（物理化学专业论文）β环糊精及其桥式双环糊精对几种客体分子的键合模式和键合行为.pdf

摘要 以分子识别和组装为主要研究内容的超分子化学是当代化学的前沿领域之一。环 糊精及其衍生物具有刚性的疏水空腔和亲水的表面，可以在水溶液中与多种有机、无 机和生物分子结合形成主一客体或超分子包合物。因此作为一种优良的分子受体和酶一 底物相互作用模型被应用于科学和技术的多个领域。 桥联双环糊精拥有两个疏水空腔和可调节的桥链，对底物分子具有多重识别的特 征，因此可提高对底物分子的键台能力和分子选择性，是当代超分子化学的一个研究 热点。本文使用现代测试技术研究了其对模型底物的分子识别能力，并探讨了分子识 别机理。 本论文主要包括以下两个部分： ( 1 ) 合成了b 一环糊精一二茂铁包合物，通过其晶体结构确定了此包合物具有 独特的4 ：5 的化学计量比，进而研究了其在固相和在水溶液中的性质。 ( 2 ) 合成了一种e d t a 衍生物桥式双环糊精，采用元素分析、紫外、核磁共振方 法对化合物的结构进行了表征。采用荧光光谱滴定法测定了主体化合物对模型底物 ( 有机染料) 的选择性键合能力，考察了主一客体间尺寸的匹配、几何互补等因素对 主一客体配合物稳定性的影响。 关键词：超分子化学环糊精包合物晶体结构桥式双环糊精分子识别 a b s t r a c t m o l e c u l a rr e c o g n i t i o na n da s s e m b l yi n v e s t i g a t i o n sh a v ea t t r a c t e de x t e n s i v ea t t e n t i o n i ns u p r a m o l e c u l a rc h e m i s t r y p o s s e s s i n gt h er i g i dh y d r o p h o b i cc a v i t ya n dh y d r o p h i l i c o u t s i d e ，t h en a t u r a lc y c l o d e x t r i n s ( c d s ) a n dt h e i rd e r i v a t i v e sc a nf o r mh o s t g u e s to r s u p r a m o l e c u l a rc 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 ，a n db i o l o g i c a lg u e s t m o l e c u l e s ，w h i c hh a v eb e e na p p l i e dt ov a r i o u sf i e l d so fs c i e n c ea n dt e c h n o l o g ya sa n e x c e l l e n tm o l e c u l a rr e c e p t o rm a dm o d e ls y s t e mm i m i c k i n gt h es u b s t r a t es p e c i f i ci n t e r a c t i o n o fe n z y m e s 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 a v i t i e sa n df u n c t i o n a lt e t h e r g r o u p ，b r i d g e d b i s ( p c y c l o d e x t r i n ) c a ng r e a t l ye n h a n c et h eo r i g i n a lb i n d i n ga b i l i t ya n ds e l e c t i v i t yo f p a r e n tc y c l o d e x t r i nt h r o u g ht h ec o o p e r a t i v eb i n d i n go ft w oc l o s e l yl o c a t e dc y c l o d e x t r i n c a v i t i e sa sw e l la st h et e t h e r g r o u p w i t hm o d e l s u b s t r a t e t h e r e f o r e ，b r i d g e d b i s ( p c y c l o d e x t r i n ) c h e m i s t r yi sac u r r e n t l ys i g n i f i c a n tt o p i ci ns u p r a m o l e c u l a rc h e m i s t r y i nt h i st h e s i ss o m em o d e mm e a s u r i n gt e c h n i q u e sw e r