-环糊精包合物的结构模型

-环糊精包合物的结构模型

7-环糊精（ii-d）是一个由7个葡萄糖残基-1和4-糖苷键组成的环化合物。它具有亲水和稀疏的内腔，可以形成各种有机物质的包合物。由于它对体分子的形状、大小和极性有选择性，因此可以形成不同物质质量比的结构模型包合物。关于包合物制备和物质质量比的确定有许多报道，但研究包合物结构模型的文献很少。在这项工作中，我们使用sdc确定了包合物重量与醇酸、葡萄糖和香兰素的最佳物质含量的比，并用xrd分析包合物晶体的结构周期，在i-d内腔高度的结构周期和“头”配置的“通道型”沉积结构。1实验部分1.1vir方面DSC50型差示扫描量热仪(岛津);MXP18型X射线衍射仪(MACScience公司);MAGNA-IR750型FTIR光谱仪(Nicolet公司);β-环糊精(化学纯,上海化学试剂中心化工厂)经水重结晶2次;胆固醇(中国新兴化工厂试剂研究所)、癸二酸(北京芳草医药化工研究所)及香兰素(上海化学试剂站分装厂)均为化学纯试剂.1.2dsc分析按文献方法制备不同物质的量的比的香兰素、癸二酸和胆固醇的β-CD包合物.称2.0mg包合物样品进行DSC分析,扫描温度25～250℃,扫描速率10℃/min;对β-CD及最佳物质的量的比的3种包合物进行XRD分析,CuKα射线,工作电压40kV,电流100mA,扫描范围5～40°,扫描速率8°/min.2结果与讨论2.1包合物物质的量的比对dsc值的影响图1为β-CD与香兰素、癸二酸和胆固醇包合物的DSC曲线.从图1(A)可以发现,在80℃附近(香兰素熔点81～83℃),随着β-CD/香兰素物质的量的比增加,游离香兰素的DSC峰逐渐减小,当物质的量的比为1∶1时,基本无游离香兰素峰,表明包合反应趋于完全.同样,从图1(B)及图1(C)可确定,β-CD与癸二酸和胆固醇包合反应的最佳物质的量的比分别为2∶1和3∶1.2.2晶体结构及晶体结构在包合物中的表达在晶体状态下,β-CD分子有“笼型”和“通道型”两种堆积结构.在“笼型”堆积结构中,β-CD分子内腔的两端均被相邻的分子阻死,从而形成独立的分子内腔;在“通道型”堆积结构中,β-CD分子在轴向依次堆积,形成长长的内腔通道,并具有“头头”或“头尾”两种排列方式.图2为β-CD及其包合物的XRD图.由图2可见,β-CD及其包合物均有0.75nm(约12°)的最高衍射峰(相对强度I/I0=1000),此衍射峰的d值相当于β-CD的内腔高度,表明形成包合物后,β-CD的内腔结构不发生变化,并呈现出明显的晶体结构周期.处于1.5nm(约6°)衍射峰的d值约为β-CD内腔高度的2倍,即上述3种包合物的晶体结构呈现出较明显的“通道型”堆积结构,且结构周期约为2个β-CD分子内腔高度(～1.5nm).在“通道型”的“头头”或“头尾”两种排列方式中,只有“头头”方式才符合2倍β-CD内腔高度的轴向结构周期.由于随机化结果,β-CD可能有“通道型”或“笼型”两种堆积结构,即使是“通道型”堆积结构,也并非仅是“头头”排列方式,故在β-CD晶体中,2倍内腔高度的轴向结构周期不甚明显(I/I0仅为80).由于β-CD与癸二酸和胆固醇分别形成2∶1和3∶1的包合物,则形成包合物后可将原来相对无序的β-CD分子“串联”起来,形成的轴向结构周期较明显(如相对强度分别为454和237).就2倍内腔高度的轴向结构周期而言,癸二酸包合物更加明显,这是因为所形成包合物的物质的量的比是2∶1,恰与轴向结构周期吻合,因此其“通道型”的“头头”排列规律就更强.此外,随轴向结构周期的加强,在其它方向的衍射峰削弱或消退(图2).与图2a相比,图2b～图2d在1.2nm(约7°)的衍射峰可看成是形成包合物的主要特征峰,并可根据该衍射峰的相对强度判断包合物的纯度.2.3c包合物结构模型根据DSC和XRD分析结果可推断β-CD/胆固醇包合物的结构模型[图3(A)].这种3∶1包合物晶体的轴向结构周期符合XRD的分析结果,从而证实了该模型的正确性.因胆固醇分子的疏水性环戊氢化菲骨架较大,在形成包合物时只能从β-CD的宽口端(仲碳羟基环带)进入β-CD内腔,而C3上的羟基则从β-CD的窄口端伸出,并与伯碳羟基形成氢键.事实上,如果客体分子的极性基团位于β-CD内腔,则形成的包合物将是不稳定体系.图4为β-CD、胆固醇及β-CD/胆固醇包合物的红外光谱,可见胆固醇及β-CD/胆固醇包合物在1056cm-1左右有吸收峰,而β-CD无此吸收峰,从而证实了C3上的羟基是伸出β-CD内腔的.被β-CD包合部分骨架的胆固醇分子仍存在较大的疏水性部分,该部分的环戊氢化菲骨架及烃链也必须从第二个β-CD分子的宽口端进入内腔(尺寸匹配性取向).因胆固醇分子的长度约为2.0～2.3nm,两个β-CD分子不能完全包合胆固醇分子,则剩余的烃链将被第三个β-CD分子包合.根据XRD分析结果,β-CD分子应采取“头头”排列方式,因此,胆固醇分子的较小烃链部分可从窄口端进入β-CD内腔,从而最终形成图3(A)所示的包合物结构模型.2.4-cd内腔的-cd包合物由DSC和XRD结果可推断β-CD/癸二酸包合物的结构模型[图3(B)].在包合物形成过程中,因癸二酸分子上的羧基与β-CD分子宽口端的仲碳羟基之间起到一种定向作用,从而使羧基首先从宽口端进入β-CD的内腔,同样,若极性基团在β-CD内腔,则体系是不稳定的,羧基应伸出β-CD内腔并与伯碳羟基形成氢键.因癸二酸分子较长(约为1.5nm),则分子的剩余部分将被第2个β-CD包合.根据XRD结果,癸二酸分子另一端的羧基将从宽口端进入并伸出窄口端与伯碳羟基形成氢键.这种包合物的结构模型符合“头头”排列的“通道型”堆积结构,且结构周期约为2个β-CD内腔的高度.2.5香兰素分子的-cd羟基香兰素分子尺寸略小于β-CD