超支化环糊精聚合物研究进展_邹在平
第二代超分子主体化合物环糊精化学研究的新进展
收稿日期：2014-12-08基金项目：陕西省植物化学重点实验室基金资助项目（09JS066）；陕西省教育厅自然科学基金资助课题（04JK147）；宝鸡文理学院自然科学基金资助课题（zk12014）作者简介：张来新（1955-），男，汉族，陕西周至人，宝鸡文理学院化学化工学院教授，硕士生导师，主要从事大环化学研究及天然产物分离提取。
DOI ：10.16247/ki.23-1171/tq.20150446Sum 235No.04化学工程师Chemical Engineer2015年第04期淀粉经某种特殊酶（如环糊精糖转化酶）水解得到的环状低聚糖为环糊精（cyclodextrin,缩写CD ）。
环糊精一般是由6,7或8个等单位D-吡喃葡萄糖通过α-1,4-糖苷键结合而成的锥柱或截顶圆锥形环状化合物[1]。
具其所含葡萄糖单位的个数（6,7或8）分别称为α-、β-、或γ-环糊精（α-、β-、或γ-CD ）。
由于环糊精具有疏水的内腔和亲水的外壁，而疏水的内腔可以包结多种有机、无机及生物小分子，这一独特的性能被广泛用来构筑超分子建筑块。
通过对环糊精结构的化学修饰，可以调节环糊精主体与客体间弱作用的协同效果，从而有效地扩展天然环糊精对客体的键合能力和选择性。
同时由于环糊精的低毒性，可以在药剂学上彰显出广阔的应用前景，即用来提高药物的溶解度，增加药物的稳定性等[2]。
不仅如此，在医药上，环糊精能有效地增加一些水溶性不良的药物在水中的溶解度和溶解速度，如前列腺素-CD 包合物能增加主药的溶解度从而制成注射剂。
它还能提高药物（如肠康颗粒挥发油）的稳定性和生物利用度；减少药物（如穿心莲）的不良气味和苦味；降低药物（如双氯芬酸钠）的刺激性和毒副作用；以及使药物（如盐酸蘖碱）缓释和改善剂型。
在分析化学上，由于环糊精是手性化合物，它对有机分子有进行识别和选择能力，已成功的应用于各种色谱与电泳方法中，以分离各种异构体和对映体。
超支化聚合物合成的研究进展
超支化聚合物合成的研究进展超支化聚合物是一类高度支化的三维大分子，由于其独特的结构和性质以及潜在的应用，已经在高分子材料领域得到快速发展。
综述了超支化聚合物合成方法的研究进展，其中主要介绍单单体法（SMM）、双单体法（DMM）、偶合单体法（CMM）以及点击化学法，同时对超支化聚合物的发展前景进行了分析和展望。
标签：超支化聚合物；大分子；合成树状支化大分子（Dendritic macromolecules）由于独特的分子结构而表现出线性聚合物没有的低黏度、高溶解度等特性，近年来受到学界的高度关注[1]。
树状支化大分子根据结构特征可分为树枝状大分子（Dendrimer）和超支化聚合物（Hyperbranchedpolymers）[2]，其中树枝状大分子具有高度规整的完美结构，最先受到学界的关注。
1985年，Tomalia等[3]发表了关于星型树枝状大分子的文章，其产物结构完美，但不管是采用收敛法还是发散法[4]合成，都需经过多步反应及提纯，复杂的合成过程增加了成本，阻碍其工业化发展。
此外，很多应用领域并不需要完美结构的聚合物，因此与树枝状大分子结构性质类似的超支化聚合物开始进入大众的视野[5]。
超支化聚合物的结构虽不及树枝状大分子完美，但合成和纯化简单，通过一步法[6]或准一步法[7]即可合成，从而大大节约成本，有利于工业化发展。
1988年，Kim和Webster采用一步法合成高度支化的聚苯，并将此类聚合物命名为超支化聚合物[8]。
此后，一系列不同结构功能的超支化聚合物被合成，如聚酯[9]、聚硫醇[10]、聚氨酯[11，12]等。
超支化聚合物具有三维立体结构，分子链间缺少缠结，因此其熔融黏度较等分子质量的线性聚合物低；末端带有大量的活性基团，使其具有高溶解度[13]；进一步对其末端基团改性，可以赋予超支化聚合物更多特殊的功能。
由于超支化聚合物诸多的优点，现已拓展到涂料[14，15]、纳米复合材料[16，17]、生物传感器[18]及药物运载[19]等领域。
环糊精的进展研究
环糊精的研究进展环糊精是一类由D-吡喃葡萄糖单元通过α-1,4 糖苷键首尾连接而成的大环化合物，常见的α-、β-和γ-环糊精分别有6、7 和8 个葡萄糖单元。
由于每一个吡喃葡萄糖单元都是4C1椅式构象，整个分子呈截顶圆锥状腔体结构。
南开大学的刘育等[1-2]在环糊精方面做了大量的研究工作，其早期的相关工作主要集中在环糊精的衍生物修饰方法、与小分子客体的分子识别、酶模拟等方面。
