组氨酸修饰的β-环糊精的制备及其在分子识别方面的应用开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

文献综述

前言

超分子化学的研究受到化学工作者的广泛关注。超分子化学的迅猛发展使环糊精的研究上升到一个新的水平。众所周知，环糊精是由D-型吡喃葡萄糖α(1→4)苷键首尾相连的环状分子，具有疏水的空腔和亲水的表面，可以作为主体(受体)与无机、有机和生物等客体分子(底物)结合形成主一客体或超分子配合物，它的结构特性使其作为分子受体、人工酶模型、药物载体和分子识别等在科学和技术众多领域有着广泛的应用。[1]

由于天然环糊精在物理化学性质方面的局限性，修饰基团的存在在不同程度上扩展了天然环糊精的分子键合与识别能力，因此化学修饰环糊精成为该类超分子体系的一个重要研究内容。

1超分子化学

1.1超分子化学简介

超分子化学，即超越分子概念的化学，是研究两种或两种以上具有组装能力的化学物种通过分子间较弱的相互作用形成复杂、有序且有特定功能体系的化学。

超分子是由其基本结构单元有规则、有秩序、有层次地组装产生的具有一定功能的超分子体系。具有特定功能和组装能力的单元构成超分子基本结构单元，冠醚及其衍生物、环糊精及其衍生物、杯芳烃及其衍生物是主客体化学中3种常用的重要主体。[2]

1.2超分子体系的功能

超分子体系具有三大主要功能：分子识别和自组装功能、反应性和催化功能以及信息传输功能。[3]

1.3分子识别

分子识别是指主体(受体)对客体(底物)选择性结合并产生某种特定功能的过程，是组装及组装体功能的基础。

分子识别可理解为具有特殊功能的受体分子和底物分子的成键(非共价键)和选择作用。由于识别过程可能引起体系的电学、光学性质及构象的变化，也可能引起化学性质的变化，而这些变化意味着化学信息的储存、传递及处理，故自80年代中期以来，人工分子，识别研究日趋活跃，并已导致氨基酸、多肽、核酸碱基、核苷酸、碳水化合物、甾族化合物等人工接受体的设计、合成和分子识别模型的研究。[4]

2环糊精

2.1环糊精的结构及性质

环糊精(Cyclodextyin,CD)是由环糊精葡萄糖残基转移酶(Cyclodextrin-glycosyl-transferase,CGTase)作用于淀粉、糖原、麦芽寡聚糖等葡萄糖聚合物而形成的，由6～12个D-吡喃葡萄糖基以α-1，4-葡萄糖苷键连接而成的环状低聚糖。最常见的主要有环糊精α、β、γ三种。在三种环糊精中，β-环糊精应用最为广泛，其结构如图1，

β-环糊精(β-Cyclodextyin)是由7个葡萄糖分子连续成的环状结构化合物，主体构型像个中间有空洞，两端不封闭的筒。在空洞结构中，空腔内由于受到CH键的屏蔽作用形成了疏水区。较大开口端(上端)由C2和C3的仲羟基构成，较小开口端(下端)由C6的伯羟基构成，具有亲水性。在环境中稳定，但在强酸介质中易发生裂解。有较好的热稳定性，加热到约200℃开始分解。由于其无还原端，没有还原性；容易形成各种稳定的水合物，无吸湿性；能在醇及水溶液中很好地结晶。可以将环糊精交链于聚合物上以环糊精为单体进行聚合或将官能团交链于环糊精分子上进行化学改性。[5]

2.2环糊精的应用

环糊精的特殊结构和优良性质使其在材料和化工领域极具潜力。对已有材料的改性以及新材料的合成都离不开环糊精特殊的包覆能力和分子所含众多羟基的反应能力。从近两年的文献来看，环糊精的应用主要在生物医学领域。作为药物载体和生物材料，环糊精具有良好的生物相容性。此外，环糊精在吸附材料、分离材料和阻燃材料方面也具有很好的应用前景。[7]在这里，我们主要对环糊精在分子识别方面做了些综述。

