（物理化学专业论文）桥联环糊精的协同识别.pdf

ab s t r a c t 严 呻 s t u d y o n s u p r a m o l e c u l a r c h e m i s t r y 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 i n c h e m i s t r y a n d b i o c h e m i s t r y . p o s s e s s i n g t w o h y d r o p h o b i c c y c l o d e x t r i n c a v it i e s a n d a f u n c t i o n a l t e t h e r g r o u p , b r i d g e d b i s ( c y c l o d e x t r i n ) s c a n s i g n i f i c a n t l y e n h a n c e t h e o r i g i n a l b i n d i n g a b i l i t y a n d m o l e c u l a r s e l e c t i v i t y o f p a r e n t c y c l o d e x t r i n t h r o u g h t h e c o o p e r a t i v e b i n d i n g o f t w o c l o s e l y l o c a t e d c y c l o d e x t r i n c a v i t i e s a s w e l l a s t h e t e t h e r g r o u p w i t h m o d e l s u b s t r a t e s . i n t h e p r e s e n t t h e s i s , a s e r i e s o f b i s ( p - c y c l o d e x t r i n ) s a l o n g w it h t h e i r m e t a l c o m p l e x e s h a v e b e e n s y n t h e s i z e d a s h o s t m o l e c u l e s , a n d t h e i r i n c l u s i o n c o m p l e x a t i o n b e h a v i o r w i t h g u e s t m o l e c u l e s h a s b e e n i n v e s t i g a t e d b y m e a n s o f u v - v i s , fl u o r e s c e n c e , c i r c u l a r d i c h r o i s m s p e c t r o m e t r y , fl u o r e s c e n c e l i f e t i m e me a s u r e m e n t , a n d 2 d n mr . i n a d d i t i o n , t h e c o o p e r a t i v e m o l e c u l a r r e c o g n it i o n b e h a v i o r o f s o m e n e w p o l y m e r i c s u p r a m o l e c u l a r h o s t s h a s b e e n s t u d i e d a n d c o m p a r e d w i t h p a r e n t p - c y c l o d e x t r i n a n dp - c y c l o d e x t r i n d i m e r s . ma i n p o i n t s o f t h i s t h e s i s a r e l i s t e d a s f o l l o w : 1 .t h e n e w p r o g r e s s a n d i m p o r t a n t a c h i e v e m e n t s o n t h e s y n t h e s i s , m o l e c u l a r r e c o g n i t i o n , a r t i fi c i a l e n z y m e a n d m o l e c u l a r a s s e m b l y h a v e b e e n r e v i e we d . 