所谓化学修饰就是将环糊精的伯或仲羟基中的一个、两个⋯⋯甚至全部通过生成醚、酯或者进一步转换成含有其它功能团的CD衍生物的过程。
为此扬州大学的周楠等人以β- 环糊精和对苯磺酰氯为初始原料在碱性条件下反应，将环糊精L-6位伯羟基取代为甲苯磺酰基，得到单-6-对甲苯磺酰基-β-环糊精，将产品溶解在DMF中与Nal 反应，得到单-6-碘-β-环糊精，上述产品用DMF溶解，与咪唑反应，得到单-6- 脱氧-6-（咪唑）-环糊精碘盐，即β-环糊精季铵化咪唑类离子液体[3]。
该研究将在有机合成、有机催化、对映体拆分及电化学研究中得到应用。
为此，华东大学的赵曙辉等人以-环糊精（β-CD）母体经磺化、叠氮化、叠氮还原、酰化得到环糊精衍生物-单-（6-2,3- 二溴丙酰胺基-6-去氧）-β-环糊精，其活性基能与羊毛上的氨基反应。
并采用水相法将其产率提高35.51%[4]。
壳聚糖由于其来源丰富，价格低廉，易于功能化修饰，环糊精空腔内疏水外亲水的独特结构和易于改性的特征，可以据不同目的来设计具有特殊结构和高度选择性的主体分子，为此北京理工大学的杨凯等人将壳聚糖的2-NH2保护后,对其6位-OH 定位对甲苯磺酰基化，再采用氨基取代的环糊精衍生物对壳聚糖6-OH上固载[5]的对甲苯磺酰酯基进行亲核取代，脱除壳聚糖氨基保护后构筑了壳聚糖6-OH 定位固载环糊精的超分子主体物，期望能在材料科学、生命科学、环境科学的研究中得到应用。
环糊精的外缘亲水而内腔疏水, 利用静电纺丝工艺制备了纳米纤维，并由稀酸刻蚀Fe2O3 纳米粒子而得到具有超分子功能的多孔纳米纤维，从而增加了纤维内部β-环糊精与染料分子的接触面积，达到提高纤维吸附性能的目[6]。
环糊精及其衍生物的研究进展-欢迎访问南京师范大学
环糊精及其衍生物的研究进展1宋赛杰，2何春兰，2崔雷蕾，2何静雯（1南京师范大学强化培养学院，江苏南京2100462南京师范大学化学与材料科学学院，江苏南京210046）摘要：环糊精具有外亲水内疏水的空腔结构，能够与许多分子结合形成包合物，具有诸多良好的效应[1]。
本文综述了环糊精及其衍生物的研究进展，主要对其在生物医学、环境保护、食品安全检测、超分子等方面进行介绍。
关键词：环糊精，结构，性能，研究进展0引言中国科学院院士徐光宪指出：环糊精超分子科学是21世纪化学领域11个突破口之一[1]。
作为碳水化合物化学的重要分支，环糊精的研究受到国内外众多学者的广泛关注。
环糊精（cyclodextrins,CD）是由芽孢杆菌属（Bacillus）的某些种产生的葡萄糖基转移酶（CGTase）作用于淀粉而产生的一类环状低聚糖，由Villiers在1891年首次发现，并于1935年由Freudendenberg和French表征了其结构。
自20世纪70年代以来，由于环糊精的毒理学研究报告的给出，环糊精化学的研究进入鼎盛时期，在药物、食品、化妆品、分析化学等领域有诸多应用[1-2]。
1环糊精及其衍生物简介1.1环糊精的结构环糊精(CD)是由D-吡喃葡萄糖单元以α-1,4-糖苷键结合形成的一类环状化合物，主要研究的是具有6~8个葡萄糖单元的分子，分别称为α-环糊精、β-环糊精、γ-环糊精。
组成环糊精的D-葡萄糖单元都是呈椅式构像，各糖基不能围绕糖苷键自由旋转，因此环糊精的立体结构略呈锥状的圆筒形。
其小口端是由C-6位上的7个伯羟基组成，大口端由C-2和C-3位上的14个仲羟基组成，因其羟基聚集在分子外侧边缘，故环糊精外壁具有较强的亲水性；环糊精内腔是由C-3和C-5位上的氢原子与C-4位上的氧原子组成，由于氢原子对氧原子的屏蔽作用，环糊精内腔具有较强的疏水性。
由于这样的结构，环糊精能够包埋许多有机、无机化合物[1-4]。
侧链含有环糊精的聚合物的研究进展
环糊精通过化学键与聚合物侧链 连接， 环糊精 空腔一般为空 ， 与各种小分子包合形成侧链聚合物 ， 对于不 同立体 结构 的分 子 具 有选 择 性 ， 分 析化 学 在 方面有潜 在 的应 用 ， 如药 物运 输 系统 等 ¨ 。 ］
ｂ ｔ ｅ ｌｃ ｌ ｒ ．Ｗ ｈｅ ｈ ｏｙ ｒｓｄｅ ｃ ｉ ｓ ｐ ｌｍｅ ｉ ｈａｎ ｎ ｅ ａ ｔｗｉ ＣＤ ｙ ｃ ｅ ｃ ｌｂ ｎ ｓ ｈｅｃ ｃｏ ｘｒｎ ｈ ｂ ｈ ｍｉａ ｏ ｄ ，ｔ ｙ ｌｄｅ ｔｉ
