 宣湿下水中溶解度1 4 51 8 52 3 2 闾d 种 岱0 - z 0 5 1 6 2 5 ：l 0 51 7 7 4 z 0 5 空趁直径两4 7 0 - - 5 3 0 6 0 0 6 5 07 5 0 - - 8 3 0 高( 硒 7 钆舡17 蛐1 7 9 爱0 1 外圆周直径椭 1 4 6 ：型0 0 4l q a 曲41 7 - 洲 空腔大致体粥 1 7 4 2 6 2 4 2 7 l m o l c d 空胶大致体积( m d 1 0 41 5 7 2 5 6 t s c d 空腔大致体积0 1 0 1 40 2 0 晶形( 水中)六角板型单斜晶平行四边形 方形棱柱体 结晶水 1 0 2 1 3 2 - 1 4 58 1 3 - 1 7 7 邸酢5 ) 1 2 3 3 2 1 2 2 0 21 2 0 8 1 3 上海大学硕+ 学位论文 1 2 环糊精衍生物 由于d 一环糊精的结构呈刚性，它的仲羟基形成完全的环形氢键，使得其水溶性 很小；另一方面，p 一环糊精的羟基呈现类似酶的催化作用，影响了药物的稳定性， 从而制约了它的应用。 近二十年来，人们对d 一环糊精进行了各种结构修饰【l 】并对其衍生物进行了各方 面的应用研究，对其修饰的方法很多，主要包括烷基化、羟烷基化、分支化等。经 修饰后不仅可保持母体原有特殊结构，同时功能基团的引入构筑了许多具有多功能 化的新型材料，使其在医药食品，化学工业和农业等领域中得到广泛的应用。经过 化学修饰的p 环糊精衍生物可以分为亲水性衍生物、疏水性衍生物、离子型衍生物 三类。 1 2 1 羟丙基1 3 环糊精 目前，p 一环糊精衍生物的研究中，羟丙基一p 一环糊精( 简称h p p c d ) 是最受瞩 目的衍生物之一。羟丙基p 环糊精是p 环糊精中葡萄糖残基上的羟基发生醚化反应 引入羟丙基的产物，属于亲水性d 环糊精衍生物的一种。它水溶性好，无毒，易与 生物环境相容，还因其表面活性较小，可是作为不溶或不易溶于水的化合物载体， 起到增溶的效果，被视为最有应用前景的p 一环糊精衍生物。 芦o 一 嚣 r 扣r 一 一 硒酗，= 一c h 2 c h ( o h ) c h ，一c h 2 c h 2 c h 2 0 h , - c 坞c a ( o n ) c h 2 0 h - - fh 图1 4h p - 1 3 - c d 的结构示意图 4 上海大学硕上学位论文 羟丙基p 一环糊精保留了母体i b - c d 的空腔，水溶性好，热稳定性高，羟丙基一p 一 环糊精可作为稳定剂、增效剂、填充剂、抗毒副作用剂、矫味剂、乳化剂等，国内 外广泛应用于医药、食品、日用化妆品、油田钻井、造纸、纺织、皮革涂料、塑料、 铸造、饲料、农药及环境等领埘7 。1 们。通过羟丙基p 环糊精包合高分子长链形成包 合物或与一些小分子物质结合形成络合物，不仅在材料科学和信息科学，而且在生 命科学中也具有重要的理论意义以及潜在的广阔应用前景。 同时由于羟丙基一d 环糊精溶血】作用低，刺激性小的特点，是低毒、安全、有 效的药物增溶剂，被认为是极有潜力的药物辅料，药物与羟丙基一p 环糊精包合后， 能显著改善药物的理化性质，具有增加药物的溶解度和溶出速度，提高药物的稳定 性，降低药物的刺激性与毒副作用，对药物进行缓释和控释、矫味除臭，提高药物 的生物利用度等优点【1 2 1 ，所以其在医药方面的应用是学者们研究的焦点。 1 2 2 羟丙基一j 3 l 一环糊精作为药物辅料的应用 眼部给药辅料：h p d c d 对眼角膜刺激性小，适合作眼科用药物增溶剂，其包 合物眼用制剂可以改变角膜的透过性及药物与眼组织的结合性，同时减少药物对眼 的刺激及副作用。