2 . f o u r b i s ( p - c y c l o d e x t r i n ) s t e t h e r e d b y r i g i d a r o m a t i c d i a m i n e h a v e b e e n s y n t h e s i z e d a n d t h e i r i n c l u s i o n c o m p l e x a t i o n b e h a v i o r h a s b e e n i n v e s t i g a t e d a n d c o m p a r e d w i t h p a r e n tp - c y c l o d e x t r i n . t h e r e s u l t s o b t a i n e d s h o w t h a t b i s ( p - c y c l o d e x t r i n ) s w i t h r i g i d t e t h e r d i s p l a y h i g h e r b i n d i n g a b i l i t y t o w a r d s l i n e a r g u e s t m o l e c u l e t h a n t o w a r d s t r i a n g u l a r o r t - s h a p e d g u e s t m o l e c u l e , a n d t h e i r b i n d i n g a f f i n i t y t o w a r d s l i n e a r m o d e l s u b s t r a t e g r a d u a l l y d e c r e a s e s w i t h t h e i n c r e a s e o f t h e t e t h e r l e n g t h . 3 . a s e r i e s o f b i s ( p - c y c l o d e x t r i n ) s l i n k e d b y 2 ,2 - b i p y r i d in e - 4 ,4 - d i c a r b o x y l g r o u p a n d t h e i r m e t a l c o m p l e x e s h a v e b e e n s y n t h e s i z e d , a n d t h e i r i n c l u s i o n c o m p l e x a t i o n b e h a v i o r w i t h o r g a n i c d y e s h a s b e e n i n v e s t i g a t e d b y s p e c t r a l t i t r a t i o n m e t h o d a n d t h e r m o d y n a m i c a n a l y s i s . t h e r e s u l t s i n d i c a t e t h a t t h e a d j u s t m e n t a n d o r i e n t a t i o n o f t e t h e r g r o u p a s w e l l a s t h e f o r m a t i o n o f p s e u d o c a v i t y b y l i n k e r p l a y c r u c i a l r o l e i n 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 h i s ( p - c y c l o d e x t r i n ) s w i t h m o d e l s u b s t r a t e s . t h e m e t a l l i g a t e d日 - c y c l o d e x t r i n p o ly a d s c a n f u r th e r e n h a n c e t h e o r i g i n a l b i n d i n g a b i l i t y a n d m o l e c u l a r s e l e c t i v i t y o f p a r e n t m o n o m e r i c a n d d i m e r i c (3 - c y c l o d e x t r i n t h r o u g h a n u n c o m m o n m u lt ip o i n t r e c o g n i t i o n m e c h a n i s m c o n c e r n i n g t h e c o o p e r a t i v e e f f e c t o f f o u r h y d r o p h o b i c c a v i t i e s a n d o n e ( o r s e v e r a l ) m e t a l c o o r d i n a t i o n c e n t e r . e n t h a l p y - a n a ly s i s c o m p e n s a t i o n a n a ly s i s d e m o n s t r a t e s t h a t h i s ( p - c y c l o d e x t r i n ) s u n d e r g o l e s s c o n f o r m a t i o n c h a n g e a n d m o r e e x t e n s i v e d e s o l v a t i o n e f f e c t t h a n n a t i v e o r m o n o - m o d i f i e d p - c y c l o d e x t r i n s u p o n i n c l u s i o n c o m p l e x a t i o n w i t h m o d e l s u b s t r a t e s . 