空， 可与小分子包合 ， 对不同立体 结构的分子具有选择性 ， 在分析化学方面具有潜在 的应用 。当聚合 物侧链 与环糊精包合 时， 环糊 精空腔与一定结构 的侧链包合 ， 形成侧链 型多聚（ 轮烷 。侧链型环糊精基多聚（ ） 准） 准 轮烷 的结 构 、 性能独 特 ， 在许多领域具有潜 在的应用。本文介绍了国内外文 献中关 于侧链 含有环糊精的聚合物 的研究进展 ， 包括合成方法 以及在各领域 的应用 等。 关键词 ： 环糊精 ； 侧链 型 ； 聚合 物 ； 包合物 中图分类号 ： ６６ １ ０ ３ ． ２ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ：０ ８—０ １ ２ １ ） ３—０ ４ ４ １０ ２ Ｘ（０ １ ０ ０ ３—０
ｄ ｆ ｒｎｔ ｈ ｅ — ｄｍｅ ｓｏ ｌ ｔｕ ｔ ｒ ｍｏ ｅ ｕｌｓ， ｗｈｉｈ ａ ａ ｏ ｅ ｔａ ａ ｐ ｉ ａｉ ｎ ｎ ｎ ｌ ｔｃ ｌ ｉ ｅ ｅ ｔ ｒ ｅ ｆ ｉ ｎ ｉｎａ Ｓｒ ｃ ｕ ｅ ｌｃ ｅ ｃ ｈ ｓ ｐ ｔｎ ｉ ｌ ｐ ｌｃ ｔｏ ｉ ａ ａｙ ｉａ ｃ ｍｉｔｙ Ｗ ｈ ｎ ｔ ｉ ｅ ｃ ｉ ｓ ｏ ｏｙ ｒ ｎ ｙ ｌ ｄ ｘ ｒｎ ｃ ｍｅ ｉ ｃｕｓｏ ｏ ｏ ｎ ｈｅ ｓｒ ． ｅ ｈｅ ｓｄ ｈａｎ ｆｐ ｌｍｅ ｓ ａ ｄ ｃ ｃｏ ｅ ｔ ｓ ｂｅ ｏ ｎ ｌ ｉ ｎ ｃ ｍｐ ｕ ｄ，ｔ ｅ ｓｄ ｉ ｈ ｉ ｅ—
环糊精为基础的超分子生物材料的研究进展
与产科杂志,2008,24(1):10212.[4] 王雪梅,戚桂杰.165例胎儿发育畸形原因分析.中国妇幼保健,2008,23(9):1245.[5] 李翠英.T ORCH感染与临床研究新进展.医学综述,2003,9(10):6042606.[6] 刘瑾,顾晓慧,叶国玲,等.孕妇T ORCH感染与胎儿畸形的关系.第四军医大学学报,2004,25(18):168221685.[7] 何建萍,雷谨,李霖华.昆明地区孕妇T ORCH感染的检测分析.中国优生与遗传杂志,2005,13(2):76.[8] 韩虹,杨辉,夏丽.先天性T ORCH感染与头颅CT对照的临床分析.中国优生与遗传杂志,2004,12(5):1252126.[9] 陈志辉,林谷珍,唐南洪,等.妊娠期ToRCH感染对胎、婴儿生长的影响.Jof ujian Medical University,1997,31(4):4022404. [10] 谭先杰,向阳,孙念怙.T oRCH宫内感染的产前诊断.中华妇产科杂志,1996,31:701.[11] Donner C,L iesnard C,Content J,et al.Prenatal diagnosis of52p regnacies at risk f or congenital cyt omegal ovirus infecti on.ObstetGynecol,1993,82:481.[12] 韦海春.妊娠梅毒宫内感染阻断研究.现代中西医结合杂志,2009,18(17):208522086.[13] Oppenhei m er EH,Hardy JB.Congenital syphilis in the nr wborninfent:clinical and pathol ogical observati ons in recent cases.JohnsHopkinsMed J,1971,129(2):63282.[14] 马晓燕.24例妊娠合并梅毒的分析.医学检验与临床,2008,19(5):94.[15] 王晓玲,赵智勇,葛昌玲,等.新生儿宫内感染68例临床分析.临床合理用药,2009,12(12):36237.[16] 邱洪斌,王景涛,王柏欣,等.宫内感染致脑发育损害的动物模型研究.黑龙江医药科学,2008,31(2):46247.[17] 刘崇莲.胎儿畸形的病因分析与防治.井冈山医专学报,2003,10(3):43.[18] 李玲,张为玺,李敏.156例胎儿畸形分析.现代医药卫生,2007,23(20):307623077.[19] 杨道楠.先天畸形的病因分析及优生咨询.中国计划生育学杂志报,1999,55(11):5242526.环糊精为基础的超分子生物材料的研究进展姚立 李春来【摘要】 系统地综述了近年来有关环糊精超分子生物材料的研究现状。
超支化聚_环糊精_的合成与表征
