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user: 2. 环糊精包合技术的发展 2.1. 环糊精简介 环糊精(Cyclodextrin，简称CD)是由直链淀粉酶在转移酶的催化作用下形成的许多低聚糖的总称，其分子具有略呈锥形的中空圆筒立体环状结构，在其空洞结构中，外侧上端(较大开口端)由C2和C3的仲羟基构成，下端(较小开口端)由C6的伯羟基构成，具有亲水性，而空腔内由于受到C-H键的屏蔽作用形成了疏水区。由于环糊精具有内疏水，外亲水的空腔结构，因此它能像酶一样提供一个疏水性的结合部位，可以与许多客体分子络合。图1为最为常见的三种天然环糊精，分别为α-环糊精、β-环糊精和γ-环糊精，分别含有6、7、8个葡萄糖单元 [ 6 ] 。图2为穿过环糊精空腔的亲水性。 环糊精能大量存在于强碱性介质中，但在强酸介质中不易存在，会发生解离；有机、无机分子进入 图1. 常见的三种天然环糊精 图2. 穿过环糊精空腔的亲水性 环糊精空腔内形成包合物，会改变客体分子的性质，提高其使用效果及利用率，因此被应用于各行各业。 2.2. 环糊精对于客体分子的包合作用 2.2.1. 环糊精与有机客体的氢键结合包合 环糊精对于有机物有很强的包合和识别能力。国内外很多研究人员对此进行了深入的探索和研究。研究表明，环糊精在进行包合时，由于环糊精空腔是疏水性的，所以其一直处于排水状态，客体分子进入空腔后通过环糊精的R基团与客体分子之间形成氢键从而得到稳定的环糊精包合物。水溶性有机分子能存在于包合物中，与主体分子发生特殊的相互作用，所以水溶性有机分子对包合物的形成与稳定也起到了一定作用。孙宏元等将环糊精应用于有机化学的加成反应，环糊精通过包合作用将反应物转入水相，使反应物之间更接近，让加成反应在温和条件下就能顺利进行 [ 7 ] 。奇强的研究中根据包合物合成的一般方法，结合所研究客体的不同性质，主要采用了湿法包合中的溶液包合法和滴加法 [ 8 ] 。例如，图3为β-环糊精–三乙醇胺包合物晶体结构透视图 [ 8 ] 。 环糊精有机包合物的制备方法可根据客体分子的溶解性差异进行选择。在包结过程中，环糊精与客体分子之间的结合力主要有氢键、范德华力、水的释出和疏水作用等，目前环糊精包合作用应用于有机物的研究越来越广泛。比如在绿色有机物的合成方面和有机污染物的治理方面等等。洪诗斌等 [ 9 ] 研究了环糊精作为有机催化剂对有机反应的催化作用。陈金娥等 [ 10 ] 研究了β-环糊精/萘酚对有机小分子的识别作用。陆洪军等 [ 11 ] 对β-环糊精金属有机骨架材料的合成及对阿奇霉素的包合的研究，表明环糊精包合技术能被应用于有机金属材料领域。 2.2.2. 环糊精与无机物的静电包合 不同的无机物有不同的直径大小，环糊精与空腔之间的连接孔径大小也有所不同，所以无机物可通过不同的孔径进入到环糊精空腔内。因此环糊精与无机物的包合作用过程比较简单，分析起来也比较容 图3. β-环糊精–三乙醇胺包合物晶体结构透视图 易。其中研究较广泛的是环糊精与无机离子的包合作用。它们之间的包合主要通过静电处理完成，其中较为常见的是等量的包合。比如修饰环糊精与金属离子作用便得到环糊精衍生物的配合物 [ 12 ] 。环糊精与无机离子聚合物混合在温水，便可以实现2者的自动结合。 2.2.3. 环糊精与过渡金属的二元包合 环糊精包合过渡金属是属于二元包合，最早发现环糊精作为主体分子能对过渡金属配合物产生识别作用而形成第二配位圈化合物的是Breslow [ 13 ] 。1986年Alston等利用X-ray衍射分析首次解析了过渡配合物的环糊精包合物的晶体结构 [ 14 ] 。碱性溶液中环糊精可直接与过渡金属发生包合作用，比如环糊精分子内部两个葡萄糖单元的四个二级羟基与铜离子或者锰离子通过羟桥而形成双核配合物 [ 15 ] 。Alston等利用x-射线首次解析了过渡金属配合物的环糊精包合物的晶体结构，结果显示配合物中的疏水性配体进入了环糊精空腔，暴露于环糊精羟外的某些配体 [ 16 ] 。 2.3. 环糊精(CD)包合物的表征方法 常见的环糊精包合物的鉴定方法如表1所见。 