ep e r f o r m e dt o e x a m i n et h e i r m o l e c u l a r r e c o g n i t i o na b i l i t y t h e m a j o rc o n t e n t sa r ea sf o l l o w s ： a ni n c l u s i o nc o m p l e xo f 3 - c y c l o d e x t r i na n df e r r o c e n ew i t hu n i q u e4 ：5i n c l u s i o nr a t i o w a sp r e p a r e da n di t sc r y s t a lw a sd e t e r m i n e db yx r a y c r y s t a l l o g r a p h i ca n a l y s i s t h e p r o p e r t i e so ft h ei n c l u s i o nc o m p l e xi nt h es o l i ds t a t ea n da q u e o u ss o l u t i o nh a v eb e e n f u r t h e ri n v e s t i g a t e d a b r i d g e db i s ( 1 b - c y c l o d e x t r n ) w i t he d t ad e r i v a t i v es p a c e rh a sb e e ns y n t h e s i z e da n d c h a r a c t e r i z e db yi n a s ss p e c t r a ，u v , n m r t h eb i n d i n gc o n s t a n t so fh o s tc o m p o u n d sw i t h s o m eo r g a n i cd y e sw e r ed e t e r m i n e db ys p e c t r o f l u o r o m e t r i ct i t r a t i o n s t h ei n f l u e n c eo f h o s t g u e s ts i z e m a t c h i n ga n dg e o m e t r i cc o m p e n s a t i o nu p o nt h es t a b i l i t yo fh o s t g u e s t c o m p l e x e sw a se l u c i d a t e d k e y w o r d s ：s u p r a m o l e c u l a rc h e m i s t r y , c y c l o d e x t r i n , i n c l u s i o n c o m p l e x , c r y s t a l s t r u c t u r et b r i d g e db i s ( f l - c y c l o d e x t r i n ) m o l e c u l a rr e c o g n i t i o n 南开人学硕上学位论史 第一章前言 1 1超分子化学概述 超分子化学是个相对年轻的与生物学和物理学高度交叉的学科。其基础涉及到有 机化学及构造分子的合成路线、配位化学及金属离子一配体复合物、物理化学及对相 对作用力的实验和理论研究、生物化学及一切起源于底物缔合和识别的生物过程、材 料科学及固体的机械性质。 超分子化学领域起源于碱金属阳离子被天然1 ，2 ，3 1 和人工合成的大环和多环配体， 即冠醚h ，5 1 和穴醚m 1 的选择性结合。它拓展后导致了分子识别的出现和证明为一新的 化学研究领域，进一步延伸到分子间相互作用和过程，并广泛扩展到其它领域后诞生 了超分子化学。超分子化学的概念和术语是在1 9 7 8 年由j 一m l e h n 提出的【8 】，作为 对先前工作的总结归纳和发展。 超分子化学即“超越分子概念的化学( c h e m i s t r yb e y o n dt h em o l e c u l e ) ”，是研究分 子间通过非共价键相互作用形成功能体系的科学，即是对以非共价键弱相互作用键合 起来的复杂有序并且具有特定功能的分子集合物进行研究的科学，是共价键分子化学 的一次质的飞跃。共价键结合的分子单元通过静电f 离子偶极，偶极j 禺极，偶极诱 导偶极) 、v a nd e rw a a l s 力、疏水、氢键、7 【堆积和电荷转移等非共价键相互作用力 协同作用构成分子聚集体。识另l j ( r e c o g n i t i o n ) 、转化( t r a n s f o r m a t i o n ) 和易位( t r a n s l o c a t i o n l 是超分子物种的基本功能 9 j 。 