Vol .29高等学校化学学报No .12008年1月 CHE M I CAL JOURNAL OF CH I N ESE UN I V ERSI TI ES 193～196超支化聚(β2环糊精)的合成与表征田 威,范晓东,姜 敏,丁文秀,王 昊,刘郁杨(西北工业大学理学院应用化学系,西安710072)摘要 通过硅氢加成反应,以AB x 型功能化β2环糊精大单体为原料,采用一步法合成出新型超支化聚(β2环糊精)高分子.AB x 大单体由单取代对甲苯磺酰化β2CD 依次与烯丙基胺、1,1,3,32四甲基二硅氧烷(含氢双封头)及丙烯酰氯反应得到.采用1H NMR,13C NMR,29SiNMR 和飞行时间质谱对AB x 大单体及其聚合物的结构进行了表征.利用凝胶渗透色谱/多角度激光光散射(SEC /MALLS )联用仪得到了超支化聚(β2环糊精)的分子量、分子量分布及本体黏度.关键词 AB x 型环糊精大单体;超支化聚合物;超支化聚(β2环糊精);硅氢加成中图分类号 O631 文献标识码 A 文章编号 025120790(2008)0120193204收稿日期:2007208214.基金项目:国家自然科学基金(批准号:20674060)和西北工业大学研究生创业种子基金(批准号:Z200767)资助.联系人简介:范晓东,男,博士,教授,博士生导师,主要从事高分子药物控制释放载体及超支化有机硅的研究.E 2mail:xfand@近年来,超支化聚合物因其特有的结构及性能已引起了科研人员的高度关注[1].与线性聚合物相比,超支化聚合物具有低黏度和良好的溶解性;与树枝状聚合物相比,超支化聚合物的合成方法简单且分离提纯较容易[1,2].因此,超支化聚合物在涂料、复合材料、黏合剂及药物载体等领域具有广泛的应用前景[1～3].环糊精(Cycl odextrin,CD )是一种中空环状低聚糖化合物,分子形状略呈锥形,锥腔具有内疏水和外亲水的特点[4].环糊精分子的这种独特的双亲性结构使其具有识别多种客体化合物并与之形成超分子包合物的特性[4,5].CD 经高分子化后,既能保持其原有的包合和缓释能力,又兼具有良好的化学可调性,因此是一类理想的药物控制释放载体材料[4～6].自从Ki m 等[7]率先合成出超支化聚苯以来,国内外研究人员已成功制备出超支化聚酯、聚醚、聚胺、聚酰胺、聚胺酯、聚酯胺、聚有机硅烷和聚糖等多种不同结构的超支化聚合物[1～3].目前,CD 与树形聚合物(包括树状与超支化聚合物)相结合的研究主要集中在以改性的CD 单体为核接枝树状低聚糖及超支化聚(砜2胺)[8,9]、或在树状聚酰胺2胺外端用功能化的CD 单体对其进行改性[10]或用CD 对树状及超支化聚合物端基进行物理包合[11,12]等方面;但以功能化的环糊精为单体直接合成超支化聚合物的研究尚未见报道.本文以功能化的AB x 型环糊精大单体为原料,合成出一种新型的超支化聚(β2环糊精),为进一步的药物控制释放研究奠定了基础.1 实验部分1.1 试剂与仪器按文献[13]方法合成6位单取代对甲苯磺酰化β2CD (Mono 2OTs 2β2CD );烯丙基胺,化学纯,山东铭兴化工有限公司;1,1,3,32四甲基二硅氧烷(含氢双封头),化学纯,浙江三门乡有机硅助剂厂;氯铂酸(Pt 质量分数为39),分析纯,陕西开达化工有限公司;丙烯酰氯,工业级,海门贝斯特精细化工有限公司,在对苯二醌存在下精馏后使用;其它化学试剂均为分析纯.B ruker AV 2500核磁共振仪,DMS O 为溶剂,四甲基硅为内标;德国Vari o EL Ⅲ型元素分析仪;岛津Krat os CFRp lus 型飞行时间质谱(MALD I 2T OF MS )仪;凝胶渗透色谱/多角度激光光散射(SEC /MALLS )联用检测装置,以DMF /L i Cl 为流动相,于40℃测定分子量、分子量分布及本体黏度,进样量012mL,溶剂流出速度015mL /m in .1.2 6位单取代烯丙基胺胺化β2CD (M ono 2ALA 2β2CD )的合成将Mono 262OTs 2β2CD (11289g,1mmol )溶于过量的烯丙基胺(517g,011mol )中,完全溶解后加入少量对苯二酚,于80℃反应2d .反应结束后,旋转蒸发除去多余的烯丙基胺,再用DMF 溶解产物,并在大量的丙酮中沉淀,抽滤,重复3次操作后得到目标产物,于室温下真空干燥5d 并置于干燥器中备用.1H NMR,δ:3116～3185(β2CD p r ot ons );4183(7H,C1—H );4162(6H,C6—O —H );5171～5178[14H,C2,3—O —H )];2174,2190(2H,β2CD —C H 2—NH —);3112(2H,β2CD —NH —C H 2—);5116～5130(2H,—CH C H 2);5190(1H,—C H CH 2);C 45H 75O 34N ・9H 2O 元素分析实验值(%,计算值):C 40134(40145),H 6155(7102),N 0197(1105);MALD I 2T OF MS,m /z :117218.1.3 6位单取代硅氢化β2CD (M ono 2ALA 2T MD S O 2β2CD )的合成将上述合成的Mono 262ALA 2β2CD (01587g,015mmol )溶于2mL DMF 中,将含氢双封头(3135g,01025mol )溶于7mL DMF 中,再将其滴加入到Mono 262ALA 2β2CD 溶液中,加入催化剂氯铂酸,于60℃反应3d .