（材料学专业论文）纤维素纤维接枝β环糊精预聚体的制备及性能研究.pdf

浙江理工大学硕士学位论文 摘要 环糊精的结构是一个环外亲水，环内疏水且有一定尺寸的立体手性空腔，它们的分子 上下表面分布着众多化学反应性相同的伯羟基和仲羟基，这些可修饰也可生成氢键的基团 与临近的疏水空腔共存，该疏水性空腔可作为分子主体识别各种有机、无机和生物分子形 成主一客体包合物，因而具重要的研究价值。 通过交联剂可将环糊精单体合成交联聚合物，这种交联聚合物保留环糊精原有的空腔 结构，可以继续与客体分子发生包结反应。同时聚合物中多个环糊精单元包结客体的过程 表现出了协同效应和临基效应等高分子效应，使聚合物包结作用强于环糊精单体。另外， 交联度低的交联产物具有比单体大得多的水溶性。这为环糊精的单体识别开拓了新领域， 目前这方面工作仍然处在在发展中，且其具有广阔的应用前景。本文首先合成了环糊精交 联预聚体，然后将其接枝到纤维素纤维上，通过包结苯甲酸药物，研究了该功能纤维在医 疗保健方面的应用。本论文的主要研究内容如下： 1 以环氧氯丙烷为交联剂，合成了三种水溶性1 3 一环糊精预聚体。通过红外测试可知， b 一环糊精预聚体保留了环糊精原有的空腔结构，可以继续与客体分子发生包结反应。由 苯酚一硫酸法测定了1 3 一环糊精预聚体的平均交联度。 2 在碱性介质中合成了环氧化纤维素纤维，进一步合成了接枝p 一环糊精预聚体纤维 素纤维。通过红外表征了1 3 一环糊精预聚体已经接枝到纤维素纤维上。通过包结酚酞溶液， 考察了该功能纤维上b 一环糊精预聚体的包络性能。结果表明，该功能纤维仍然具有1 3 一环 糊精原有的包络性能，该疏水性空腔可以包结尺寸大小适宜的有机物分子，而且投料比为 1 ：2 的1 3 一环糊精预聚体的接枝率较高。故试验中我们采用i ：2 的b 一环糊精预聚体。并探 讨了纤维素纤维接枝l ：2 的1 3 一c d 预聚体的最佳工艺条件。 3 利用纤维素纤维上d - c d 预聚体的包合性能，制备了包合苯甲酸药物的功能性纤维 素纤维，并测定了接枝b - c d 预聚体纤维素纤维上药物的含量。测定了不同温度下包合药 物的稳定常数和表观热力学参数，表明包合反应为放热反应。由h 和s 也可以表明， 苯甲酸与d c d 包合体系中，疏水作用力对包合反应几乎不起作用，而是分子问的范德华 力在起作用。考察了包合药物在水溶液中的稳定性和释放性能，结果表明，温度低于2 0 时包合药物较稳定，在3 5 。c 左右开始大量释放，3 6 5 c 左右释放度达到9 1 以上；在3 0 时8 0 m i n 内包合苯甲酸的接枝b - c d 纤维素纤维逐渐释放出苯甲酸，经过8 0 m i n 后基本 达到平衡。由此可知，该纤维在人体温度3 7 左右释放几乎达到了最佳状态，这正适合用 于开发医疗保健用服装。 t 浙江理工大学硕士学位论文 本研究首次制备了含环糊精预聚体的功能性纤维素纤维，并对功能纤维的合成工艺进 行了探讨，利用该功能纤维中环糊精预聚体的包络识别作用，进行包合苯甲酸的研究，为 该纤维在医疗保健用功能服装方面的应用进行了有意义的探索。 另一方面，本研究把环糊精从粉体材料制备成纤维状材料，纤维材料可以加工成各种 形态的材料，这对环糊精在功能材料、分离分析技术、生物医学工程、环保、医疗保健和 其他高新技术领域的应用，具有积极的意义。 关键词：1 3 一c d 预聚体；包合反应；药物；动力学；热力学；功能性纤维 浙江理工大学硕士学位论文 c e l l u l o s ef i b e rg r a f t i n gw i t hd - c y c l o d e x t r i np r e p o l y m e r ：s y n t h e s i sa n d p e r f o r m a n c es t u d y a b s t r a c t c y c l o d e x t r i n sw h i c hp o s s e s sac a g e l i k es u p r a m o l e c u l a rc h i r a ls t r u c t u r e a r eaf a m i l yo f c y c l i c0 1 i g o s a c c h a r i d e sc o m p o s e do fq 一( 1 ，4 ) l i n k e dg l u c o p y r a n o s es u b u n i t s t h e yh a v et w or i m s o fh y d r o x y lg r o u p sl o c a t e do nt h ee d g e so ft h er i n gt h a tc a ne i t h e rb em o d i f i e do rb eu s e dt o a t t a c ho t h e rc a t a l y t i ca n df u n c t i o n a lg r o u p s ，a n dt h ea p o l a rh y d r o g e n sa n de t h e m i k eo x y g e n sa r e a tt h ei n s i d eo ft h et o r u s l