4 . t w o p o l y a d s u p r a m o l e c u l a r h o s t s , i . e . b e n z o - 1 5 - c r o w n - 5 t e t h e r e d (3 - c y c l o d e x t r in a n d p - t e r t - b u t y l - c a l i x 4 a r e n e b r i d g e d b i s ( (3 - c y c l o d e x t r in ) h a v e b e e n s y n t h e s i z e d a n d t h e i r i n c l u s i o n c o m p l e x a t i o n b e h a v i o r w i t h m o d e l s u b s t r a t e s ( c y c l o h e x a n e c a r b o x y l a t e s a n d d y e s ) h a s b e e n d i s c u s s e d f r o m t h e t h e v i e w p o i n t o f m u l t i p l e r e c o g n i t i o n m e c h a n i s m . 南开大学博士毕业论文 w - - ft r p 介侣 旨 7w. 月尸自口u pt 自从一 十世纪五十年代以来， 化学领域先后出现了生物有机化学、 生物无机化学、 仿 一 化学等边缘学科， 这些学科相互交叉、 相互渗透， 其宗旨都是从化学的角度在分 j 二 水平上研究生物化学， 理解生物过程以及模拟生命过程， 其主要内容包括模拟酶l id 究， : 命体中的化学反应，仿生物膜等。 在此基础上， 基于c . j . p e d e r s o n 对冠醚的 从 本性发 现i t 而分别由j . m . l e h n 和d . j . c r a m发展起来的主 一客体化学12 1 和超分厂 化学h l 经过近年来的迅猛发展，己日 益成为当 代化学家注目 的焦点。 对以非共价相反 作用结合起来的复杂有序且有特定功能的分子集合物， 即超分子化合物的研究， 可以 说是非共价键化学的一次飞跃，被称为 “ 超越分子概念的化学”。1 9 8 7年 n o b e l 化 学奖授予 了p e d e r s o n , l e h n和c r a m，以及 工 9 % 年十一卷本的鸿篇巨著 超分子 化 、广 ) 、 全 ( c o m p r e h e n s iv e s u p r a m o l e c u la r c h e m i s t r y ) 10 的 出 版 发 行 更 标 志 着 超 分 子 化 学的发展进入了全盛时期， 成为了一门超越了化学学科界限， 涵盖_ 业技术、 信p , * . 命、 l 命过程和材料科学的新兴边缘学科。 超分子是以非共价键弱相互作用结合起来的复杂有序且具有特定功能的分子集 合体。 超分子 体系类似于生物体系中的酶和底物的关系， 是山主体 ( 或称受体)与客 体 ( 或称底物) 所组成。 在超分子体系中，主体是人工合成或天然的大分子， 客体是 ij 与客体通过非共价键作用结合的较小组分，如分子、离子等。底物结合到受体土， 产生超分子物种， 其间包含了分子识别的过程。 以超分子体系为研究对象的超分子化 学是分子以上层次的化学， 是研究分子间以非共价键作用力相互作用的化学。 分子识 别、 转化和易位是超分子体系的基本功能， 更复杂的功能可由一 个多序共受休的几个 结构单元的相互作用所产生， 即将若干底物结合在同一受体内， 由它们之阳 ! 的多点识 别以及结合部位间的协同作用， 提供分子识别的更高形式。 分子识别是超分 ) 化学的 核心， 它不仅是分子器件信息处理的基础， 而且还是组装高级结构的必要途径。 所谓 分子 识别， 就是主体 ( 或称受体) 对客体 ( 或称底物) 选择性结合并产生某种特定功 能的过程， 是分子组装及研究组装体功能的基础， 分子识别主要可分为对分子客体和 离子客体的识别。 