反应结束后旋转蒸发除去多余的含氢双封头和DMF,再用丙酮溶解,抽滤除去少量未反应的Mono 262ALA 2β2CD ,最后旋转蒸发除去丙酮得到目标产物,室温下真空干燥5d 后置于干燥器备用.1H NMR,δ:3117～3156(β2CD p r ot ons );4175(7H,C1—H );4129(6H,C6—O —H );5148～5162[14H,C2,3—O —H ];2165,2181(2H,β2CD —C H 2—NH —);3125(2H,β2CD —NH —C H 2—);1188(2H,—NH —CH 2—C H 2—CH 2—);1127(2H,—NH —CH 2—CH 2—C H 2—);0105[6H,—Si O (CH 3)2—];0111(6H,—OSi (C H 3)2—H );4160(1H,≡Si —H );C 49H 89O 35NSi 2・13H 2O 元素分析实验值(%,计算值):C 38123(38115),H 7186(7151),N 0185(0191);MALD I 2T OF MS,m /z 130814.1.4 AB x 型环糊精大单体的合成将Mono 262ALA 2T MDS O 2β2CD (21616g,2mmol )溶于13mL DMF 中(溶液A ),将过量的丙烯酰氯(1144g,01016mol )溶于10mL DMF (溶液B ).室温下以15滴/m in 的速率将溶液B 缓慢滴入溶液A 中,于70℃反应24h .反应结束后旋转蒸发除去过量的丙烯酰氯,在大量冷的丙酮中析出固体,抽滤,重复3次后得目标产物,室温下真空干燥5d 置于干燥器中备用.合成路线见Sche me 1.Sche m e 1 Syn thesis routes of AB xF i g .1 29S i N M R spectru m of AB x 1H NMR,δ:3138～3177(β2CD p r ot ons );4190(7H,C1—H );4135(6H,C6—O —H );5158～5175(14H,C2,3—O —H );4185(1H,≡Si —H );2175,2194(2H,β2CD —C H 2—NH —);3128(2H,β2CD —NH —C H 2—);1154(2H,—NH —CH 2—C H 2—CH 2—);1131(2H,—NH —CH 2—CH 2—C H 2—);0108[6H,—Si O (CH 3)2—];0113(6H,—OSi (C H 3)2—H );5186～5189,6123～6127(2H,—CH C H 2);6105～6111(1H,—C H CH 2);13C NMR,δ:102143(C1);82161(C4);73141,72168,72101(C3,C5,C2);70157(C3′);69149(C5′);63192(C6′);60163(C6);0103[—OSi (C H 3)2—H ];0172[—Si O (C H 3)2—];13153(—CH 2C H 2Si —);20168(—C H 2CH 2Si —);52159(β2CD —NH —C H 2—);47189(β2CD —C H 2—NH —);125142(—C HCH 2);128187(—CH C H 2);162122(—C OO —);29Si NMR,δ:-18171[—Si O (CH 3)2—];-22157[—O Si (CH 3)2—H ](见图1);元素分析实测值(%):C 46182,H 6171,N 0195;MALD I 2T OF MS,m /z :491高等学校化学学报 Vol .29 142911.1.5 超支化聚(β2环糊精)的合成将AB x 单体(015g )溶于2mL DMF 中,加入催化剂氯铂酸,于100℃和氮气保护下反应4d .