i k em o l e c u l e s t h i sr e s u l ti nam o l e c u l ew i t hah y d r o p h i l i co u t s i d ea n d a na p o l a r c a v i t yd e s c r i b e da sa “m i c r oh e t e r o g e n e o u se n v i r o n m e n t a sar e s u l to ft h i s c a v i t y ，c y c l o d e x t r i n s a r ea b l et of o r mh o s t g u e s tc o m p l e x e sw i t haw i d ev a r i e t yo fo r g a n i c ， i n o r g a n i c ，b i o l o g i c a lh y d r o p h o b i cg u e s tm o l e c u l e s a n do fg r e a ts i g n i f i c a n c e c y c l o d e x t r i n sp o l y m e r sa r ec o n s t r u c t e db yc r o s s l i n k i n ga g e n ma n d s t i l l p o s s e s s t h e c a g e - l i k e s t r u c t u r e ，s ot h e ya l s oh a v et h ea b i l i t yt of o r mi n c l u s i o nc o m p l e x e sw i t hg u e s tm o l e c u l e s t h e i n t e r e s tl i e si nt h ec o o p e r a t i v ea n dn e i g h b o r i n ge f f e c t ss h o w e di nt h ei n c l u s i o nr e a c t i o n ，b o t ho f w i c hm a k et h ep o l y m e r sh a v eh i g h e ri n c l u s i o nc a p a b i l i t yt h a ns i m p l ec y c l o d e x t r i n m e a n w h i l e ， t h ep o l y m e r sh a v eh i g h e rs o l u b i l i t y i nt h isp a p e r , s e v e r a l1 3 - c y c l o d e x t r i np r e p o l y m e r sw e r e s y n t h e s i z e da n dg r a f t e do n t oan e wf u n c t i o n a lf i b e rp r e p a r e db e f o r e t h e nw es t u d yt h en e w c o m p l e x e s a p p l i a n c e si np h a r m a c e u t i c a lc a t e g o r yt h r o u g ht h e i ri n c l u s i o no f b e n z o i ca c i d m a i n p o i n t so ft h i st h e s i sa r el i s t e da sf o l l o w 1 t h r e ew a t e rs o l u b l e1 3 - c y c l o d e x t r i np r e p o l y m e r sl i n k e db y e p o x yc h l o r o p r o p a n ew e r e s y n t h e s i z e da n dt h es t r u c t u r e so ft h ep r e p o l y m e r sa r ec h a r a c t e r i z e db yi rs p e c t r o m e t r y i t a p p e a r st h a tt h e1 3 - c y c l o d e x t r i np r e p o l y m e r sp o s s e s st h ec a g e l i k es t r u c t u r e sa n dc a ni n c l u d et h e g u e s tm o l e c u l a r s ，t o o t h ea v e r a g ed e g r e eo fc r o s s l i n k i n gw a sa l s om e n s t r u a t e db yt h em o d i f i e d p h e n o l s u l f u r i ca c i dm e t h o d 