药物双氯灭痛【1 3 】用于眼部，但在泪液的p h 值条件下会发生解离， 不能达到所需要的治疗浓度，同时角膜及眼色素层中的前列腺素合成酶也对其有降 解作用，因而降低了药效，但当其与h p p c d 形成包合物，增加了溶液的稳定性， 包合物的渗透系数增大了十几倍而且降低了双氯灭痛对眼的刺激性。 鼻部给药辅料：h p p c d 作为鼻部给药载体的安全性研究 1 4 】表明它是一种有效 且安全的药物载体，作为鼻促渗透剂油酸的稳定剂和助溶剂，能有效提高其促透作 用，含2 0 h p b c d 和1 5 油酸的布舍瑞林溶液的透鼻吸收为原药的5 倍，绝对生物 利用度达5 1 8 。 皮肤给药辅料：h p p c d 可以用来作为透皮吸收促进剂，其促进药物透皮吸收 的机制通常认为是增加了亲脂性药物在水中的溶解度，并可以把药物分子传递到皮 肤表面。以布拉洛尔为模型药物，通过对大鼠的体表渗透性研究【1 5 】发现，用h p p c d 做促进剂，其吸收量可以提高约3 8 倍。还有文献报道h p p c d 可以促进氢化可的松 5 上海人学硕士学位论文 的局部吸收。 直肠给药辅料：h p p c d 能显著提高氢化可的松、地塞米松、氢化可的松醋酸 酯、泼尼松龙和地塞米松醋酸酯的溶解度，进而增加上述甾体类药物从水溶性栓剂基 质中的释放【1 6 1 。 注射药剂辅料：h p p c d 能增加难溶性药物溶解度，从而避免使用有机溶媒、 表面活性剂和酯类，是f d a 批准上市的作为注射给药药物赋形剂的最早的一种环糊精 的衍生物，用0 0 5 m o l lh p p c d 的n - i 将尼莫地平的溶解度提高6 0 1 + f 】。h p p c d 还能降低药物的毒性和刺激性。 靶向给药及抗癌药物载体：h p d c d 由于相比d c d 具有低毒性、高耐受性和优 异的溶解能力。良好的溶解性、低毒性和稳定性使h p p c d 成为脑靶向给药系统的 优异载体。文献报道 1 8 】，手术前静脉注射氟桂利嗪的h p p c d 包合物，结果在切除 的脑瘤组织中，药物的浓度是血浆药物浓度的1 0 倍。h p p c d 的包结效果能有效提 高一些抗癌药物的稳定性和溶解度。 1 3 环糊精聚合物 环糊精聚合物( c y c l o d e x t r i np o l y m e r ，c d p ) 是将环糊精通过各种合成路线设计以 化学键合的方法构建的高分子化合物。已有的研究结果表明，环糊精聚合物除保持 了母体分子所具有的包合性外，还表现出独特的高分子效应，如协同效应、邻基效 应和较高的力学强度等，因此环糊精聚合物呈现出不同于母体分子的某些特性：具有 较高的水溶性；通过邻基效应与协同作用，表现出对有机分子很高的识别与选择性； 借助交联聚合物空腔与网络的吸附作用，有效地提高了吸附功能；因此在分离分析 技术、生物医学工程、环境保护和其它领域中取得了更加广泛的应用。 1 3 1 环糊精线性聚合物 ( 1 ) 含乙烯基环糊精单体的均聚物或共聚物 6 上海人学硕士学位论文 图1 5 丙烯酸间硝基苯酚酯包结定位法 安认 铡娜粕几- 唧铘 b c d c 蝌) 州a o - y c d - i 删8 1 ) 1 。瞰州g 吣嗍， o rp a a c a a 2t 涟酿m ) 2 s 2 | 。i 心hf t 7 5 3 铜叭 图1 - 6 单体( a a b c d 和a a g c d ) 的合成反应示意图以及它们的聚合物 该类c d p 是先将环糊精通过化学反应合成带有可聚合基团的衍生物单体后，再 经适当的反应条件均聚或与其它单体共聚合成的。由于环糊精分子中含有众多的化 学反应性相同的羟基，这给单取代的环糊精功能分子的合成带来了困难。