反应完毕后在大量丙酮中析出固体,抽滤,重复3次操作,得目标产物,室温下真空干燥5d 并置于干燥器中备用.F i g .2 1H N M R(A,C)and 13C N M R spectra(B,D )of AB x (A,B)andhyperbranched poly(β2cyclodextr i n )(C,D )2 结果与讨论2.1 AB x 型环糊精大单体的分子设计首先利用环糊精分子中伯羟基和仲羟基之间反应活性的差异将单6位伯羟基功能化,再利用硅氢加成反应将A 官能团硅氢键引入环糊精母体,最后通过丙烯酰氯酰化将B 官能团双键接入环糊精母体,从而得到可用于合成超支化聚合物的功能化环糊精大单体(Sche me 1).从其13C NMR 谱图(图2)的数据可知,β2CD 分子中C5′的化学位移相对于C5出现在高场,而C6′的化学位移相对于C6明显出现在低场,说明6位伯羟基被酰化.而C1和C4的化学位移没有发生偏移,C3′相对于C3出现在高场但相对位移较小,证明2,3位仲羟基没有发生酰化反应,因此硅氢键和双键的取代均发生在环糊精的C6上.此外,以含氢双封头分子中的硅甲基为内标,通过对1H NMR 谱图(图2)中双键上质子峰面积进行积分可知平均酰化度为2101;由飞行时间质谱测得的环糊精大单体的数均分子量数据(见11114节)计算得出平均酰化度为2129,由此可见两者的结果较为接近,说明B 官能团的平均个数为2或3,因此环糊精大单体可能为混合型单体,故称其为AB x 型(其中x 的个数可能为2,3,4等).591 No .1 田 威等:超支化聚(β2环糊精)的合成与表征2.2 超支化聚(β2环糊精)的合成与表征以AB x 型环糊精大单体为原料,通过硅氢加成反应,在氯铂酸催化下,采用一步法合成超支化聚(β2环糊精)(Sche me 2,以混合单体中AB 2型单体的聚合过程为例,其它AB 3和AB 4型等单体的聚合过程相同).从1H NMR 谱图可以看出,与单体相比,聚合物在δ为0198,1160,2103处产生新的质子峰,分别归属为加成所产生的甲基和亚甲基上的质子峰,从而说明聚合反应已经发生.从13C NMR 谱图中可以看出,与单体相比,聚合物在δ169107,164151,34123,28178处产生新的碳原子峰,分别为α和β加成所产生的羰基、次甲基、亚甲基上的碳原子峰.Sche m e 2 Syn thesis route of hyperbranched poly(β2cyclodextr i n )(t ak i n g AB 2a s an exam ple)综合1H NMR 和13C NMR 谱图分析可知,超支化聚(β2环糊精)已被成功制备.由SEC /MALLS 测试结果可得,M n =41850,M w /M n =1199,ηn =510mL /g .这种新型的超支化聚合物可溶于DMF 和DMS O 等强极性溶剂,微溶于T HF,不溶于正己烷等非极性溶剂.参 考 文 献[1] W E I Huan 2Yu (魏涣郁),S H IW en 2Fang (施文芳).Chem.J.Chinese Universities (高等学校化学学报)[J ],2001,22(2):338—344[2] W ei H.Y .,ShiW.F .,Yuan H.Y .,et al ..J.App l .Poly m.Sci .[J ],2001,87:51—57[3] Yates C .R.,HayesW..Eur opean Poly mer Journal[J ],2004,40:1257—1281[4] Martin Del Valle E .M..Pr ocess B i oche m istry[J ],2004,39:1033—1046[5] L iu Y .Y .,Fan X . D.,Kang T .,et al ..Macr omol .Rap id Commun .[J ],2004,25:1912—1916[6] Singh M.,Shar ma R.,Banerjee U.C ..B i otechnol ogy Advances[J ],2002,20:341—359[7] Ki m Y .H.,W ebster O.W..J.Am.Che m.Soc .[J ],1990,112:4592—4594[8] Juan M. B.,Marta G .G .,Car men O.M.,et al ..J.Am.Che m.Soc .[J ],2004,126:10355—10363[9] Chen L.,Zhu X .Y .,Yan D.Y .,et al ..Poy mer Prep rints[J ],2003,44(1):669—670[10] Fum ihir o K .,H idet oshi A.,Toshihit o T .,et al ..B i oconjugate .Chem.