2 an e wk i n do ff u n c t i o n a lc e l l u l o s ef i b e rg r a f t i n gw i t h1 3 - c y c l o d e x t r i np r e p o l y m e rt h o u g h e p o x yc h l o r o p r o p a n eh a s b e e ns y n t h e s i z e di na l k a l i n es o l u t i o n ，w h i c hi st e s t i f i e db yi r t h e nw e s t u d yt h ei n c l u s i o nc a p a b i l i t yo ft h en e wf i b e r ，a n d f i n dt h a ti tc a ni n c l u d eg u e s to r g a n i c m o l e c u l e so fa p p r o p r i a t es i z e s ( e g p h e n o l p h t h a l e i n ) a s s i m p l ec y c l o d e x t r i n d ot h r o u g h 1 1 1 浙江理工大学硕士学位论文 a p o l a r - a p o l a ri n t e r a c t i o n s t h eh i g h e s tp e r c e n tg r a f t i n gi so b t a i n e db yr e a c t i n g 1 e q u i vo f c e l l u l o s ef i b e rw i t h2e q u i vo f1 3 - c y c l o d e x t r i np r e p o l y m e r a n dt h eo p t i m u mc o n d i t i o nw a sa l s o d is c u s s e d 3 a n o t h e rn e wf u n c t i o n a lf i b e rw h i c hi n c l u d e sb e n z o i ca c i di ss y n t h e s i z e d ，a n dt h ea m o u n t o ft h em e d i c i n ei n c l u d e d ，t h es t a b i l i t yc o n s t a n ta n da p p a r e n tt h e r m o d y n a m i cp a r a m e t e ra t d i f f e r e n tt e m p e r a t u r e sa r em e a s u r e d t h er e s u l t ss h o wt h a ti n c l u s i o nr e a c t i o ni so fe x o t h e r m i c t y p e f r o mt h ea l la n da s ，w e c a nd e d u c et h a ti t sv a nd e rw a a l sf o r c eo t h e rt h a nh y d r o g e nb o n d w o r km a i n l yi nt h ei n c l u s i o nr e a c t i o n i t ss t a b i l i t ya n dr e l e a s i n gb e h a v i o ri na q u e o u ss o l u t i o n b e i n ge x a m i n e d ，w h i c hs h o w st h a tt h em e d i c i n ei n c l u d e di sr a t h e rs t a b l eb e l o w2 0 。ca n dt h e r e l e a s i n go fb e n z o i ca c i dr e a c h e sm a x i m u ma ta r o u n d3 7 。c ( b o d yt e m p e r a t u r e ) ，s oi th a sag r e a t a d v a n t a g ei nd e s i g n i n gm e d i c a lc a r ec l o t h e s a sm e n t i o n e d a b o v e ，an e wf u n c t i o n a l c e l l u l o s ef i b e rg r a f t e dw i t h 1 3 - c y c l o d e x t r i n p r e p o l y m e ri ss y n t h e s i z e d ，u t i l i z i n gt h er e c o g n i t i o na n di n c l u s i o nc a p a b i l i t yo f t h