大环化合物的分子识别与组装行为是超分子化学研究的重要内容，继冠醚之后， 环糊精和杯芳烃【川相继被称为超分子化学的第二代和第三代主体化合物，而穴醚 、环番【1 3 、环多肽、卟啉、酞菁和葫芦脲 1 7 】等大环化合物在超分子化学中 的应用也得到广泛研究，并不断有新型的分子受体被设计和合成1 1 8 】。在分子( 离子) 识 别的基础上，由大环化合物构筑的超分子体系和超分子功能材料也是近年来超分子化 学研究的热点 1 9 , 2 0 】。 本论文主要着重于研究基于超分子化学发展中的第二代主体化合物一环糊精与 客体分子的键合模式和键合行为。 南开大学硕士学位论文 1 2环糊精为主体的超分子体系 1 2 1环糊精概述 环糊精( c y c l o d e x t r i n s ，c y c l o a m y l o s e s ，通常简称为c d ) ，是淀粉通过环糊精葡萄 糖基转移酶催化降解而得到的【2 ”，是d ( + ) 一吡哺葡萄糖单元以n 1 ，4 糖苷键首尾相连 形成的大环化合物的总称。最常见的和应用最广泛的按照组成的葡萄糖单元数( 6 ，7 ， 8 ) 分别叫做d ，1 3 一，y 环糊精。 c d 分子中d 一吡喃葡萄糖单元均采取未扭曲的椅式构象，不能围绕糖苷键自由旋 转。因此，使得整个分子呈现一种截锥状的外形。环糊精中的所有伯羟基( 即6 位羟 基) 均座落于环的一侧，构成了其截锥状结构的主面( 小口端) ；而所有仲羟基( 即2 ， 3 位羟基) 则座落于环的另一侧，构成了环糊精截锥状结构的次面( 大口端) 。环糊精空 腔的内壁由糖苷氧原子以及葡萄糖单元的c 3 和c 5 氢原子( h 3 ，h 5 ) 构成，为富电 性的疏水微环境：而c d 分子外侧由于众多羟基的聚集而呈亲水性。c 2 羟基与邻接 糖环c 3 羟基形成氢键网络【捌，进一步稳定了分子构象。 ( 8 ) ( b ) ( c ) 图1 ( a ) b 环糊精的结构；( b ) 环糊精的填充模型：从小口端的俯视图；( c ) 环糊精的填充 模型：侧视图 由于环糊精不仅具有不同尺寸的疏水性内腔和亲水的表面，而且不存在对称面和 对称中心，具有手性的微环境，环糊精的结构特征使其能够是无论在固体还是溶液中 选择性地键合各种有机、无机和生物分子形成包结配合物，当底物分子与环糊精形成 2 南开大学硕上学位论文 包结配合物后，其化学反应性能以及光、电、磁等物理性能在特定情况下有可能发生 改变，因此在科学和技术的诸多领域有广泛的应用【2 3 2 4 。5 2 6 1 。对环糊精进行化学修饰 于导到的环糊精衍生物更是拓展了天然环糊精的适用范围，使其得到更加广泛的应用。 1 2 2环糊精为主体的分子识别 分子识别是类似“锁和匙”的分子专性结合，可以理解为底物和给定受体间的 选择性键合，是形成超分子结构的基础。分子识别源于人们对生命现象的认识。生命 过程中的分子识别过程，如酶对底物的高度专一性识别、脱氧核酸碱基对的互补配对 形成双螺旋结构、蛋白质与核酸、激素与受体、抗原与抗体、免疫抑制剂与免疫亲体 之间的识别等正是各种生物功能的分子机制及调控原理的重要基础，在生物体和生命 活动中起着关键的作用。人工受体的分子识别研究不仅有助于理解上述受体与生物分 子底物之间的非共价键相互作用的本质以及酶的催化作用机理，而且还可以为新型药 物分子设计以及色谱固定相研制提供参考。 作为一种半天然产物，环糊精具有一些其它大环化合物没有的内在优势，如良好 的水溶性、低毒性和容易制备，因此在分子识别研究中有广泛应用。早在上世纪三十 年代，p r i n g s h e i m 等就发现了环糊精对有机化合物的包结配位能力【2 7 1 ： c r a m e r 研究 组从五十年代开始着重于环糊精的包结配位能力进行研究 2 8 】。环糊精对客体分子的识 别作用源于其空腔的尺寸、疏水性和手性，主要是通过以下几种弱相互作用协同完成 的：( 1 ) 疏水相互作用；( 2 ) 范德华相互作用；( 3 ) 氢键；( 4 ) 偶极偶极相互作用； ( 5 ) 静电相互作用；( 6 ) 脱溶剂效应。【2 刎分子识别不是由某一种弱相互作用造成的， 而是多种弱相互作用的协同结果。 以环糊精为主体的立体选择性配合物的形成已经被应用到了各种各样的分离纯 化过程中【30 1 。由具有光学活性的d 一葡萄糖单元组成的环糊精被认为在外消旋化合物 的分离过程中有帮助。进来。环糊精键合的硅凝胶柱利用高效液相色谱进行手性分离 1 3l o 许多研究已经开始探索用环糊精和有光学活性的化合物的选择性沉淀的研究，并 且已经发现这种沉淀有效的分离了一些外消旋的化合物。利用和a 环糊精的共沉淀碍 到的手性磺酰基化合物的纯度还不足1 0 ，但是用此方法得到的异丙基甲基亚磺酸盐 的纯度高达6 8 2 【3 2 1 。在固相中的手性识别不仅依赖于主客体间的相互作用，也依赖 于客体分子在晶体的手性环境中的位置。 南开大学硕士学位论文 1 2 3环糊精及其包合物的晶体结构研究 作为一种简单的有机大分子，环糊精能包结范围极广的各类客体，比如有机分子、 无机离子、配合物、甚至稀有气体，通过分子阳】相互作用形成主一客体包合物 3 3 , 3 4 , 3 5 , 3 6 , 3 7 , 3 8 , 3 9 , 4 0 , 4 1 , 4 2 , 4 3 。