2.2环糊精分子识别机制

作为环状主体分子，CD对客体识别主要有两种方式：一种是内识别(Endo-recognition)，作用力主要有范德华力、疏水作用力、色散力等。另一种是外识别(Exo-recognition)，作用力主要是氢键力。相应于两种识别方式，CD与客体形成两种超分子：包络物和表面作用产物，其结构类型有二种：a.笼型，CD分子非同轴排列，被包含的客体分子充塞于CD腔内；b.管道型，CD分子沿轴向排列，空腔形成大约0.5～0.8nm的隧道，客体分子寄宿于隧道内。[6]

2.4化学修饰环糊精的分子识别

由于天然环糊精物理化学性质有着局限性，一般在其6-位、2-位、3-位羟基上直接引入亲电取代基，修饰基团的存在在不同程度上扩展了天然环糊精的分子键合与识别能力，因此设计和合成各种各样的化学修饰环糊精成为该类超分子体系的一个重要研究内容。

环糊精还可通过如下途径生成环糊精衍生物：（1）取代二个或更多的环糊精端轻基或次经基上的H。（2）取代一个或多个端轻基或次经基。（3）通过过氧化物的氧化破坏1个或多个C-C键。[1]

许多人工合成受体被用来研究它们与各种结构的众多客体分子包结配位作用中各种弱相互作用力的贡献及角色，修饰环糊精是其中的一大类，已被广泛用作受体分子和酶模型。然而用氨基酸，一类天然的生物分子来化学修饰环糊精的还很少。氨基酸作为在自然界生物体中必不可少的蛋白质的基本组份,其重要性是显而易见的。[10]

3结束语

综上所述，我们可以看到，有目标的设计合成出新型的环糊精衍生物作为超分子受体，在化学应用和理论研究上是一个十分诱人和极富挑战性的课题。因此，对以环糊精为受体的分子识别和分子组装的深入研究，特别是有序高级结构构筑规律的及对其衍生物的研究，无疑对超分子化学的发展具有重要意义。

本课题通过对盐酸克伦特罗、孔雀石绿等化合物的结构进行分析，拟以组氨酸修饰的β-环糊精与其包合，研究其组装特点。

参考文献：

[1]刘育，李莉，超分子体系中的分子识别以环糊精为受体的分子识别和分子组装研究最新进展[J]，自然科学进展，2000，10(11)：961-968.

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[4]唐波，刘阳，王洪鉴，孙天麟，环糊精用于分子识别分析的新进展，分析科学学报，2000，16（4）：345-352.

[5]廖才智.β-环糊精的应用研究进展.化工科技.2010,18(5):69-72.

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[7]胡杰，曹顺生，吉海燕.环糊精在高分子材料制备中的作用[J].高分子材料科学与工程，2009，25(3)：150.

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[13]ZRDomingues，MECorts，TAGomes,etal.Bioac-tiveglassasadrugdeliverysystemoftetracyclineandtetra-cyclineassociatedwithβ-cyclodextrin[J].Biomaterials.2004，25：327.

[14]张晓光，刘洁翔，范志金等.环糊精及其衍生物在农药领域应用的研究进展[J].农药学学报，2009，11(3)：291-297.

[15]孙乐，范晓东，刘郁杨王亮.氨基酸修饰环糊精的合成及表征[J].应用化学.2008，25（4）：405-408.

2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

1.研究的问题

环糊精可以作为主体(受体)与无机、有机和生物等客体分子(底物)结合形成主一客体或超分子配合物，利用此机制，本课题拟以β-环糊精(β-cyclodextyin)为原料，合成组氨酸修饰的β-环糊精，并对各阶段产物进行表征，并研究其对盐酸克伦特罗、孔雀石绿等化合物的分子识别能力。

2.实验内容及研究手段