ep r e p o l y m e r ， t h eb e n z o i ca c i di n c l u s i o np r o c e s sb e i n gr e s e a r c h e d ，w h i c hh a sa g r e a ts i g n i f i c a n c ei ne x p l o r i n g t h eu t i l i z a t i o no fc e l l u l o s ef i b r e o nt h eo t h e rh a n d ， c y c l o d e x t r i nw a sc h a n g e df r o mp o w d e rt of i b r o u sm a t e r i a li nt h i s r e s e a r c h ，w h i c hc a nb ep r o c e s s e di n t om a t e r i a l so fd i f f e r e n tc o n f i g u r a t i o nl a t e r i ti so fp r o f o u n d s i g n i f i c a n c ei nf u n c t i o n a lm a t e r i a l s ，i s o l a t i o na n a l y s i st e c h n o l o g y ，e n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o n ， b i o m e d i c a lt e c h n o l o g y ，h e a l t hc a r ea n do t h e rf i e l d s k e yw o r d s ：1 3 - c y c l o d e x t r i np r e p o l y m e r ；i n c l u s i o nr e a c t i o n ；m e d i c i n e ；k i n e t i c s ；t h e r m o d y n a m i c s ； f u n c t i o n a lf i b e r 浙江理工大学学位论文版权使用授权书 学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家 有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅或借阅。本人授权浙江理工 大学可以将本学位论文的全部和部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印 或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在年解密后适用本版权书。 本学位论文属于 不保密口 。 学位论文作者签名： 日期：年月 日 燃轹1 日期：渺口7 年月妒 浙江理工大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 环糊精、环糊精聚合物的结构、性质及应用 1 1 1 环糊精的结构和性质 自1 8 9 1 年v i l l e r s 发现环糊精( c y c l o d e x t r i n ，简称c d ) 至今已逾百年，目前它已经 发展成为超分子化学最重要的主体。1 9 0 4 年，s c h a r d i n g e r 首次对环糊精的制备作了较详 尽的描述，对今后环糊精化学的发展起来很大的推动作用。环糊精是由淀粉在葡萄糖基转 移酶( c g t a s e ) 的作用下水解生成的环状低聚糖，一般由6 ，7 、8 等数量的d 一葡萄糖单元通 过a 一1 ，4 糖苷键键首尾连接而成，分别称为a 一、p 一、y 一环糊精m 。环糊精分子呈中空 圆台形，空腔内部排列着配糖氧桥原子。由于氧原子的非键合电子指向中心，使空腔内具 有很高的电子密度，因而表现出某些路易斯碱的性质。吡喃葡萄糖环c 3 、c - 5 上的氢原子， 位于空腔内并覆盖了配糖氧原子，使空腔内部成为疏水性空间；环糊精分子空腔边缘分布 着众多羟基，使空腔外部表现为亲水性。其最显著的特征是具有一个环外亲水，环内疏水 且有一定尺寸的立体手性空腔，可以和许多底物( 或称为客体、被包结物) 分子包络形成 包合物( i n c l u s i o n c o m p l e x ) ，因而是一类研究最广泛的类酶天然生物大分子。3 种c d 的 空间内径及物理性质有很大差别，其空腔直径依次逐渐增大，b _ c d 由于空腔大小适中， 比较易得等一些优良的性能而被广泛研究与应用，在水中溶解度为1 8 8 9 l ( 2 5 。c ) ，是3 种 c d 中最小的，且随着水温升高，溶解度增大，易从水中析出结晶，这些性质为b c d 包合 物的制备提供了有利条件。1 。文献表明，b _ c d 与客体易形成1 ：2 、1 ：1 、2 ：1 或3 ：1 的包合 物啪。