认识环糊精及其包合物的结构，对于理解环糊精包合物形成 机制是十分重要的。有很多方法可用于表征环糊精包合物的组成、形成机制或结构， 例如分光光度、核磁共振、荧光光谱、差热分析和色谱等方法 4 4 , 4 5 , 4 6 1 。单晶x 射线衍 射是确定环糊精及其包结配合物的三维固态结构的最有效手段，它不仅可以揭示主体 和客体分子的空间几何构象，而且还可以提供有关主一客体相互作用的重要信息【4 ”。 1 9 4 2 年，单晶x 射线衍射第一次被f r a n c h 和r u n d l e 应用于a 和b ，环糊精，用来 测定它们的分子量。 4 8 1j a m e s 等人f 4 9 1 得到了一些a 一环糊精包和物的单晶数据，碘 配合物的低分辨率的结构的分析揭示了碘被包结在主体的大环中。但是，直到1 9 6 5 年才出现了完整的x 一射线结构，h y b l 等人报道了n 环糊精和醋酸钾的包和物的的 结构口“。从此以后，大量的环糊精和它们的包和物的单晶被解析。 1 2 3 1 环糊精水合物的晶体结构 到目前为止，已有晶体结构报道的有旺1 3 、y 、6 一、和( 环糊精，这些半天然 半合成的大环主体在水中均以水合物形式结晶，通常会包含有六个或六个以上的水分 子，空腔中的水分子作为客体，同时水分子也充满分子间隙。环糊精水合物的晶体除 - ：4 一环糊精为通道型堆积外t s t l ，其余多为笼型堆积。 以天然6 一环糊精为例，它有两种结晶形式即晶型i ( 1 2 个水分子) 和晶型1 i ( 1 1 个水分子) ，二者是同晶型的。这两种异构体的结构上的差异仅在于水分子的分布不 同，在晶型i 中，有7 5 个水分子处于环糊精的空腔内或空腔附近，在晶型i i 中有6 3 个水分子处在晶型i 的类似位置，但某些位置的占有率较小。其它作为结晶水分布于 圆筒外围。b 一环糊精分子对称性较强，七个葡萄糖氧原子形成了一个半径大约5 0 0 p m 、边长4 4 0p m 的较好的七边形，二级羟基上的二位氧( 0 2 ) 和三位氧( 0 3 ) 距离 范围在2 7 0 3 0 0n n l ，在二位o h 和三位o h 之间形成的氢键，使得b 环糊精分子保 持结构刚性和圆形结构( 5 2 】。 4 1 2 3 2环糊精包合物的晶体结构 晶体包合物的结构类型 迄今为止，被报道的环糊精包合物的晶体结构可以分为三种类型【53 】：笼型、通道型和 层状结构( 图2 ) 也有些学者将层状结构归入笼型称之为“墙砖”式笼型结构。 当客体分子结构较小，完全插入环糊精内腔，形成包合物的晶体通常属于笼型堆积结 构。环糊精水合物多数都是笼型结构。主体分子以鱼骨排状排列，两个端1 ：3 被其它环糊精 遮盖而成笼型。旺一环糊精包合乙酸、丙酸、丁酸的晶体结构为笼型，戊酸或更高级脂肪 酸为管道型。笼型堆积的a 一环糊精包合物为数很少，其空间群为p 2z 2 1 2 1 1 5 ，但同为笼型 堆积的p 一、t 一、6 一环糊精包合物空间群为p 2 i 【5 5 】。对环糊精包合物而言，由于主体腔 径较大，即使含芳香环的客体有时也能象小分子一样被包裹在笼中。即便如此，并非所有 b 一环糊精包合物都是笼型结构，总体来说，p 一环糊精包合物的堆砌类型难于预测。前已 述及，v 一和6 一环糊精由于邻近分子中的两个葡萄糖单元已从二级羟基一侧深入主体分子 的内腔中，尽管它们腔径更大，但是并没有足够的剩余空间容纳体积稍大的客体形成笼状 结构的包合物，y 一环糊精除水合物晶体为笼型外，包合其它客体即使是像甲醇这样的小 分子也呈管道型。除了水分子以外，到目前为止，尚未见到其它客体与y 一或6 一环糊精 形成笼型结构的包合物。 ab 5 c 南开大学硕士学位论文 de 图2环糊精包合物晶体的堆积方式：( a ) 头对头通道型( b ) 头对尾通道型( c ) 笼型( d ) 层状结构( e ) 二聚体的层状结构 通道型堆积方式中两个环糊精包合物单元可以进步划分为“头对头”和“头对 尾”两种方式，进而排列成无限的通道，环糊精的空腔形成连续的通道。对于空间群 为p l 或p 4 2 2 1 2 的“头对头”结构，两个主体通过二级羟基一侧头对头地排列构成二 聚体。在已解出的晶体中，大多数n 一环糊精包合物属于管道型堆积，例如对于具有 四方晶系的晶体而言，a 一环糊精分子沿四重轴方向堆积成管道状。空间群为p 1 或 c 2 的b 一环糊精包合物也采用类似的“头对头”管道状排列方式，每个二聚体单元 的两个主体分子按二重轴方向排列【5 “。在空间群为p 4 2 1 2 的y 一环糊精包合物中，三 个主体分子为组，形成一个在空间无限伸展的管道状结构，其中二个y 一环糊精分 子 三i “头对头”方式形成二聚体，再用二聚体的一头( 小口端) 与第三个分子以“尾 对尾”的方式连接口”，绝大多数y 一环糊精包合物晶体属于管道状堆积方式。在“头 对尾”的管道状结构中，对于已被解析的晶体比如空间群为p 2 l 或p 2 1 2 1 2 的a 一环糊 精包合物而言，a 一环糊精分子以小口端与另一个主体分子的大口端通过分子间氢键 连接而形成具有“头对尾”方式堆积的结晶体5 8 1 。 