四面体( t e t r a h e d r o n ) 和 化学评论( c h e m i c a l r e v i e w ) 杂志分 南开大学博士毕业论文 别于1 9 9 5 年和1 9 9 7 年发表了“ 分子识别” 专辑， 在从天然主体到人工合成主体， 从 简单化学体系到复杂生物体系的非常广泛的范围内阐述了 分子识别的 研究和应用 1 分子识别过程的主要控制因素是分子间的弱相互作用力的协同作用， 受体通过预定位 ( 或诱导产生) 的作用点与底物充分接触以实现几何互补、 诱导契合从而达到分子识 别的日 的 6 j 。 超分子 化学的一条重要发展途径为大环配位化学， 近几十年来对几类大 环化合物如冠醚、环糊精、杯芳烃等的研究对超分子化学的发展作出了重要贡献。 设计 和合成人工受体可以 从以 下几个方面来考虑: ( 1 ) 受体在几何空间和能量上 与 特定的 底物相匹配或互补。 ( 2 ) 受体骨架的柔性和刚性要和谐。 大环化合物由于可 以提供一个受外界因素影响较小的结合部位， 并表现出对底物分子几何形状的特异要 求， 易于 满足设计原则， 因此大环化合物在分子识别研究中占有举足轻重的地位。 本 义着重阐述了桥联坏糊精作为人工受体在超分子化学中的研究进展。 1 . 1 桥联环糊精的分子设计与分子识别 环糊精是由淀粉通过酶促降解得到的一类环状低聚糖。 其中最常见和应用最广泛 的是 分别山6 , 7 和r 个d - 毗喃葡萄 糖单元通过a ( 1 - 4 ) 糖营键结合而 成的 a - , p 一 和 y 一 环糊精。由于环糊精具有疏水的空腔和亲水的表面，可以作为主体化合物与无机、 丫 j 机和生物分子结合形成主一 客体或超分子配合物，并可作为一种优良的酶底物相互 4 l 用模型卜 9 。 环糊精对客体分子的 包结作用主要是通过几种弱相互作用的协同 作用 来完成的，这些弱相互作用主要包括: ( 1 )疏水相互作用; ( 2 )范德华相互作用; ( 3 )氢键; ( 4 )偶极一偶极相互作用; ( 5 )静电相互作用; ( 6 )脱溶剂效应。环 糊精的孔洞为疏水空腔， 可以与底物分子中的憎水部分结合生成超分子配合物从而达 到对底物分子的包结和识别作用。 由于天然环糊精对客体分子的键合和识别能力往往 较低， 因此对天然坏糊精进行修饰以达到改变环糊精的溶解度、 稳定性等物理化学性 质和提高其对客体分子的键合能力和分子选择性就成为环糊精化学中的研究热点。 近 年来， 众多研究者从天然环糊精出发， 通过对天然环糊精骨架上不同轻基的修饰，开 发出许许多多具有优良it 能的环糊精衍生物。 其中， 七十年代后期出现的一类新型坏 糊精上 体化合物一桥联环糊精， 由于其能显著提高主体对客体的包结能力以及识别和 催化过程的特异性和高效性，已逐渐成为环糊精领域的研究重心。 南开大学博士毕业论文 桥联环糊精 ( 或称二聚环糊精) 是一类由一条或多条桥链将两个环糊精单兀“ 肉 对面” 连接而得到的环糊精衍生物。 与单修饰环糊精相比， 桥联环糊精的优势在于其 具有两个疏水的环糊精空腔， 可以共同包结一个客体分子实现 “ 双重识别”， 另外桥 链上的基团也可以参与协同键合， 实现 “ 多重识别”。 这两种识别机制的存在极大地 提高了主一客体间的结合强度， 并进一步增强了桥联环糊精对客体分子的识别能力和 分子 选择性。 早在 1 9 7 2 年， c h a o 等就报道了第二面连接的对苯三甲酸酷桥联环糊精 的 合成 l o ) 。 从此以 后，国际上关于桥联环糊精的 研究日 益活跃。1 9 7 6 年m a t s u i 等用 p 一 环糊精的c - 6 位乙二 胺衍生物同c u s o ; 溶液作用， 得到了以 配位形式连接的桥联环 糊精 -c 了 + 配合 物 1 1 1 . 1 9 7 9 年t a b u s h i 等利用主 面双苯磺酸醋化的 p 一 环 糊精与 乙 - 服反应，合成主面连接的双桥联环糊精，并研究了其与t n s 的包结行为 ( 图1 - 1 )， 由包结物的荧光蓝移现象得出了t n s的两个疏水基团被主体的两个环糊精空腔包结 的 结 论 12 ) 。 游效曾 等随 后研究了 该 双桥联主 体及其c u ( i i ) 配合 物对氯苯酚 和氯苯 酚 钠 的 识别行为， 发现双桥联主体及其c u ( i i ) 配合物键合氯苯酚的能力基本相同， 而c u ( i i ) 配合物对于氯苯酚钠的键合能力要高出 未络合c u ( i i ) 的主体 1 0 倍以上，说明 络合f 桥链上的c u ( i i ) 参与了 对底物的识别 1 3 ) 彝n_-一 j u 3 tns 图 1 一 1 1 9 8 0 年h a r a d a 等报道了以丁二酸和戊二酸在第二面以酷键连接的桥联坏糊精的 合 成 1a ) o 8 0 年 代中 期， f u ij i t a 等 利 用琉 基 氧 化 偶 联 成 二 硫 键的 反 应合 成具 有 不同 空 腔的桥联环糊精， 并研究了它们与甲基橙、乙基橙等底物的包结作用， 结果表明具有 p 一 环糊精单元的 桥联主体对甲 基橙、乙基橙的包结稳定常数远远大于含a 一 和y 一 环糊精 的 桥联 主体 1 5 - 1 6 ) 0 8 0 年代 末， b r e s l o w等合 成了 唆 吨酮二 梭 酸酷6 位桥联 双环糊 精 ! ” 。 