其中b _ c d 的结构式和孔洞大小如图1 - 1 所示： 图卜1b 一环糊精的结构与孔洞尺寸 环糊精具有一个疏水性空腔和表面分布着众多反应活性相同的羟基，使它具有很多特 浙江理工大学硕士学位论文 别的性能，比如能与相匹配的底物( 非极性物) 形成包结物，对底物有屏蔽、控制释放、 活性保护等功能，即“分子胶囊”，而广泛应用到医药和食品领域；其疏水性的空腔可以 包络尺寸大小适宜的有机物分子，外侧亲水性的羟基对高价金属离子具有螯合作用“。1 ， 可作为污水处理剂用于环保领域；同时由于空腔的大小不同所包结客体也不同，适合于各 种异构体的分离，即分子识别应用到分离材料等领域。随着对环糊精的深入研究，它的应 用将越来越广泛，比如化学分离、医药、食品、化妆品、卫生用品、包装材料和分离材料 等方面都有环糊精的应用。 1 1 2 环糊精聚合物的结构和性质 环糊精聚合物( c y c l o d e x t r i np o l y m e r ，简称c d p ) 是指将环糊精分子以化学键合或物 理混配方法组入高分子链结构而形成的含有多个环糊精单元的高分子衍生物。这种聚合物 既较好地保持了环糊精的包络、缓释、催化和识别的能力，又兼具高聚物良好的机械强度、 较好的稳定性和化学可调性等。另外在溶解度等方面有所改善，而且环糊精空腔与聚合 物网络的综合作用提高了材料的性能，因此引起了越来越多的关注。通过各种技术路线将 环糊精分予组成聚合物，可望推出系列功能材料，在分离分析技术、生物医学工程、环保 和其他高新技术领域有广阔的应用前景。 s o l m s 等”1 于1 9 6 5 年首次报道了环糊精聚合物的合成。在随后的十几年，有关环糊精 聚合物的研究大量开展，发展了一些新的合成方法。到上世纪8 0 年代以来，随着对环糊 精聚合物的广泛研究，c d 聚合物的种类不断增加，应用范围越来越广泛。 常见的环糊精聚合物从结构上可划分为如下几种。 吊灯式结构：环糊精聚合物的吊灯式结构，是指聚合物分子的侧链含有环糊精分 子的结构。 项链式结构：环糊精聚合物的项链式结构，是指借助分子间的作用力，在环糊精 分子空腔内穿入一条线形高分子链而形成的新聚合物体系。 交联结构：这是指将环糊精分子以化学键固定到高分子网络中间，或以分子间作 用力嵌入高分子网络中。在这类聚合物的结构中，既含有刚性环糊精分子，又含有由高分 子链和交联剂构成的网状结构；这种网状结构的空隙空间结合客体分子的能力通常与环糊 精分子的相当，在结合客体时出现很好的客体一主体摩尔比蛳 环糊精聚合物的制备方法很多，可大致归纳为以下几种： 交联 通过交联剂可将环糊精单体合成交联聚合物，交联剂是带有双官能团或多官能团的化 2 浙江理工大学硕士学位论文 合物，常用的多是小分子化合物，如酸酐、醛、酮、烯丙基化合物、氯化物、异氰酸酯、 环氧化物等，也可以是环氧树脂、聚异氰酸酯等聚合物。目前，对以环氧氯丙烷 ( e p i c h l o r o h y d r i n ) 交联的c d 交联聚合物研究最广泛和深入m 。 线形均聚或共聚 c d 经化学改性制成具有两个官能度的衍生物后，在适当的条件下，发生单体均聚或与 其它具有两个官能度的单体( 如丙烯酰胺，丙烯酸，乙烯基吡啶) 共聚制得线形c d p ( 如图 卜2 中a 、b ) 。这种c d p 对c d 环的结构与功能的影响很小，故c d 环的包结能力没有大的 改变，c d p 多为水溶性的。 “瓣自宫宫 d b 藿r 1 耋t i 套广 e c 毋o 羽羽一 f 图1 - 2 环糊精聚合物的结构示意图 a ：。悬挂”型线形聚合物；b ：“主链”型线形聚合物； c ：“珍珠项链状”聚合物( 多聚转烷) ；d ：“主链”型网状聚合物 e ：“固载化”网状聚合物；f ：含环糊精的聚合产物 化学接枝 化学接枝是制备环糊精高聚物的最常用方法之一。通常的方法是先在高分子载体上接 一些可以与c d 进行反应的基团，再将c d 键联到高分子链上。也可以先将c d 化学修饰后， 制成具有反应活性的衍生物，再接枝到高分子载体上。在某些情况下，需要将载体和c d 分别进行衍生化后，再进行接枝反应n 2 1 。通过上述方法既可制备线形的c d 聚合物( 如图1 - 2 中a ) ，也可制备网状的c d 聚合物( 如图1 - 2 中e ) 。 瓤蓊孵瓤酾孵 浙江理工大学硕士学位论文 常用的高分子载体有无机高分子、天然高分子和合成高分子。无机高分子载体的环糊 精接枝反应的研究方面，对硅胶研究得最活跃，在分离化学中具有很高的应用价值3 “。 天然高分子如壳聚糖，是c d 的理想载体n 5 “”。在纤维素、淀粉等天然高分子上固载c d ， 也有文献报道。利用合成高分子进行环糊精的接枝反应发展历史相对较短，直到上世纪 7 0 年代末才有专刊文献报道，但由于合成高分子载体结构可调性大、机械性能好、种类多， 因而更具有实用性，近年发展迅速。对聚苯乙烯、聚丙烯腈、聚氨基乙烯等的c d 接枝反 应，已有大量文献报道“2 ”。 共混 通过共溶剂将环糊精和高聚物溶解均匀后，蒸去溶剂，或通过将c d 分子和其它高分 子机械共混后，即可得到含环糊精的高聚物( 其结构如1 - 2 中c 、f 所示) 。制备过程不包 含化学反应，是固载环糊精的一种最温和的方法。严格地说，这种方法制得的并不是真正 意义上的c d 聚合物，但由于操作简便，应用较广，所以还是受到了重视。对于“珍珠项 链状”环糊精聚合物，它表现出对不同高分子的选择性识别，以及其包合性能优于c d 主 体和客体高分子，它的这种特殊结构和特殊性能，已经引起研究人员的极大兴趣。 