第三种是层状堆积结构通常在客体体积足够大，从而难以完全充塞于主体腔内 时便有可能形成，环糊精的大环平面相互平行，在横向上交替错开产生一种“墙砖” 式的类型。例如0 【一环糊精分子几乎以平行于圆筒所在平面排列，形成彼此相互平行 的若干个分子层，每两层之间大约漂移半个主体分子距离，这使得空穴的两个端口基 本上处于敞开状态1 5 ”。对某些空间群为p l 的d 一环糊精包合物而言，主体分子往往以 6 鹭 南开大学硕上学位论文 “头对头的二聚体形式构成层状堆积【6 0 i 。 环糊精包合物的晶体结构 c c 一环糊精的腔体尺寸很适合于接纳含苯环的分子作为客体，小的有机分子比如 甲醇，1 一丙醇和3 一碘丙酸以笼型堆积方式包结。由于笼内体积较大，一个甲醇分子 尚不能充满其间，所以甲醇分子采用无序充填，在空穴中占有两个分布位点i “i 。无机 物比如碘和氪也以同一堆积方式形成稳定的晶态包合物。0 【一环糊精与甲基型6 2 1 可形 成2 ：1 的包合物，一个甲基橙分子穿过个u 一环糊精空腔，它的两端则程度不等地 各自伸入到另两个毗邻的主体分子中。 图3 头对尾通道型堆积的n 一环糊精一甲基橙包合物 p 一环糊精内腔大小更适于与筒状或球状客体分子结合，而不是平面的芳香分子， 它与金刚烷旧l 、二茂铁6 4 1 以及环状二烯的过渡金属配合物均能形成高稳定性的包 结物，而k a i f e r 等人更将d 一环糊精用作对树枝状二茂铁衍生物的识别f 6 6 】。r i p m e e s t e r l 6 7 】 等报道了第一例p e g 与环糊精形成多聚轮烷的单晶结构( 图4 ) 。结构显示环糊精利用 第二面的羟基之间的氢键形成头对头的二聚体，p e g 将这些二聚体象珠子一样穿起来 形成了多聚轮烷。 7 塑茎查堂堕主兰垡堡苎 图4p e g 与环糊精形成多聚轮烷的单晶结构 在具有笼型堆积结构的y 一环糊精晶体中，由于主体空穴有效空间下降较多，除 水分子以外，尚未有其它客体分子嵌入y 一环糊精空腔形成笼型堆积结构的报道。y 一环糊精空穴内径大约为l o o op m ，可以接纳冠醚比如1 2 一冠一4 的金属配合物，形成 第二配位圈超分子。1 一丙醇、1 2 一冠一4 等客体与y 一环糊精形成管道状包合物【6 8 】。 1 2 4桥联环糊精 桥联环糊精( 或称二聚环糊精c y c l o d e x t r i nd i m e r ，b i s ( e y c l o d e x t r i n ) s ) 是二十世纪 八十年代发展起来的一类由一条或多条桥链将两个环糊精单元“面对面”连接而得到 的环糊精衍生物。自从1 9 7 2 年，c h a o 等报道了第二面连接的对苯二甲酸酯桥联环糊精 的合成【6 9 】以来，桥联环糊精就成为超分子化学领域中的一个研究热点，在人工仿酶 1 7 0 i 、药物载体f 7 1 】、色谱分离( 7 2 】等方面已有广泛应用。 与单修饰环糊精相比，桥联环糊精的优势在于将环糊精单元通过各种各样功能基 或特定桥链基团连接之后，两个相邻的环糊精空腔有可能协同参与对形状和尺寸适合 的客体分子的包结配位作用，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，从而扩展分子键合能力，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。 由f u j i t a 7 3 1 报道的通过巯基氧化偶联而成的二硫键连接的桥联环糊精，它对乙基 橙的包结配位常数高达20 3 00 0 0m 一，是天然环糊精的2 2 4 倍。b r e s l o w 掣7 4 1 用双巯基 桥联p 环糊精二聚体与对叔丁基苯酚在水溶液中进行包结配位，配位稳定常数为1 6 8 南开大学硕士学位论文 1 0 4m 一，与天然d 一环糊精的配位能力一致，而与拥有两个对叔丁基苯基团的客体分子 的配位稳定常数为1 1 0 8 m ，配位过程自由能的变化几乎是前者的2 倍，这很清楚地 表明了两个环糊精空腔的协同配位作用。l a w r e n c e 等【7 5 】用核磁共振手段给出了桥联环 糊精协同配位作用的直接证据。他们从2 o t s b c d 出发，制得2 ，3 一环氧一d c d ，然后 与吡啶和苯二巯基反应得到了第二面修饰的桥联环糊精，当对甲基橙质予进行双照射 时，可以观察到环糊精空腔内的c 3 一h 和c 5 一h 明显的n o e 效应，说明主客体之间存在 着协同包结。s i k o r s k i 乘l p e t t e r i 7 6 j 研究了不同链长的双硫桥联b 环糊精对客体b n s 的键 合能力，在考察桥联环糊精分子识别的链长效应是得出个具有特殊意义的结果。他 们的研究结果表明，随着桥链长度每增加一个亚甲基，主体与b n s 配位过程的自由能 变化降低2 4k j m o l ，即随着主体链长的增加，主体键合能力下降。 