k u r o d a 等 则 从6 气 6 0 一 二 碘一 p 一 环 糊 精出 发， 通 过 不同 途 径合 成了 夹 心 叶 琳 桥 联 环 糊 精 1 1 8 - 19 0 9 0 年代以 来， 关于桥联环糊精的 研究进入了 鼎盛时期。首先， l i n c o l n 等利用 南开大学博士毕业论文 6 - 氦基一 p 一 环糊精与碳酸二苯醋在毗咙中反应， 制得在主面以 脉基相连的桥联环糊精。 利用相同的方法， 他们又合成了以二酸胺链连接的具有不同连接长度和不同种类环糊 精单) c 的“ 首 对首” 和 “ 首对尾”的桥式环糊精12 0 -2 1 1随后， u e n o等又连续报适了 系列不对称桥联环糊精及杂二聚环糊精的合成12 2 -2 4 1 。同一时期， p e t t e r 等合成了- 系列结构相似、桥链依次增长的二硫杂桥联环糊精，并考察了它们对 b n s的包结作 用， 研究结果表明， 主一客体包结常数随着桥链的增长而呈现有规律的变化， 充分表 明了桥链的长度对协同识别的控制作用。 其中， 桥链中具有两个亚甲基单元的桥式主 体与b n s的尺寸最为匹配，显示了最高的包结稳定性。在此基础上桥链的增长或缩 短，都会导致包结常数的降低 ( 图2 - 2 ) 2 5 -2 6 1 0 s ( c h 2 ) s / a -, so , n = 0 , 2 - 6bns 图2 - 2 l a w r e n c e 等 从2 - o t s - p - c d出 发， 制得2 ,3 一 环氧 一 p - c d , 通过 它与 毗 咙 和苯二 琉 基 化合物的反应， 合成了第二面连接的桥联环糊精， 并通过核磁手段研究了其与甲基橙 的包结行为，发现对甲基橙质子进行双照射时，可以观察到坏糊精空腔内的3 位和5 位氢的明显的n o e 效应， 从而表明主一 客体间确实发生了协同 包结12 7 -2 8 1 ( 图2 - 3 ) .!产小、ri.嗯.，兮r咚1;rlkrr卜，.卜仑 h 3 c , / / - _ 尸仪 _rn -11 人_; h3 c :一一 决扩 s o 州a x= n, cme t h y i or a n g e 图 2 - 3 b r e s l o w等以6 - 碘一 p - c d为原料，和6 - 咪吟一 p - c d反应， 制得了具有带电 桥基的 南开大学博士毕业论文 桥 联 环 糊 精 12 9 1 ， 另 外 还 通 过6 - 碘 一 p - c d 与 联 毗 咤 、 联 苯 和 叶 琳 二 琉 基 化 合 物的 反 应合 成了 一 系 列 含 联 砒 咙、 联 苯 及 叶 琳 基 团 的 硫 杂 桥 式 环 糊 精 3 0 -3 3 1 。 他 们 还 利 用6 - 碘 一 p - c d 与硫化钠的缩合， 合成了主面含极短桥链的双环糊精， 并进一步在其第二面引入了异 丙 醇单元 13 4 1 。另 外， b r e s l o w等 还从6 气 6 b 一 二 碘一 p - c d出 发， 合成了 一系列空间 异构 的桥联环糊精3 5 -3 7 1 。 在此基础上， 他们研究了 部分桥联环糊精与客体分子包结的热力 学行为，结果表明， 在桥式环糊精与底物的包结过程中， 烩变提供了主要驱动力 13 x 1 j ic s i n z k y 等从6 - 叠氮基 一 r - c d出 发， 利用糖 a亚 胺反 应制备了 带菲咯 琳桥 链的 桥 式环 糊 精 3 9 -4 0 1 0 f u j it a 等 研 究了 以 硫 一 硫 键 连 接 的 第 一 面 桥 联 及 首 尾 相 连的 双 环 糊 精 对甲 基橙和乙基橙的包结作用， 发现它们对相同底物 ( 甲基橙或乙基橙) 的识别能力显示 了明显的差异。由 于p 一 环糊精的空腔大小与苯环匹配， 所以 桥联双p 一 环糊精对甲 基橙 和乙 基橙均表现出了 较好的识别选择性， 其包结常数远远大于桥联a 一 和 y - 环糊精，另 外，同为桥式双p 环糊精，第一面连接的主体比 首尾相连的主体的包结常数增大了 3 0 多 倍 1 5 - 1 6 ,4 1 a n o l t e 等在对联毗咙桥联的2 位桥联环糊精与四苯基叶琳的包结作用 时发现，在没有金属离子存在时，主体与客体形成 1 : 1 型包结物，但在z n ( i i ) 存在的 条件下，由 于两个桥联环糊精的 桥链与一个z n ( i i ) 形成四配位， 形成了一个具 有四个 环糊精空腔的新的 超分子主体， 这一主体可以与客体形成2 :2 型包结配合物 四 。 他们 还用核磁手段证实柔性的长链桥联环糊精确实可以发生链的自 包结， 从而不利于与客 体分 子配位， 而2 , 2 一 联毗陡 所形 成的 刚 性桥 链则不 会发生自 包结 14 3 -4 4 1 。 刘勇 等 在合成 一系列含环状多胺和链状多胺桥链的桥联环糊精的基础上， 利用紫外和荧光光谱研究 了 大环多胺桥联环糊精及其与n i ( i i ) 所形成的1 : 1 和2 : 1 络合物对t n s 的协同识别作 用 4 5 -4 9 1 0 1 9 9 8年， 沈家 媳等合 成了 二 硒桥联环糊精， 并 研究了其 对谷眺甘肤 酶的 模 拟 作 用 0 1 o b r a d y 等 在 研 究 二 硫 海 藻 糖 基 桥 联 环 糊 精 对 杂 环 客 体 的 识 别 时 发 现， 客 体 分子结构的微小变化能 够改 变主 一 客体间 形成包结配合物的 化学计量比 15 1 . h a s k a r d 等研究了以不同链长的脂肪二酞胺连接的桥联环糊精对 t n s的包结行为，发现短的 桥 链可以 与t n s 产生 最有效的 协同 配 位作用 5 2 1 。 