1 1 3 环糊精聚合物的高分子效应 随着对c d p 研究的深入，人们发现c d 聚合物在性能和应用上并不完全等同于相应的 小分子环糊精，如环糊精高分子化后，在水中的溶解度得到极大改善。并且这种差别有时 表现得很突出。造成这些差别的原因可以概括为高分子效应。环糊精聚合物的高分子效应 表现在协同效应、邻基效应及高分子骨架的影响等方面。依次叙述如下： 协同效应 在环糊精聚合物中，同一高分子链上的相邻环糊精基团能够相互共同作用，从而改变 环糊精的包络能力，这种影响称之为协同效应。c d 聚合物的这种协同效应实际上在环糊精 二聚体中就己经显现出来了。已知对环糊精分子来说，它对最适宜的客体分子的结合常数 也只有1 0 4 m 3 m o l 一；而以c 地s h s h c h 2 一连接的环糊精二聚体对乙基橙的结合常数 可达2x1 0 3 m3 m o l 一。有些二聚体对客体分子的结合常数甚至可达7 o m 3 m o “，大大超 过单个环糊精分子的包络能力啪1 。 总的来说，c o p 对客体有较大的包络配位比，较高的配位稳定常数。这一结果常被认 为是同一高分子链上的相邻环糊精单元间有强的协同作用，对单个底物有多级键合作用可 以增强对大的疏水客体的键合。 7 0 年代中期，日本学者l h r a d a 等恤“1 对c d p 的协同效应进行了详细研究。他们合成 4 浙江理工大学硕士学位论文 了3 种类型的水溶性印聚合物：线性环糊精聚合物 p o l y - c d 、环糊精二聚物 ( c d ) 2 s 及 环糊精缩聚物 c d - s 。研究它们与一些水溶性荧光化合物，如2 一对一甲苯胺基萘- 6 一磺酸钾 t n s 的包络作用实验结果显示环糊精单体及其衍生物对t n s 荧光光谱的影响相似，而 所合成的各类c d p 却能使t n s 的荧光强度比环糊精单体存在时增加几百倍。这一结果说明 聚合物与单体具有不同的包络行为。通过对包络物的研究表明，环糊精分子在稀溶液中与 t n s 形成1 ：1 配合物，在浓溶液中与t n s 形成2 ：1 配合物；而各类c d p 仅与t n s 形成2 ： 1 的配合物，并且各类c d p 与t n s 形成的包络物的稳定性均大于单体的包络物。从图卜3 可以看到t n s 分子较大，不能完全进入到一个环糊精空腔。而对甲苯胺基与磺酸萘基可以 同时分别被聚合物上两个相邻的环糊精空腔包络。这两个环糊精单元被高分子主链连在一 起，因而这种协同效应使得聚合物的2 ：1 配合物很难解离。此外，热力学参数测定表明 环糊精小分子和环糊精聚合物的包络机理是相似的，没有本质区别。这进一步说明正是由 于环糊精聚合物的协同效应才使得c d p 对客体的包络行为不同于小分子环糊精。 囝b 叮固协囤协 a i ：l 复合物 b 2 ：l 复合物 图1 3 环糊精聚合物对t n s 的包络 邻基效应 如果在环糊精基团旁边有其他的基团存在会对其吸附性能产生影响。s e o 等分别用聚 烯丙胺、聚烯丙胺加环糊精、聚烯丙胺一环糊精( 环糊精位于侧链) 等催化水解对硝基苯基 乙酸脂，催化水解的反应速率常数大小顺序为带环糊精侧基的聚烯丙胺 聚烯丙胺 聚烯丙 胺加环糊精。从表观速率常数可以看到体系中加入环糊精母体时，环糊精与聚合物链结合 削弱了聚烯丙胺的催化能力。而将环糊精引入到高分子侧基上后，催化水解发生在环糊精 单元旁的胺基上当被水解的酯包络在环糊精空腔中时，酯基从环糊精空腔中凸出，更有 利于接近胺基。环糊精与胺基对反应有共同作用从而大大加速了反应的进行。所以活性侧 基和与共价结合的环糊精组分邻近的聚合物链能够控制底物的选择性和催化水解的性能。 m a r t e l 等哺“1 也得到了相似的结果。 对于固载化环糊精高分子来说，如果在环糊精基团旁边有其他的基团存在同样也会对 其吸附性能产生影响。如带有环氧基的固载化环糊精对巴比妥类化合物的吸附能力依次为 5 浙江理工大学硕士学位论文 苯巴比妥 巴比妥钠 巴比妥乜力；但带有磺酰氯基团的固载化环糊精因为存在强酸离子交换 功能对巴比妥类化合物的吸附能力为巴比妥钠 巴比妥 苯巴比妥，即离子形式的巴比妥 盐有利于吸附。对不同碱性强度的芳香性胺的吸附按苯胺 对硝基苯胺 邻硝基苯胺的顺序 递减。 交联剂引起的高分子效应 比较相同条件下环糊精单体与c d 聚合物对客体的配合稳定常数不仅反映出交联剂对 环糊精包络能力的影响，也体现了交联或高分子效应的影响。这里的高分子效应包括 客体分子向环糊精端基的扩散，固定化环糊精的溶胀性能，环糊精端基的自由度等等。交 联基团产生的高分子效应在一定程度上隐蔽了固定化环糊精结合点自身的性质。 w e r n e r 。3 使用三种荧光探针：2 一乙酰基萘( 2 a n ) 、卜二甲胺基一5 一萘氨磺酰( 1 ，5 - d n s a ) 、2 - ( n - 甲基苯胺基) 一萘一6 一磺酸钠( 2 ，6 - m a n s ) 对c d 聚合物和环糊精的键合性能进行 了比较。这三种探针分别与环糊精形成强，中、弱三种1 ：i 配合物。实验结果表明c d 聚 合物中键合点的疏水性比环糊精单体键合点疏水性要强得多。并且，探针与c d p 的结合也 比环糊精单体强得多。