目前的桥联环糊精主要是由两个相同的环糊精连接而成的，然而由0 【，和1 3 环糊精 连接的杂聚桥联环糊精可以通过两个空腔大小不同的环糊精单元的协同和特征的位 点识别，与客体分子形成包结配合物用于研究复杂的酶模拟现象和超分子组装。u e n o 等 7 1 用一个环糊精和一个b 环糊精通过酰胺键连接得到了第个杂聚桥联环糊精 ( 见图5 所示) ，识别客体异戊基对二甲氨基苯甲酸盐( d m b a ) 时，发现d m b a 的苯 环包结在c l 环糊精空腔中，而烷基链被b 一环糊精空腔包结，这是由于苯环与甜环糊精 尺寸最为匹配，从而实现了特征的位点识别。 图5由0 【- 和b - 环糊精连接的杂聚桥联环糊精 通过化学合成方法，根据需要在连接环糊精之间的桥键引入不同性质的酯键、醚 键及酰胺键等以改变桥键的稳定性和极性，增加环糊精主体分子对客体分子的包结作 用。也可按照客体分子的大小、立体结构及极性特点，设计、合成单桥、双桥或多轿 的环糊精以满足包结客体分子的需要。同时，桥联环糊精本身仍存在的多个未修饰的 羟基，也为进一步衍生化制备不同结构的桥联b 一环糊精留下很大空间。 9 南开大学硕士学位论文 1 3 本论文的选题 如上所述，由于生命过程中的许多问题，如酶的催化、基因的复制与突变、药 物分子与受体问的识别与结合过程都与分子间弱相互作用有关，因此研究环糊精包 合物的晶体结构，可以较深入的研究和理解分子间作用力的本质和作用方式，从而 在分子和原子水平上探讨分子问弱相互作用，有助于理解生命过程。 另外，桥联双环糊精更是以其独特的协同键合模式，对特定的客体分子表现出 明显增强的键合能力和分子选择性，而且它所具有的疏水空腔和功能桥链使其能够 更大程度地模拟天然酶的变构效应。因此，进一步研究化学修饰环糊精的分子识别 机理对于理解主客体间各种弱相互作用的作用机制，并通过对其有效的控制构筑特 定功能的超分子体系具有重要的理论意义。 基于以上目的，本论文具体研究内容如下： ( 1 ) 设计和合成了天然p 一环糊精一二茂铁包合物，培养了包合物的晶体，测定并 分析了晶体结构，并研究了固态晶体粉末和在水溶液中的性质。 ( 2 ) 合成了一种e d t a 衍生物桥式双环糊精，采用元素分析、紫外、核磁共振方法 对化合物的结构进行了表征。利用荧光光谱、二维核磁等手段研究它与染料分 子相互作用的分子识别机制。 1 0 南开人学硕上学位论文 参考文献 1 】( a ) o v c h i n n i k o v , y u a ，i v a n o v , v c o m p l e x o n e s , e l s e v i e r , n e wy j r k 1 9 7 4 1 9 7 6 ，4 5 ，5 0 1 t a n ds k r o b ，a m ，m e m b r a n ea c t i v e ( b ) p r e s s m a n b c ，a n n u , r e v b i o c h e m ， 【2 】( a ) b r o c k m a n n ，h a n dg e e r e n ，h ，j u s t u sl i e b i g s ，a n n c h e m 1 9 5 7 ，6 0 3 ，2 0 7 ( b ) s h e m y a k i n ，m 。m ，a l d a n o v a ，n 。a 。，v i n o g r a d o v a ，e i ，a n df e i g i n a ，m y u ， t e t r a h e d r o nl e t t ，1 9 6 3 ，1 9 2 1 ( c ) m o o r e ，c a n dp r e s s m a n ，b c ，b i o c h e m b i o p h y s r e s c o m m u n ，1 9 6 4 ，1 5 ，5 6 2 ( d ) p r e s s m a n ，b c ，p r o c n a t l a c a ds c i u 鲥，1 9 6 5 ， 5 3 ，1 0 7 7 ，( e ) m u e l l e r , pa n dr u d i n ，d 0 ，b i o c h e m b i o p h y sr e s c o m m u n ，1 9 6 7 ，2 6 ， 3 9 8 ( f ) a n d r e o l i ，t e ，t i e f f e n b e r g ，m a n dt o s t e s o n ，d c ，g e nb i o l ，1 9 6 7 ，5 0 ， 2 5 2 7 ( g ) s h e m y a k i n ，m m ，o v c h i r m i k o v , y u a ，i v a n o v , vt ，a n t o n o v , vk ，s k r o b ， a m ，m i k h a l e v a ，i i ，e v s t r a t o v , a va n dm a l e n k o v , gg ，i b i d ，1 9 6 7 ，2 9 ，8 3 4 ( h ) p r e s s m a n ，b c ，h a r r i s ，e j ，j a g g e r ，ws a n dj o h n s o n ，h h ，p r o c , n a t l a c a d & t u s a ，1 9 6 7 ，5 8 ，19 4 9 3 ( a ) b e c k ，j ，g e r l a c h ，h ，p r e l o g ，va n dv o s e r , w ，h e l v ，c h i m a c t a , 1 9 6 2 ，4 5 ，6 2 0 ( b ) s t e f a n a c ，z a n ds i m o n ，w ，c h i m 觇1 9 6 6 ，2 0 , 4 3 6 ，m i c r o c h e m j = ，1 9 6 7 ，1 2 ，1 2 5 ( c ) k i l b o u r n ，b t ，d u n i t z ，j d ，p i o d a ，a r a n ds i m o n ，w ，jm 0 1 b i 0 1 ，1 9 6 7 ，3 d ，5 5 9 【4 】( a ) p e d e r s e n ，c j ，ja m c h e m s o c ，1 9 6 7 ，8 9 ，2 4 9 5 ( b ) p e d e r s e n ，c j ，a n g e w c h e m i n t e de n 9 1 1 9 8 8 ，2 7 , 1 0 2 1 5 p e d e r s e n ，c j ，a m c h e m s o c ，1 9 6 7 ，8 9 ，7 0 1 7 6 ( a ) d r e t r i c h ，b ，l e h n ，j m ，s a c c v a g e ，j p ，t e t r a h e d r o nl e t t ，1 9 6 9 ，1 0 ，2 8 8 5 ( b ) l e h n ，j m ，s t r u c t , b o n d i n g ( b e r l i n ) ，1 9 7 3 ，1 6 , 1 ( c ) l e h n ，j m ，a c c c h e m r e s ， 1 9 7 8 ，1 1 ，4 9 【7 】l e h n ，j m ，s t r u c t b o n d i n g , 1 9 7 3 ，2 9 ，16 4 7 8 】( a ) l e h n ，j m ，p u r ea p p lc h e m ，1 9 7 8 ，5 0 ，8 7 1 ( b ) l e h n ，j m ，s c i e n c e ，1 9 8 5 ，2 2 7 , 8 4 9 【9 ( a ) l e h n ，j m ，a n g e w c h e m i n t e de n 9 1 ，1 9 9 0 ，2 9 ，1 3 0 4 ( b ) l e h n ，j m ，s c i e n c e ， 1 9 9 3 ，2 6 0 ，1 7 6 2 ( c ) l e h n ，j m ，s u p r a m o l e c u l a rc h e m i s 耖：c o n c e p t sa n d p e r s p e c t i v e s , v c h ，w e i n h e i m , 1 9 9 5 1 0 ( a ) s z e j t l i ，j ，c y e l o d e x t r i n s a n dt h e i ri n c l u s i o nc o m p l e x e s ，a k a d 6 m i a ik i a d 6 ： b u d a p e s t ，1 9 8 2 ( b ) s z e j t l i ，j ，o s a ，t e d s ，c o m p r e h e n s i v es u p r a m o l e c u l a rc h e m i s t y , v 0 1 3 ，c y c l o d e x t r i n s ，a t w o o d ，j l ，d a v i e s ，j e d ，m a c n i c o l ，d d ，v o g t l e ，e ，e d s ， 1 1 塑茎查兰堡主堂丝丝奎 p e r g a m o n ：o x f o r d 1 9 9 6 【11 】( a ) g u t s c h e ，c d ，c a l i x a r e n e s , t h er o y a ls o c i e t yo fc h e m i s t r y ，c a m b r i d g e ， e n g l a n d ，1 9 8 9 ，( b ) v i c e n s ，j ，b 6 h m e r , ve d ，c a l i x a r e n e s ，av e r s a t i l ec l a s so f m a c r o e y c l i cc o m p o u n d s ，k l u w e r ，a c a d e m i cp