刘育 等利用光 谱滴定 法研究了 有机 硒桥联环糊精和寡聚乙 烯二胺桥联环糊精及其 p t ( i v ) 或 c u ( i i ) 配合对染料分子的识 别， 通过研究发现桥联环糊精键合线型客体的能力明显高于键合弯曲客体的能力， 并 且金属离子的引入明显增强了桥式主体对客体的键合能力， 从而说明尺寸匹配关系和 _ _ 一 二4 j 3 f k t f t g 主 一 一 一 一 一 一 一 一 多重识别机制在分子识别中的重要作用5 3 -5 5 ( 图2 - 4 ) jn nnc 图2 - 4 1 .2 桥联环糊精的 催化作用及模拟酶研究 桥联环糊精的分子识别作用的一个主要应用是其可以模拟酶一底物的作用模型 if1i 对许多反应具有明显的催化能力。 由于桥联环糊精中两个环糊精单元及桥基 i 几 的功 能团构成了具有协同包结和多重识别功能的活性中心， 因此桥联坏糊精能够更好地模 拟酶对底物的识别和催化功能。u e n 。等通过含咪哇基的桥联环糊精催化对梭酸硝基 苯fi b 的反应发现， 桥联环糊精可以通过两个环糊精空腔协同包结底物而使得咪畔基能 够直接作用于 底物的酷键， 从而显示了 对反应的明显的加速作用和高 催化选择性2 2 m a t s u i 等在催化糠醛为联糖酞的反应中使用c u ( i i ) 配位连接的乙 二胺环糊精作为催化 剂得到了明显的催化效果， 他因此提出的催化机制认为， 作为氧化中间体的烯醇负离 子通过与桥链上的 c u ( i i ) 配位或静电 相互作用而使中间体得以稳定从而提高了 催化 效果 ! 1 1 o b r e s l o w 等在研究络合金属离子的联毗咙桥联环糊精催化酷水解反应中发现， lu 环糊精的c u ( i l ) 配合物对客体g 1 , g 2 的 催化水解速率常数分别是没有催化剂时的 1 .8 万 倍 和2 2 .5 万 倍3 1 -3 2 1 。 而 其l a ( i i i ) 配 合 物在h 2 0 2 存 在下 对 磷酸 a ei g 3 的 水 解 速率 较之分别只有l a ( i i i ) 和h 2 0 2 存在时 快了 数十倍。 对于水溶性很差的g 4 ,主 体本身、 l a ( i l l ) 和h 2 o : 几乎都不能催化其水解， 但主体的l a ( i i i ) - h 2 0 2 体系却能使其水解速率 提高3 8 4 倍5 6 ( 图2 - 5 ) 含叶琳的桥联环糊精则是另外一个典型的酶模型。 b r e s l o w等报道了叶琳桥联6 - 南开大学博士毕业论文 琉 基 环 糊 精的m n ( i i ) 配 合 物 可以 选 择 性地 催 化 氧 化 长 链 烯 烃 3 3 1 . k u r o d a 等 报道了 火 心叶 琳桥 联环糊精在络合f e ( i i ) 后， 对环己 烯的 氧化5 7 1醒的电 子转移反应 15 8 1 、 选择 性地定向 氧化亚油酸 5 9 1 均具有明显的催化效果。 最近， 沈家驰等用二硒桥联环糊精模 拟谷肤甘肤过氧化物酶，发现硒桥联环糊精显示了 很高的酶活力 5 0 1 se - se = se - se -, hooc hooc h t . .h z_ h zk . ， h n - g h c - s e -s e - g - u m n 近年来，桥联环糊精用于模拟酶研究取得了极大的发展。16 0 除水解酶、谷肮日 肤过氧化物酶外， 桥联环糊精还可用于构筑各种模拟酶， 如氧化还原酶、 16 1 -6 8 1 碳酸 配 酶、 x6 9 - 7 0 1 硫胺素酶、 17 1 1 轻醛 缩合酶、 7 2 1 生 物素 ! 7 3 1 等， 均取得了良 好的 效果。 s -n 夕 、n d o11 c-o n 02 。“卜1朗 - -g- n 0 2 0 2n - 一 .。 - 0 - 广 一 n 0 2 g 3 6 4 r 二 r 二理 。 ， 图2 - 5 南开大学博士毕业论文 公，1.护卜套要4毋哈妥气暇. 少了吸、，矛笼1 1 .3 桥联环糊精的分子组装 通过分子组装形成超分子功能体系，是超分子化学的主要目 标之一。分子识别是 分i - 组装的基础。 近年来超分子领域的研究重点主要是对低分子量分子的识别， 随着 生物化学的进展，化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 引力体系等生物体系中， 越来越需要一种可以灵敏地识别大型复杂化合物， 甚至聚合 物的主体分子。由此， 组装过程以及组装体的研究就成为超分子化学的核心问题。 生 物体系的奥妙和神奇不在于特殊的结合力和特殊的分子体系， 而是存在于特殊的组装 体之中， 通过组装所形成的稳定结构往往具有一些根据其个别组件的特征无法预测的 新特征， 天然体系所具有的自 组装性、 应答性、 协同性与再生性，也正是人工体系所 追求的i i 标。