这些结果无疑说明了甘油基键合剂在主客体键合相互作用中起了 主要的作用。其中一个可能性是当键合基团“覆盖( 缠绕) ”在环糊精空腔入口处增大了甘 油基的羟基与环糊精腔外环上的羟基的氢键作用，从而扩大了键合点的范围。当探针接近 这个“新的”区域时，键合不仅仅是环糊精单元的作用。这样，键合也就不再是真正的主 客体键合，而更象一种非包络的结合。 x u 等嘲1 提出聚合体系随交联剂的链长度不同而有很大不同。对c d 聚合物与芘组成的 体系，随着两个环糊精单元间交联剂长度的增加，环糊精与芘以2 ：i “蛤壳”键合方式的 可能性增大。蛤壳结构的形成需要一个最短的间隔臂。但无论如何，芘在c d 聚合物中所 处的环境仍比在环糊精单体中的疏水性强得多。并且，芘与c d 聚合物比与环糊精单体有 更高的配合物形成常数；长链交联剂的c d 聚合物具有更强的结合能力。实验表明采用不 同链长的同系物作交联剂碍到的c d 聚合物具有不同的吸附平衡常数，而且差别较大。说 明了交联剂和环糊精单元在c d 聚合物键合客体时都起到很大作用。这种作用的大小与客 体分子、交联剂的结构有关。所以采用不同交联剂制备的c d 聚合物选择性不同。另一方 面，c d 聚合物与客体分子键合时，除客体与环糊精单元的相互作用外，还有交联剂与客体 的非极性相互作用起协助作用，促进c d 聚合物键合能力的增强。有作者认为交联剂的链 长愈短，这种协助作用愈弱。 从以上这些结果看到，交联剂可能起两方面的作用：一是作为非包络键合点；一是作 6 浙江理工大学硕士学位论文 为连接两个环糊精单元的间隔臂，使环糊精以适当的方向键合客体分子。至于哪个作用是 主要的还要视客体分子的大小，形状和极性，以及交联剂分子的长度而定。 载体及其他因素的影响 c d 聚合物对客体的吸附除了骨架的物理吸附和孔内的吸附外，还与环糊精形成包络 物。当离子性基团键联至聚合物上时，由于盐的生成而使骨架与客体相互作用，结合常数 变大，则小分子与环糊精的分离较难。载体交联度对环糊精固载量也有很大的影响。提高 交联度将增加高分子骨架链结构的刚性和孔径变小而使固载化反应变得困难。另外，固载 化反应中化学键联主要在大孔树脂空腔外表面进行。 1 1 4 环糊精聚合物的应用 环糊精经过高分子化后，产生了许多环糊精和高分子载体本身不具有的一些优良性 能。因而，环糊精高聚物是一类非常有前景的功能高分子材料。在环糊精聚合物中，环糊 精仍保留着空腔和较多羟基，这就为环糊精聚合物与有机物、无机物等客体分子结合提供 了可能。因此，人们可以根据需要修饰环糊精，这使环糊精聚合物在分离分析、分子印迹 技术、工业、环保、医药、模拟酶和其它高技术领域有着广阔的应用空间。 l 在分离分析技术中的应用 环糊精分子的空腔尺寸有可能与客体分子匹配，空腔边缘的羟基可以与客体分子 形成氢键，内腔的疏水特性可以包结脂溶性分子。因此，它对有机分子有进行识别和选择 的能力，已成功地应用于各种色谱与电泳方法中，以分离各种异构体和对映体。”。 许多药物或其前体至少有1 个手性中心，且常常是对映体中的其中1 种有活性，而另 1 种是没有活性的甚至是有毒的。使用环糊精或环糊精聚合物，将改善对映体的分离技术， 特别是经手性分子修饰的环糊精，其对手性分子的识别效果更好。例如，唐阔文等利用 b 一环糊精聚合物为固定相，聚硅氧烷为稀释剂，采用气相色谱法，分离了一系列芳香族 化合物的位置异构体和手性异构体。试验结果显示，这种环糊精具有较强的手性识别能力， 尤其对烯烃、酮类、酯类等的对映体具有较强的拆分能力1 。麻丽媛等分别使用p _ c d 、 环氧氯丙烷与b - c d 交联的聚合物( e p - b - c d ) 以及羧甲基b _ c d 聚合物( c m c b c d ) 作为手 性拆分剂，分离扑尔敏、维拉帕米、山梗菜碱的对映异构体，发现c m c - b - c d 和e p b - c d 的拆分能力优于b - c d 3 4 1o 范瑞芳等也采用聚合的b c d 或羧甲基聚合的b c d 作手性试剂， 分离含氮碱性药物硫喷妥钠、盐酸氟桂利嗪、山梗菜碱对映体，三种药物均达到基线分离， 取得优于前人的成果。 2 应用于分子印迹技术 7 浙江理工大学硕士学位论文 分子印迹技术( m o l e c u l a ri m p r i n t i n gt e c h n i q u e ) 广泛用于异构体化合物的分离。分 子印迹聚合物( m o l e c u l a r l yi m p r i n t e dp o l y m e r ，w i p ) 因为其特有的高手性选择性，已成 为手性拆分领域中的热点，近期国际上发表的有关手性拆分的报道，许多都采用了分子印 迹技术。 目前，分子印迹技术广泛用于各类药物、氨基酸衍生物等的手性拆分。6 “1 。在许多研 究中啪。”，c d 被用来作为分子印迹的功能单体，其交联剂有六亚甲基异氰酸酯、甲苯一2 ， 4 一二异氰酸酯、环氧氯丙烷等。h i s h i y a 等1 系统研究了含c d 的m i p 对睾丸激素等多种类 固醇的分离情况，认为该类印迹分子用于色谱，能大大提高色谱的分离能力，增加其理论 塔板数。s r e e n i v a s a n 研究了用2 一羟乙基甲基丙烯酸酯与b _ i d 共聚的n i p 对胆固醇和睾 丸激素的分离行为，也得到类似结果1 。