目前，在 此方向上典型的研究方法主要有利用包结效应定位法 1 9 - 2 0 】( 如图1 5 所示) 和采用中 间体定位法【2 1 】( 如图1 - 6 所示) 。 ( 2 ) 线性高聚物固载环糊精 另一类线性c d p 是通过环糊精与高聚物的化学反应实现的，该类聚合物的合成 关键是要得到具有可反应性基团的单取代的环糊精修饰产物，将其通过适当的化学 反应固载到具有能与之反应的线性高聚物分子上。如将单取代环糊精磺酸酯固载到 聚烯丙胺 2 2 - 2 3 1 分子上，就是利用了伯胺与磺酸酯的亲核取代反应，该反应通常在有 机溶剂中进行，可得到环糊精固载量较大的产物。 1 3 2 环糊精交联聚合物 在这类聚合物结构中除含环糊精空腔外，还含有由聚合物链构成的网状空间， 7 上海大学硕十学位论文 这些空间结合客体的能力常常可与环糊精空腔相当。在包结客体时出现很高的客一 主体摩尔比。该类聚合物的合成方法通常有：1 ) 含乙烯基环糊精单体的共聚交联 2 4 。2 5 】；2 ) 环糊精缩聚交联口6 】；3 ) 交联聚合物固载环糊精 2 7 。川( 如图1 - 7 ) 。 h c i _ 够嗡胡心 啼邸洲g 吃善瞄芩嶙删岍。 伊n h g h 州吃。- 、毛品c 心c 删峨d 刚a 图l 一7 利用交联聚丙烯腈树脂进行p - c d 的固载化反应 1 3 3 环糊精星形聚合物 借助环糊精的特殊结构，可采用不同的方法，合成以环糊精为中心的星形聚合 物。n o z a k it 等人叫先将p c d 在吡啶中磺酰化，再与乙二胺( e d a ) 反应得具有伯胺 修饰的d 环糊精衍生物( 1 3 c d e d a ) ，最后将链转移聚合得到的端基为羧基的聚n 一 异丙基丙烯酰胺( p n i p a a m ) 与p c d e d a 进行缩合反应，得到了平均枝化度为5 的星 形聚合物( 如图1 8 ) 。该聚合物具有一定的热敏性，与8 苯胺一1 萘磺酸铵( a n s ) 包合 能力远大于p c d 和p n i p a a m 与a n s 的包合能力。其原因主要源于p c d 和p n i p a a m 的协同作用。 p - t s c i p 州i 陆e d a - - - - - - - - - 4 0 4 4 h p l p a e d c - - - - - - - - - - _ - f t 2 4 h 图l - 8d c d e d a p n i p a a m 的制备反应图 1 3 4 环糊精及其聚合物在药物控释方面的应用 随着现代药学研究的深入及生物制剂工业的发展，各种类型的药物控制释放载 体越来越受到关注。虽然小分子环糊精作为药剂添加剂已得到广泛的应用3 2 - 3 5 ，但 环糊精高分子既具有环糊精对药物小分子的包合功能又具有大分子多重形态及相结 8 卜海大学硕士学位论文 构特性，因而能有效地对药物进行包合及控制释放，是近代生物制药及剂型研究的 重要功能材料之一 3 6 。3 引。高聚物能改变药物的释放是众所周知的，其释放机理普遍 认为是：溶解、扩散和溶蚀过程。环糊精与高聚物结合后，能够更加有效的控制药物 的释放，它们的结合形式可以是物理混合，也可以是化学键结合。b i b b ydc 等p 明 总结了环糊精在高聚物基体中改变药物释放的机理，促使药物释放是通过：1 ) 提高 药物的溶解性；2 ) 作为增溶剂促使基体溶蚀；3 ) 作为致孔剂；4 ) 增加可扩散物种的浓 度( 在基体中存在固体药物并且游离药物和包合物药物可以扩散的情况下) 。