羧甲基-β-環(huán)糊精的制備工藝研究【文獻(xiàn)綜述】

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1、畢業(yè)論文文獻(xiàn)綜述應(yīng)用化學(xué)羧甲基-β-環(huán)糊精的制備工藝研究環(huán)糊精(cyclodextrins簡稱CDs)是由環(huán)糊精糖基轉(zhuǎn)移酶作用于淀粉或直鏈糊精生成的環(huán)狀多糖。成環(huán)的葡萄糖殘基以α-1,4苷鍵相連。產(chǎn)量最大,應(yīng)用最多的是由7個(gè)葡萄糖基構(gòu)成的β-環(huán)糊精（β-CD）。β-CD具有特殊的分子結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)。它不易受酶、酸、堿以及加熱條件作用而分解。它是由七個(gè)α-D吡喃葡萄糖殘基以α-1、4苷鍵連接而成的環(huán)狀化合物。β-CD的空間結(jié)構(gòu)是上大下小的筒型,葡萄糖殘基的2、3、6位羥基位于筒壁的外側(cè),具有親水性。葡萄糖分子中的

2、C3和C5氫原子以及成苷的氧原子構(gòu)成筒的內(nèi)壁,具有疏水性。這種內(nèi)疏水外親水的結(jié)構(gòu)決定了β-CD具有分子微膠囊的性質(zhì)。它可以和許多化合物通過包合反應(yīng)生成包合物。在包合物中,進(jìn)入CD筒形空腔內(nèi)部的客體分子可以得到保護(hù),從而表現(xiàn)為抗氧化、抗光照、熱穩(wěn)定性增加、緩釋、增溶等特點(diǎn)。因而β-CD近年來在許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。但由于β-CD分子中C2和C3羥基之間形成了分子內(nèi)氫鍵導(dǎo)致其水溶性差,使之在許多應(yīng)用上受到限制。研究人員嘗試對β-CD用不同方法進(jìn)行改進(jìn)，以改變環(huán)糊精的性質(zhì)并擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。目前國內(nèi)外改性環(huán)糊精已經(jīng)有長足

3、進(jìn)展，也取得了很多成果。改性環(huán)糊精是指在保持環(huán)糊精大環(huán)基本骨架不變的情況下引入修飾基團(tuán)，得到具有不同性質(zhì)或功能產(chǎn)物，又稱環(huán)糊精衍生物，對環(huán)糊精的改性有飛常重要的意義。首先可引入基團(tuán)增加水溶性。例如，β-CD引入甲基后形成二甲基-β-環(huán)糊精，室溫下在水中的溶解度達(dá)到55g/100mL，比β-CD提高近30倍。其次，在結(jié)合位附近構(gòu)筑立體幾何關(guān)系，形成具有特殊手性位點(diǎn)環(huán)糊精衍生物，主要是將改性后環(huán)糊精應(yīng)用于分離，分析方法中。再次，對環(huán)糊精進(jìn)行三維空間改性，可提供特定幾何形狀空間。另外，還可以引入特殊基團(tuán)，構(gòu)筑有特殊功能的超

4、分子或融入高分子結(jié)構(gòu)，獲得特殊性質(zhì)的新材料。例如，具有大平面共軛體系鐵卟啉具有載氧功能，將其鍵合到環(huán)糊精上有望成為人造血漿功能成分。3根據(jù)改性方式不同可將改性環(huán)糊精分為化學(xué)法改性環(huán)糊精和酶工程法改性環(huán)糊精兩類?；瘜W(xué)法是利用環(huán)糊精分子外表面醇羥基進(jìn)行酯化、醚化、氧化、交聯(lián)等化學(xué)反應(yīng)，引進(jìn)新的功能基團(tuán)。主要有環(huán)糊精醚衍生物，環(huán)糊精酯衍生物，橋聯(lián)環(huán)糊精，環(huán)糊精高分子衍生物等。酶工程法是利用環(huán)糊精葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶或普魯藍(lán)酶等將單糖或低聚糖結(jié)合到環(huán)糊精上，形成分支環(huán)糊精。改性環(huán)糊精水溶性大大提高，或具有原環(huán)糊精母體不具備功能性質(zhì)

5、，因此在食品，藥物，農(nóng)業(yè)，環(huán)保，色譜分離等領(lǐng)域被越來越廣泛的應(yīng)用。在食品方面，β-CD作為食品添加劑，具有無毒、無味、在人體內(nèi)易水解為葡萄糖分子的特點(diǎn)。在食品的加工和保存過程中β-CD與食品中的成分形成包合物，增加了這些成分的抗氧化、抗光照及熱穩(wěn)定性。由于包合作用是在水溶液中進(jìn)行的可逆過程。β-CD的低水溶性決定了其在水溶液中只有很低濃度，在20℃濃度為0.016mol/L，不利于包合作用的正向進(jìn)行。而水溶性的環(huán)糊精衍生物有很高的溶解度，反應(yīng)客體分子濃度也相應(yīng)的增高，從而得到更高的收率以及很好的包合效果。在藥物中，水

6、溶性環(huán)糊精衍生物能大大難溶藥物在水中的溶解度的，提高難溶藥物的穩(wěn)定性和生物利用度。水溶性環(huán)糊精還能改善藥物在鼻粘膜和直腸粘膜吸收，改善藥物透皮吸收。在色譜分析中，改性環(huán)糊精特別適用于分離異構(gòu)體和對映體，在氣相色譜、高效液相色譜、超臨界流體色譜、電動色譜和毛細(xì)管區(qū)帶電泳、凝膠電泳中都有應(yīng)用。在環(huán)保方面，環(huán)糊精衍生物也可以作為生物解毒劑，分離和消除有毒物質(zhì)。改性環(huán)糊精還能用于化妝品香精的緩釋和增溶。農(nóng)業(yè)上環(huán)糊精衍生物還能改變作物的生長特性和產(chǎn)量。羧甲基-β-環(huán)糊精（CM-β-CD）是β-CD的利用化學(xué)法改性的環(huán)糊精衍生物

7、，也是應(yīng)用最為廣泛的環(huán)糊精衍生物之一。β-CD的羧甲基化可以大幅度地增加水溶性。在藥學(xué)領(lǐng)域中，F(xiàn)ernandez等報(bào)道了羧甲基-β-CD(CM-β-CD)聚合物在提高胰乳蛋白酶熱穩(wěn)定性方面的作用。Cserhati等研究了17種甾族藥物與CM-β-CD的作用,研究表明CM-β-CD可以減小大部分藥物的疏水性。在pH較低的溶液中,羧甲基-β-CD溶解度很低,但在中、堿性溶液中,由于羧基解離,可以任意濃度溶解。故而陰離子型β-CD有利于藥物在胃液中緩釋,在腸液中快速釋放,作為藥物延遲釋放型載體材料有潛在的應(yīng)用價(jià)值。羧甲基-

8、β-環(huán)糊精的合成原理是β-環(huán)糊精和一氯乙酸在堿性介質(zhì)中發(fā)生SN2取代反應(yīng)，得到醚化產(chǎn)物CM-β-CD(β-CD-O-CH2COO-)，基于下述反應(yīng)，環(huán)糊精分子的反應(yīng)位點(diǎn)是其環(huán)上的羥基：β-CD-OH+NaOH→β-CD-O-+H2O+Na+OH-3β-CD-O-+Cl-CH2COOH→β-CD-O-CH2COO-+Cl-β-CD為7個(gè)葡萄糖結(jié)