[J ],2003,14,342—350[11] Christian A.N.,Fang Y .,Wolfgang K .,et al ng muir[J ],2005,21:7866—7876[12] Zhu X .Y .,Chen L.,Yan D.Y .,et al ng muir[J ],2004,20:484—490[13] Petter R.C .,Salek J.S .,Sikorski C .T .,et al ..J.Am.Che m.Soc .[J ],1990,112:3860—3868Syn thesis and Character i za ti on of Hyperbranched Poly(β2cyclodextr i n )TI A N W ei,F AN Xiao 2Dong 3,J I A NG M in,D I N G W en 2Xiu,WANG Hao,L I U Yu 2Yang(D epart m ent of A pplied Che m istry,School of Science,N orthw estern Polytechnical U niversity,X i ′an 710072,China )Abstract Hyperbranched poly (β2cycl odextrin )was successfully p repared via hydr osilylati on fr om AB x type cycl odextrin monomer .The molecular structures of AB x monomer and hyperbranched poly mer were character 2ized with 1H NMR,13C NMR,29Si NMR,MALD I 2T OF MS and ele mental analysis .I n additi on,molecular weight,molecular weight distributi on (MWD )and intrinsic viscosity of hyperbranched poly mer were obtained via size exclusi on chr omat ography/multi 2angle laser light scattering (SEC /MALLS )technol ogy .Keywords AB x ty pe cycl odextrin monomer;Hy perbranched poly mer;Hyperbranched poly (β2cycl odextrin );Hydr osilylati on (Ed .:W ,Z )691高等学校化学学报 Vol .29 。
超支化聚(β-环糊精)的合成与表征
７２．６８，７２．０１（ｃ３，Ｃ５，Ｃ２）；７０．５７（Ｃ３ ７）；６９．４９（Ｃ５ ７）；６３．９２（Ｃ６’）；６０．６３（Ｃ６）；０．０３
［一Ｏｓｉ（ＣＨ３）２一Ｈ］；０．７２［一ｓｉＯ（ＣＨ３）２－－Ｊ；１３．５３
（一ＣＨ２ＣＨ２Ｓｉ一）； ２０．６８ （一ＣＨ２ＣＨ２Ｓｉ一）； ５２．５９
ｌ¨
自从Ｋｉｍ等一。率先合成出超支化聚苯以来，国内外研究人员已成功制备出超支化聚酯、聚醚、聚 胺、聚酰胺、聚胺酯、聚酯胺、聚有机硅烷和聚糖等多种不同结构的超支化聚合物¨ｑ Ｊ．目前，ＣＤ与 树形聚合物（包括树状与超支化聚合物）相结合的研究主要集中在以改性的ＣＤ单体为核接枝树状低聚 糖及超支化聚（砜一胺）旧，９ Ｊ、或在树状聚酰胺一胺外端用功能化的ＣＤ单体对其进行改性¨刮或用ＣＤ对 树状及超支化聚合物端基进行物理包合［１ｌ’１２１等方面；但以功能化的环糊精为单体直接合成超支化聚合 物的研究尚未见报道．本文以功能化的ＡＢ。型环糊精大单体为原料，合成出一种新型的超支化聚 （口．环糊精），为进一步的药物控制释放研究奠定了基础．
１实验部分
１．１试剂与仪器 按文献［１３］方法合成６位单取代对甲苯磺酰化ｐ—ＣＤ（Ｍｏｎｏ—ＯＴｓ－／３一ＣＤ）；烯丙基胺，化学纯，山东
铭兴化工有限公司；１，１，３，３一四甲基二硅氧烷（含氢双封头），化学纯，浙江三门乡有机硅助剂厂；氯 铂酸（Ｐｔ质量分数为３９），分析纯，陕西开达化工有限公司；丙烯酰氯，工业级，海门贝斯特精细化工 有限公司，在对苯二醌存在下精馏后使用；其它化学试剂均为分析纯．Ｂｒｕｋｅｒ ＡＶ一５００核磁共振仪， ＤＭＳＯ为溶剂，四甲基硅为内标；德国Ｖａｒｉｏ ＥＬⅢ型元素分析仪；岛津Ｋｒａｔｏｓ ＣＦＲｐｌｕｓ型飞行时间质谱