延缓药 物释放是通过：1 ) 与药物形成包合物后增加药物的分子量，从而降低药物的扩散速 率( 在药物不过量的情况下) ；2 ) 通过与药物形成难溶性包合物来降低药物的扩散速 率；3 ) 环糊精与药物形成包合物同时固载到高聚物上从而减小可扩散药物的浓度： 4 ) 作为交联剂减小聚合物网眼的尺寸。但是，也应注意到，当c d 引入到聚合物基质 后，c d 的包合作用可能受到影响，特别是聚合物成型的有机溶剂的使用，可能大大 弱化c d 与药物分子包合物的形成h 们。此外，c d 也可能与聚合物发生包合作用 4 1 1 。 例如，聚乙二醇及聚乙二醇衍生物可与c d 发生超分子包合作用，这样超分子作用的 存在，可能妨碍c d 与药物之间的包合作用。 环糊精分子外围是亲水性的，分子内有疏水性的空腔，这种特殊的分子构型导 致一定尺寸的药物分子进入c d 空腔而被包合，形成c d 一药物包合物( 如图1 - 9 ) 。环糊 精包合物不能渗透生物膜，只有游离的药物分子才能穿过胃肠消化系统的脂质屏障。 环糊精包合物一旦溶解，就会在游离物和包合物间形成一个平衡，药物的游离与包 合比率的变化主要是依赖体系的相溶解行为，因此，药物的释放、吸收、溶解速度 主要由本身的化学性质决定，但环糊精与之形成包合物后能改变药物分子的溶解行 为，从而控制药物的释放、吸收及改善其生物利用度。 9 上海人学硕士学位论文 图1 - 9 环糊精对药物包含的示意图 1 4 环境敏感性水凝胶 环境敏感性水凝胶又常被称为智能水凝胶，是指自身能感知外界环境如温度、 p h 、光、电、压力等微小的变化或刺激，并能产生相应的物理结构和化学性质变化 的一类高分子水凝胶，主要表现在其含水量会发生变化甚至发生相变，从溶胀的亲 水状态变成消溶胀的疏水状态 4 2 1 。 1 9 8 4 年t a n a k a 等人【4 3 】首次观察到了水凝胶的热敏性，提出了智能水凝胶( 环境 敏感性水凝胶) 这一新概念。他们发现，用n ，n 一亚甲基双丙烯酰胺交联的聚n 异丙 基丙烯酰胺的水凝胶( p n i p a a m ) 在某一临界温度附近，随温度的微小变化，从亲 水状态转变成疏水状态，体积变化可达几十至几百倍，这种水凝胶称为温敏性水凝 胶m 】。后来人们相继发现不仅温度而h p h 值、溶剂组成、光场、电场等也可导致这 种变化，人们把分别具有这些性质的水凝胶叫做p h 敏感性【4 5 1 、溶剂组成敏感性、光 敏性h 叼和电敏性水凝胶 4 7 - 5 0 】，具有上述性质的水凝胶统称为环境敏感性水凝胶 5 。 1 4 1 温度敏感性水凝胶 有些水凝胶当温度升高到某一值以上时会发生从溶胀的透明状态到消溶胀的 不透明状态的变化，在这一温度附近的溶胀比变化往往可达几倍到几十倍。如果将 1 0 上海人学硕上学位论文 环境温度降到这一温度以下，凝胶状态能发生可逆变化，这一温度称为该水凝胶最 低临界共溶温度( t h el o w e rc r i t i c a ls o l u t i o nt e m p e r a t u r e ，l c s t ) 。具有这种性质的水凝 胶被称为温度敏感性水凝胶，即热敏性水凝胶( t e m p e r a t u r e s e n s i t i v eh y d r o g e l ) p 2 1 。 这类水凝胶在某一临界温度附近，随温度的微小变化，其体积变化可达几十至几百 倍，其结构中具有一定比例的亲水和疏水基团，温度的变化可以影响这些基团的疏 水作用和大分子链间的氢键作用，从而改变水凝胶的网络结构，产生体积相变。温 敏性水凝胶有高温收缩和低温收缩两种类型。 1 4 2p h 敏感性水凝胶 水凝胶的p h 敏感性是指凝胶随环境酸度的变化而发生的溶胀体积不连续变化。 