r e s s ，d o r d r e c h t ，1 9 9 1 ，( c ) g u t s c h e ，c d c a l i x a r e n e s ：r e v i s i t e d ，t h er o y a ls o c i e t yo fc h e m i s t r y ，c a m b r i d g e ，e n g l a n d ，1 9 9 8 1 2 ( a ) h u a n g ，r h ，w a g n e r , m j ，g i l b e r t ，d j ，r e i d y c e d e r g r e n ，k a ，w a r d ，d l ， f a b e r , m k ，d y e ，j l ，a m c h e m s o c ，1 9 9 7 ，1 1 9 ，3 7 6 5 ( b ) b r y a n t ，ws ，j o n e s ，j w ，m a s o n ，p e ，g u z e i ，i ，r h e i n g o l d ，a l ，f r o n c z e k ，f r ，n a g v e k a r , d s ，g i b s o n ， h w ，o r g l e t t ，1 9 9 9 ，1 0 0 1 ( c ) t a k e m u r a , h ，k o n ，n ，y a s u t a k e ，m ，k a r i y a z o n o ， h ，s h i n m y o z u ，t ，i n a z u ，t ，a n g e wc h e m i n t e d ，1 9 9 9 ，3 8 ，9 5 9 ( d ) x i e ，q ，h u a n g ， r h ，i c h i m u r a ，a s ，p h i l l i p s ，r c ，p r a t t ，w e ，j r ，d y e ，j l ，a m c h e m s o c ， 2 0 0 0 ，1 2 2 ，6 9 7 1 ( e ) m a s o n ，s ，l l i n a r e s ，j m ，m o r o n ，m ，c l i f f o r d ，t ， b o w m a n - j a m e s ，k ，a m c h e m s o c ，2 0 0 0 ，1 2 2 ，1814 ( f ) t a k e m u r a ，h ，k o n ，n ， y a s u t a k e ，m ，n a k a s h i m a ，s ，s h i n m y o z u ，一，i n a z u ，t ，c h e m e u r ，2 0 0 0 ，6 ，3 0 4 3 ( 曲 k r f i l ，v ，r u s i n ，o ，s c h m i d t c h e n ，fr ，o r g l e t t ，2 0 0 1 ，3 ，8 7 3 1 3 】( a ) s i m o n e ，d l ，s w a g e r , tm ，a mc h e m s o c ，2 0 0 0 ，1 2 2 ，9 3 0 0 ( b ) t a k e m u r a ， h ，k o n ，n ，y a s u t a k e ，m ，n a k a s h i m a ，s ，s h i n m y o z u ，t ，i n a z u ，t ，c h e m e u r j ， 2 0 0 0 ，6 ，2 3 3 4 ( c ) l a h a n n jh 6 c k e r , h ，l a n g e r , r ，a n g e w c h e m i n t e d ，2 0 0 1 ，4 0 ， 7 2 6 【1 4 】( a ) g a r c i a e c h e v r r i a ，c ，a l b e r i c o ，f ，g i r a 】t ，e ，p o n s ，m ，ja m c h e m s o c ，1 9 9 3 ， 1 1 5 ，11 6 6 3 ( b ) a r e n a ，g ，i m p e l l i z z e r i ，q ，m a c c a r r o n e ，g ，p a p p a l a r d o ，q ，r i z z a r e u i ， e ，c h e m s o c ，d o i t o nt r a n s ，1 9 9 4 ，1 2 2 7 ( c ) r a n g a n a t h a n ，d ，h a r i d a s ，v ，k a r l e ，i l ，a m c h e m s o c ，1 9 9 8 ，1 2 0 ，2 6 9 5 ( d ) k u b i k ，s ，a m c h e m s o c ，1 9 9 9 ，1 2 1 ， 5 8 4 6 ( e ) g h a d i r i ，m r ，g r a n j a ，j r ，m i l l i g a n ，r a ，m c r e