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。 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。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 一 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，因此环糊精分子和各种修饰环糊精分子被广泛 用作超分子建筑块 7 4 1 。 带有葱端基的 修饰环糊精与d n a混合在光谱上没有变化， 这 足由于 葱基自 包结或自 组装到环糊精的疏水空腔中而不能与d n a发生作用。但加入 佘 刚 烷醇后， 由 于 金刚 烷醇与 p 一 环糊精尺寸 特别匹 配， 进入到 环糊精的空 腔中lfu 将葱 基逐出，葱基则可以与 d n a发生作用，启动 d n a 。这是 i k e d a等的化学变构启动 d n a的基本原理模型7 5 1 。脂肪长链修饰环糊精作为双亲分子可以 形成l b膜， 环糊 精的空腔呈现规则状态，这对膜萃取、 选择性传感器等方面具有广阔的应用前景四。 价 环糊精和 y 一 环糊精与全反式一 1 , 6 一 二苯基一 1 , 3 , 5 一 己 三烯自 组装成二三十环糊精单元的 纳米管道， 己三烯的结构与环糊精的空腔大小对纳米管道的形成起着关键作用。 该管 道可望在超分子水平展示分子导线或光开关的 潜在功能 1 7 7 1 。 四 苯基硼作为端基可以 锁 住 环 糊精与 联苯或叶 琳等 衍生 物形成索 烃7 8 1 。 在6 位连 有一 s h或 一 r s h基的 修饰环 糊 精可以 通过硫与金、 银表面的特殊吸附能力吸附在金属表面上， 形成环糊精空腔固定 取向的单分子膜， 使金属电极的电化学行为发生变化， 该膜可以定向包结一些化合物 南开大学博士毕业论文 而 在 色 谱、 分 离 等 领 域 表 现 出 应 用 前 景 7 9 1 。 多 蔡 衍 生 物 ( 多 生 色 基 ) 修 饰 环 糊 精 包 结 部 花青 后可以发生天线效应，多个蔡环组成的大n 体系吸收能量可以高效率地转移到环 糊精包结的部花青分子上 8 0 1 o h a r a d a等发现坏糊精与高分子 链可形成配合物，即 环 糊精象念珠一样穿在高分子链上。 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8 1 1 。 刘育等以 苯胺修饰环糊精为单元， 得到了 不含金 属离子 的高 级有序的环糊精组装体螺旋结构 8 2 1 ，以p p g线性高分子为模板合成了含 有有机硒p 一 环糊精衍生 物和铂的双分子管道。 由 于顺铂是成功的抗癌剂， 有机硒化合 物可以作为 h i v转录的抑制剂，因此这种组装体在生命科学领域具有重要的潜在应 h i 价值8 2 1 ( 图2 - 6 ) 1 .4结束语 由以上所述可见， 桥联环糊精是一类很具价值的超分子化合物。对它的研究方兴 未艾， 发展前景令人鼓舞。 桥联环糊精的分子识别和分子组装是一个富于挑战性的领 域。 利用桥联环糊精广泛开发各种特异的超分子体系， 深入研究和理解多重识别行为， 无论是在理论上还是在实际应用方面， 都具有重大意义。 超分子化学是一个日在迅速 发展、并充满活力的新型交叉学科。“ 超分子化学的诞生与发展必将极大地激发化学 家的想象力与创造力， 。我们相信，超分子化学的深入研究必将对我国的科学和技术 起到重大的推动作用。 一旦突破， 必将带动我国的生命、 信息和材料等方面的产业技 术革命。 基于以上所述，本论文设计并合成了一系列具有含氮生色基 ( 如芳香二胺、 联毗 u; 二酸及其多胺衍生物) 的桥联环糊精， 并利用圆二色谱、 紫外光谱、 荧光光谱及荧 光寿命等手段研究了其与有机客体分子的包结作用。 在此基础上， 本文尝试性地将冠 醚、 杯芳烃引入环糊精单元， 合成了兼具分子受体和离子受体功能的新型修饰环糊精 主体 并对其分子识别作用进行了初步研究，以期通过以上研究能够深入了解桥联环 糊精分子识别中的多重识别机制。 南开大学博士毕业论文 1 刊 1 劝 n -r a, !川洲; 河 画 艺 汹 介 莎 一洒 巨 莎协、 二 0i。川 创份丫k、份 川、 喇 吼卜 : r 4 ; 翻， 勿0 伪】 丁 f 一 勺昆: r 石 川， 女0v: 图 6 参考文献 p e r d s e n , c . j . 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 0 2 1 . ( a ) l e h n , j . m. 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 9 . ( b ) l e h n , j . m. a n g e w c h e m . i n t . e d . e n g l . 1 9 9 0 , 2 9 , 1 3 0 4 . c r a m , d . j . 