水凝胶的p h 敏感性最早是由t a n a k a 在测定陈化的丙烯酰胺凝胶溶胀比时发现的 5 3 - 5 4 。一般来说，具有p h 响应性的水凝胶，如聚r 内烯酸聚醚互穿网络凝胶都是通过 交联而形成大分子网络，网络中含有酸性( 碱性) 基团，随着介质p h 值、离子强度的 改变，这些基团发生电离，导致网络内大分子链段间氢键的解离，引起不连续的体积 溶胀变化。 这类水凝胶根据敏感性基团的不同可分为阴离子、阳离子和两性离子三种类型。 阴离子型p h 敏感性水凝胶的可离子化基团一般为c o o h ，对聚丙烯酸类水凝胶而 言，一般在p h 值较低的介质中处于收缩状态，在p h 值处于弱酸至弱碱之间时，溶胀 率急剧增大，当介质的碱性再大时，凝胶又处于收缩态。这主要是因为在介质的p h 值较低时，此类水凝胶可离子化基团的离解度低，静电斥力对凝胶的溶胀几乎没有 贡献，此外在p h 值较低下，阴离子基团之间存在较强的氢键使得凝胶缠绕在一起呈 收缩态，水分子难以进入凝胶 5 5 】；随着p h 值升高，中和作用增强，离解度迅速增大， 静电斥力使网络形变加大，溶胀率逐渐增大；当p h 继续升高时，离解度趋于完全， 而且随着胶内、外离子浓度基本相等，凝胶外的渗透压趋于零，凝胶逐渐收缩 5 6 】。 阳离子型p h 敏感性水凝胶的可离子化基团一般为氨基，如n ，n 一二甲基乙基氨乙基 甲基丙烯酸甲酯、乙烯基吡啶和丙烯酰胺，其p h 敏感性主要来自氨基的质子化，氨 基越多，水凝胶水化作用越强，平衡溶胀率越大。其溶胀机理与阴离子型相似1 5 。 上海人学硕士学位论文 两性p h 敏感性水凝胶同时含有酸碱基团，其p h 敏感性来源于高分子网络上的两种基 团离子化，酸性基团在低p h 时离子化，碱性基团在高p h 时离子化，故两性水凝胶在 高低p h 值处均有较大的溶胀率，而在中f f i p h 值处其溶胀率较小【5 引。此外，交联剂 用量、单体浓度以及交联剂的官能度数会直接影响网络的结构，对凝胶的溶胀率有 很大的影响，国内的陆大年等【5 9 】采用自由基水溶液聚合法合成了聚丙烯酸水凝胶， 并较系统地探讨了原料配比及交联剂对p h 敏感性的影响。 1 4 3p h 温度双重敏感性水凝胶 在人体体液这种复杂的环境中，水凝胶受到p h 和温度等多种刺激作用，尤其p h 和温度是人体最重要的两个生理指标，随着多肽药物，基因药物的出现，许多研究 人员对既p h 敏感又温敏的共聚物非常感兴趣，因此p h 温度双重敏感水凝胶的研究 成为一个热点，这方面的报道非常多。t a e 6 0 】以具有温敏性的n i p a a m 和具有p h 敏 感性的n ，n 二甲基氨基丙基甲基丙烯酰胺为单体共聚，形成的水凝胶在p h 7 4 ，温度 为3 7 。c 时发生相变，胰岛素在其中的释放发生明显变化。黄月文等【6 l 】合成了聚( n 异丙基丙烯酰胺) 丙烯酸类温度p h 敏感水凝胶，并在此水凝胶中包埋抗结肠癌药物 阿司匹林。研究表明在p h = 7 4 的介质中，3 7 时阿司匹林在水凝胶膜中的释放比 2 5 。c 时的快，而在3 7 下，p h = 7 4 的介质中阿司匹林的释放比p h = 1 0 的快得多，因 此可将阿司匹林大部分定向到肠中释放。e t t u ok o k u f u t a 6 2 】合成了四种不同结构的 p ( n i p a a m a a c ) 凝胶，测试了在p h = 3 和p h = 1 0 时凝胶的溶胀及与温度的关系，发现 电荷的分布对凝胶的溶胀行为有很大影响，这一结论不能用传统的渗透压理论来解 释。另外，试验表明羧基和酰胺之间的氢键在p h = 3 时对水凝胶的收缩有很大的影