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环糊精(Cyclodextrin,简称CD)是由六个或六个以上的D-(+)葡萄糖以α-1,4糖苷键连接而成的环状低聚糖.三种重要的CDs是α-CD、β-CD、γ-CD,分别由6,7,8个葡萄糖单元组成.CDs分子呈中空圆台形,具有亲水的外表和疏水的内腔,这种特殊结构使CDs可以和多种有机分子、无机离子、稀有气体等客体分子形成包合物.在本课题中我们选择α-,β-,γ-CD和β-CD的两个衍生物甲基-β-CD(Mono(2-O-2-methyl)-β-CD,Mβ-CD)和羟丙基-β-CD(mono(2-O-2-hydroxy propyl)-β-CD,HPβ-CD)为主体,选择了一些有机、无机药物分子作为客体,通过实验和理论手法详细研究了主客体分子间的包合现象.论文的主要内容如下:
1.通过紫外可见光谱法考察了水溶液中邻-甲氧基苯酚(Gua)分别与α-和β-CD的分子间相互作用,利用Hildebrand-Benesi方程给出了两个包合物的稳定常数(K).制备了两个固体包合物Gua-β-CD和Gua-γ-CD,利用元素分析、核磁共振、傅立叶变换红外光谱、高分辨基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱、热重以及粉末X射线衍射方法对固体包合物进行了详细表征.基于元素分析以及<1>H核磁分析的结果,固体包合物的主客体计量比被确定为1∶1.通过<1>H核磁滴定手段确定了Gua与CDs之间的稳定常数.此外,核磁滴定结果还表明Gua在包合物中位于β-或γ-CD空腔的大口端.采用半经验PM3方法研究了α-,β-以及γ-CD和Gua及其类似物苯酚(Phe)、丁香酚(Eug)之间的包合作用,阐述了这些主、客体包合作用过程中体系能量随主、客体相对位置改变而变化的细节,据此推断出主.客体包合物可能的分子结构.基于PM3方法优化得到的主一客体包合物在真空中的分子结构和通过实验方法在水溶液中测定的结构一致.
2.通过半经验PM3方法研究了真空中和水中α-和β-CD与苯酚和苯甲酸衍生物之间的包合作用.研究发现具有更负相互作用能的包合体系也具有更高的稳定常数.β-CD包合物的稳定性取决于主客体分子间的体积/形状匹配.具有较好的主客体体积匹配的包合物稳定性也较高.即使主、客体分子体积之间有较大差异,只要主客体之间有较好的结构匹配,包合物仍可以获得较高的稳定性.CD空腔的大小也会影响包合物的稳定性.α-CD与单邻位取代苯酚衍生物以及单对位取代苯酚衍生物所生成的包合物之间的能量差值均大于45 kJ·mol<-1>.
3.通过紫外可见光谱法和<1>H核磁滴定方法考察了水溶液中亚砷酸钠(NaAsO<,2>,SA)与β-环糊精(CD)、甲基-β-CD(Mono(2-O-2-methyl)-βCD,Mβ-CD)和羟丙基-β-CD(mono(2-O-2-hydroxypropyl)-β-CD,HPβ-CD)的分子间相互作用.基于紫外可见光谱和<1>H核磁滴定的结果,利用非线性最小二乘拟合给出了这些包合体系的稳定常数(K<,f>),它们的稳定性排序如下:SA-Mβ-CD>SA-β-CD>SA-HPβ-CD.基于连续变量法(Jobs plot),三个包合体系的主客体计量比确定为1∶1.通过观测不同质子化学位移值的变化,<1>H核磁滴定实验给出了所测包合物在水溶液中的可能结构:阴离子AsO<,2><->可能停留在β-,Mβ-或者HPβ-CD空腔的小口端附近.