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 0 0 9 . l2131 一一一一一一一一一一一 f - k * 4 f_ _一二 “_ 一 c o m p r e h e n s i v e s u p r a m o l e c u l a r c h e m i s t r y , v o l . 1 一 1 1 . p e r g a m o n , 1 9 9 6 . ( a ) h a m i l t o n , a . d . t e t r a h e d r o n 1 9 9 5 , 5 1 , 3 4 3 . ( b ) g e l l m a n , s . h . c h e m . r e v 1 9 9 7 , 9 7 , 1 2 3 1 . s c h n e i d e r , h . j . a n g e w . c h e m . i n t . e d . e n g l . 1 9 9 1 , 3 0 , 1 4 1 7 . ( a ) s z e j t l i , j . c y c l o d e x t r i n t e c h n o l o g y . d o r d r e c h i : k l u w e r - a c a d e m i c , 1 9 8 8 . ( b ) s a e n g e r , w. a n g e w . c h e m . i n t . e d . e n g l . 1 9 8 0 , 1 9 , 3 4 4 . ( a ) b r e s l o w , r . s c i e n c e 1 9 8 2 , 2 1 8 , 5 3 2 . ( b ) b r e s l o w , r . p u r e a p p l . c h e m . 1 9 9 0 , 6 2 , 1 8 5 9 . ( c ) b r e s l o w , r . p u r e . ,勺p 1 . c h e m . 1 9 9 4 , 6 6 , 1 5 7 3 . ( d ) b r e s l o w , r . a c c c h e m . r e s . 1 9 5 5 , 2 8 , 1 4 6 . l4j56178 9 c r o ft , a . p . ; b a r t s c h , r . a . t e t r a h e d r o n 1 9 8 3 , 3 9 , 1 4 1 7 . 1 0 1 c h a o , y . p h . d . t h e s i s , c o l u m b i a u n i v e r s i t y , 1 9 7 2 . i 1 ma t s u i , y . ; y o k o i , t . ; mo c h i d a , k . c h e m . l e t t . 1 9 7 6 , 1 0 3 7 . 1 2 t a b u s h i , i . ; k u u d a , y . ; s h i m o k a w a , k . j a m . c h e m . s o c . 1 9 7 9 , 1 0 1 , 1 6 1 4 . 1 3 宋乐新，孟庆金，游效曾，念学笋朔，1 9 9 6 , 5 4 , 7 7 7 . 1 4 1 h a r a d a , a . ; f u r u e , m. ; n o z a k u r a , s . p o ly m . j 1 9 8 0 , 1 2 , 2 9 . 1 5 f u j i t a , k . ; e j i m a , s . ; i m o t o , t . j c h e m . s o c ， c h e m . c o m m u n . 1 9 8 4 , 1 2 7 7 . 1 6 f u j i t a , k .; e j i m a , s . ; i m o t o , t . c h e m . l e t t. 1 9 8 5 , 1 1 . 1 1 7 b r e s l o w , r . ; g r e e n s p o o n , n . ; g u o , t .; z a r z y c k i , r . j a m . c h e m . s o c . 1 9 8 9 , 1 1 1 . 8 2 9 6 . f 1 8 k u r o d a , y . ; h i r o s h i g e , t . ; s e r a , t . ; s h i r o i w a , y . ; t a n a k a , h . ; o g o s h i , h . j a m . c h e m . s o c . 1 9 8 9 , 1 1 1 , 1 9 1 2 . f 1 9 k u r o d a , y . ; h i r o s h i g e , t . ; s e r a , t . ; o g o s h