2.3.1. 相溶解度法 客体物质与环糊精包合前后的溶解度是有差异的，可以通过其在水中或在溶剂中的溶解程度来判断环糊精包合物。相溶解度法使用范围比较广，离子型、非离子型、荧光、非荧质体均可用此法，与其他方法相比，该法具有的突出优点是在测定包合形成常数的同时，能获得包合后被包合质体的溶解行为，以及环糊精对药物的增溶效应，这也就为环糊精在药物中的应用，获得了更多的信息 [ 17 ] 。 2.3.2. 紫外可见分光光度法 用紫外可见分光光度计测定一系列样品的吸光度，得到吸收光谱图，通过吸收峰的位置，高度，宽 Table 1 The common identification methods of cyclodextrin inclusion compoun 名称 方法 原理 应用范围 备注 相溶解度法 通过包合前后客体分子溶解度的不同进行判断。 绘制包结物的溶解度曲线 离子型、非离子型、荧光、非荧光质体均可采用此法。 此方法可计算包合物的稳定常数。 紫外可见分光光度法 根据吸光度的不同进行判断。 基于物质与电磁辐射作用 测定波长范围在190~800 nm内的物质。 此方法可用于杂质检测。 红外光谱法 根据红外吸收光谱进行定量分析的方法。 分子吸收红外光谱发生振动能级跃迁 拥有不同化学键和官能团的有机物。 特征性强、测定速度快，操作简单。 荧光分析法 根据物质反映出的特性荧光进行判断。 物质被紫外光照射后处于激发态，激发态会发出特定的荧光。 发荧光的有机物质和无机物质。 可以使用荧光试剂扩展分析范围。 差示扫描量热法 一种热分析法。 在程序控制温度下，测量功率差与温度的关系。 适用于无机物、有机物及药物分析。 该法使用温度范围广、分辨率高、试样用量少。 表1. 环糊精包合物常见的鉴定方法 度就可以检测出环糊精包合物。紫外可见分光光度法中测定包合物组成比的方法有：1) 摩尔比法，环糊精和客体分子的浓度不变，改变2者的包合比，当所求摩尔分数最大时所得包合物浓度最大，包合损耗最小，效果最好。2) 连续变异法，使客体分子浓度不变，增大环糊精浓度；该方法具有设备成本低、操作简单、选择性好、灵敏度高和线性范围广等优点，便于实际应用 [ 18 ] 。胡雪原等 [ 19 ] 利用紫外可见分光光度法测定姜黄素二甲基-β-环糊精的包合氯。 2.3.3. 红外光谱法 环糊精分子的特征吸收频率在400~3800 cm −1 范围内，与淀粉的吸收频率接近。如果客体分子含有不同的基团就会在相应的波长附近有吸收，从峰形、峰位和强度的变化可以判断客体分子是否进入空腔，以及互相作用力的性质。例如，郭留城等 [ 20 ] 采用红外光谱仪测定甲硝唑，β-环糊精及甲硝唑-β-环糊精物理混合，甲硝唑-β-环糊精包合物红外光谱图。岳金金等 [ 21 ] 利用红外光谱分析法鉴定了厚朴酚-β-环糊精包合物，鉴定时在加热状态下将包合物与溴化钾混匀，混匀后制成溴化钾压片，再进行红外光谱扫描。刘华卿等研究了客体分子间的包合作用主要靠范德华力结合而非形成化学键，化学键的力常数包合前后没有变化 [ 22 ] ，图4为1.0 mg β-环糊精和丹皮酚包合物(上)，1.0 mg β-环糊精和丹皮酚混合物(下)红外图谱 [ 22 ] ，右图可知包含前后官能团峰形基本一致，由于包合物的形成过程中电荷转移、氢键结合使得官能团特征吸收波数略有变化。 2.3.4. 荧光分析法 荧光分析法可分为原子荧光分析、分子荧光分析法和X-射线荧光法。荧光分析法是根据荧光光谱图测定物质含量的方法。因此利用荧光分析法可测定环糊精包合物的含量。荧光分析法的抗干扰能力和稳定较好，用其对市售的洋葱、茴子白等蔬菜上的氯氰菊酯进行检测，能得到满意的结果 [ 23 ] 。 2.3.5. 差示扫描量热(DSC)法 差示扫描热法是当样品因热效应而发生变化对其提供热量保持样品温度不变，进行检测的方法，此方法的准确度和灵敏度都较高，因此适用于环糊精包合物的鉴定。刘侠等利用DSC法鉴定羟丙基-β-环糊精包合物，DSC法鉴定羟丙基-β-环糊精包合物中客体的性质及其所研究的目的 [ 24 ] 。 图4. β-环糊精–丹皮酚包合物(上)和混合物(下)红外图谱