以缩二氨酸为模板分子的环糊精n i p ，能高效的、 选择性的识别目标分子m 1 。 3 在工业中的应用 一些调味香料和化妆品中的香精成分容易挥发或分解；一些食品中的脂溶性维生索也 很不稳定，容易在氧，光、热的作用下分解。环糊精的包结，能防止这些成分的挥发、分 解，还能起到增溶和防止组分中油分的离析作用。郝爱友等1 发现，利用6 一环糊精改性 的淀粉类高吸水树脂，具有良好的吸附香精的性能；并认为这可能与香精的疏水性有关。 因此，长期以来，环糊精主要用作食品添加剂、调味品及化妆品中香精成分的包结材料。 1 9 9 6 年，德国的w a c k e r - c h e m i e - g m b h 公司开发生产出活性环糊精，通过浸染、轧染工 艺，固定到纤维素表面“”。这种活性环糊精，可修饰纤维素、淀粉、明胶等天然高分子材 料，也可修饰聚酯、聚酰胺、聚丙烯等合成纤维，因此，若对其进行相应的处理，即可用 于制造有香味、药效、保湿、防腐等各种性能的纤维材料。日本已开发了包结角鲨烷的纤 维制品，虽经反复洗涤，仍具有保湿功能。另外，还开发了包结罗汉树油4 一异丙基环庚二 烯酚酮的纤维，这种纤维具有杀菌、抑制细菌生长的作用。 纤维素纤维经环氧氯丙烷( 交联剂) 活化，再固载b 一环糊精，所制得的b 一环糊精修 饰纤维素纤维，具有较好的包结性能。这是开发功能性纤维的条新途径m 1 。 4 在环保方面的应用 由于环糊精具有从气体、液体中捕获有机分子和络合金属离子的能力，含环糊精的聚 合物材料在环境监测和废水处理等环保方面有重要应用。如将农药包结于不溶性环糊精聚 合物中，在施用后就不会随雨水流失，这样，就既可提高农药的利用率，也可减少环境污 染。 8 浙江理工大学硕士学位论文 b 一环糊精交联聚合物，能吸附水样中的微污染物( 如无机重金属离子及有机酚类、 胺类等) 。郑瑛“”等的试验结果表明，b 一环糊精交联聚合物清除无机重金属离子( 如p b 2 + 、 c u 2 + 、c d 2 + 、z n 2 + ) 及苯酚、胺的效果良好，对前者的去除率达8 3 6 0 以上( 其中对p b 2 + 的商达9 5 6 2 ) ，对苯酚、苯胺的去除率达到9 5 以上。 5 在医药方面的应用 环糊精无毒副作用，可生物降解，包结作用具有一定的稳定性。这些特性，使其在医 药方面应用成为可能。而环糊精分子空腔大小与许多药物分子的匹配，内腔的疏水性可对 脂溶性药物起到增溶作用，更拓宽和加速了其在医药领域的应用。小分子环糊精作为药剂 添加剂已得到广泛的应用，而环糊精高分子既具有环糊精对药物小分子的包含功能，又具 有大分子多重形态及相结构特性，因此能有效地对药物进行包合及控制释放。 环糊精和环氧氯丙烷交联得到的聚合物，当平均分子量大约为2 0 0 0 0 时，具有高度的 水溶性，可以用来增加水难溶性药物的溶解度、溶解速率和提高其生物利用度，通常情况 下，其作用效果比c d 单体要有效得多明。当分子量大到使c o p 不能溶解时，此时，c d 聚 合物表现出极强的溶胀和亲水性能，同时也能和许多药物形成复合物，在一定程度上也能 增加药物的溶解性能。以非均相的可溶性的b - c d 一环氧氯丙烷( b - c o p s ) 聚合物和交联的 不溶性的b c d 一环氧氯丙烷( b - c d p i ) 聚合物为载体，分别与消炎药萘普生( n a p r o x e n ，n a p ) 共研磨，发现二者均能大大改善n a p 的溶解性能，其作用效果和目前认为对n a p 最有效的甲 基化1 3 c d 的作用效果相近。而且，由于其分子量大，在体内不会被吸收，即使长期服用， 也不会产生毒性，因此，可以优先考虑用p - c d 聚合物作n a p 的载体材料呻州。 c h i n o 等脚1 研究了一c d 和聚丙烯酸酯聚合物水凝胶体系释放5 一氟尿嘧啶，发现该c d p 水凝胶体系释药5 0 所需的时间比仅用聚丙烯酸酯水凝胶延长6 0 。同时，比较c d 和聚丙烯 酸酯的物理混合物的释药情况，表明5 一氟尿嘧啶- c o p 复合物在凝胶中具有更低的扩散速 度。 c d 与聚合物的物理混合体系( 如图卜2 f ) ，可能促进药物的释放，也可能使药物获得 缓释，文献“”对此进行了综述。将药物载于高分子链上，制备成“珍珠项链状”环糊精聚 合物，然后以稳定、预定的速率释放分子长链上的c d ，就可能实现药物的缓释和控释恤1 。 6 环糊精聚合物模拟酶 环糊精聚合物作为酶模型的研究正日益受到关注，由于c d 聚合物具有多重识别功能， 同时其单体c d 问具有独特的协同作用，因此作为一类新型仿酶模型，c d 聚合物能更好地 模拟酶对底物的识别与催化功能。酶对底物可多部位结合且具多重识别功能以实现酶促反 9 浙江理工大学硕士学位论文 应的高效性和高选择性。将两个c d 以适当基团桥联或二聚起来，则具有双重疏水结合和 多重识别功能，较单c d 仿酶模型具更高效率和选择性。双c d 协同包结底物常数可高达1 x1 0 8 或更高，相当于中等亲和力抗原抗体结合常数，超过单c d 仿酶模型和某些酶对底物 结合常数，可望得到广泛应用。 谢如刚等。3 1 制备了咪唑基桥联b 一环糊精二聚体，并考察它们对不同尺寸的对一硝基苯 脂肪酸酯的催化水解作用。结果表明，环糊精二聚