１．３ ６位单取代硅氢化卢－ＣＤ（Ｍｏｎｏ－ＡＬＡ·ＴＭＤＳＯ－Ｂ－ＣＤ）的合成 将上述合成的Ｍｏｎｏ－６一ＡＬＡ－Ｂ—ＣＤ（０．５８７ ｇ，０．５ ｍｍ０１）溶于２ ｍＬ ＤＭＦ中，将含氢双封头（３．３５ ｇ，
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２ ４］ 图 ５ 端基包结环糊精的超支化聚醚 ［ ４ Ｆ ｉ ｕ ｒ ｅ ５ Ｉ ｎ ｃ ｌ ｕ ｓ ｉ ｏ ｎ ｃ ｏ ｍ ｌ ｅ ｘ ｅ ｓ ｏ ｆ ａ ｈ ｅ ｒ ｂ ｒ ａ ｎ ｃ ｈ ｅ ｄ ｗ ｉ ｔ ｈ ｃ ｃ ｌ ｏ ｄ ｅ ｘ ｔ ｒ ｉ ｎ ｓ２ ｏ ｌ ｅ ｔ ｈ ｅ ｒ ｇ ｐ ｙ ｐ ｙ ｐ ｙ ［ ］
１期 第１
高 分 子 通 报
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／ １ ０ ． １ ４ ０ ２ ８ ． ｃ ｎ ｋ ｉ ． １ ０ ０ ３ ３ ７ ２ ６ ． ２ ０ １ ５ ． １ １ ． ０ ０ １ － ｊ ； ； 收稿 ： 修回 ： ２ ０ １ ５ ０ １ ２ ０ ２ ０ １ ５ ０ ４ ２ ５ － － － － ， 作者简介 ： 邹在平 （ 男， 在读硕士生 ， 主要从事超支化聚氨酯的合成与应用相关研究 ； １ ９ ９ ０－ ）
１ ３， １ ４］ ， 的研究方向之一就是超支化聚合物 ［ 希望通过引入环糊精对超 支 化 聚 合 物 进 行 功 能 化 改 性 ， 从而能
够提升超支化聚合物的理化性质并扩宽其应用领域 。 本文以此为基础 ， 对于超支化环糊精聚合物发展状 况做了详细综述 ， 并结合现阶段研究情况 ， 对其发展前景进行了展望 。
高的分子活性 ， 可以应用到蛋白质工程等方面 。
／ ． ｃ ｎ ｋ ｉ ． １ ０ ０ ３ １ ０ ． １ ４ ０ ２ ８ ３ ７ ２ ６ ． ２ ０ １ ５ ． １ １ ． ０ ０ １ － ｊ
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高 分 子 通 报
２ ０ １ ５年１ １月
［３］ 图 ４ 六臂 Ｐ Ｃ Ｌ 与α Ｄ ｓ的超分子包合物 ２ －Ｃ ３ Ｆ ｉ ｕ ｒ ｅ ４ Ｓ ｕ ｒ ａ ｍ ｏ ｌ ｅ ｃ ｕ ｌ ａ ｒ Ｉ Ｃ ｓ ｏ ｆ ６ ｓ Ｐ Ｃ Ｌ ｗ ｉ ｔ ｈα Ｄ２ －Ｃ ｇ ｐ ［ ］
［４］ 上海交通大学的 Ｚ 合成了以超支化聚醚为核， 聚乙二醇（ 为壳层 的 聚 合 物。在 水 溶 ｈ ｕ等 ２ Ｐ Ｅ Ｇ）
， 液中， 这种聚合物外层的聚乙二醇和环糊精能够通过亲疏水作用发生包结络合（ 如图５所示） 从而在 超支化聚合物的外端引 入 了 大 量 环 糊 精， 并 且 在 一 定 条 件 下， 这种包结物呈现出规则的片层状晶体 形态。
唯一涉及到化学领域的就是关于自组装化学 。 不同分子或物种之间通过分子间作用力 ， 即非共价键的弱 相互作用力 ， 形成具有一定结构或功能的超分子聚 集 体 的 过 程 就 叫 做 自 组 装 ， 其中分子间弱的相互作用
［ ２］ 范德华力 、 氢键 、 疏 水 作 用 力、 力主要有静电作用力 、 π － π 堆 叠 作 用 力 和 阳 离 子－ π吸附作用力等 。分子
１ ． ３ 以环糊精为中间体构筑超支化聚合物 随着科学研究的进一步发展 ， 研究者已经不局 限 于 在 已 有 的 超 支 化 聚 合 物 外 层 引 入 环 糊 精 ， 人们发 现以环糊精作为中间体可以直接构筑出各种类型的超支化聚合物 。 首先 ， 将经过长链修饰的环 糊 精 使 用 化 学 方 法 连 接 在 一 起 ， 能够形成含有环糊精的超 支 化 聚 合 物。
１ 超支化环糊精聚合物的合成
超支化环糊精聚合物在近些年来逐渐成为研究热点 ， 是超支化聚合物的功能化以及应用扩展的一个 （ 重要方向 。 超支化环糊精聚合物的合成与制备也经历了一个发展过程 ， 可以从以下三个角度出发 ： 在 １） （ ） （ 超支化聚合物外层键合环糊精 ； 在超支化聚合物 外 层 包 合 环 糊 精 ； 以环糊精为中间体构筑超分子 ２ ３） 超支化聚合物 。 １ ． １ 超支化聚合物外层键合环糊精
＊
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综 述
超支化环糊精聚合物具备了超支化聚合物和环糊精各自的优点 ， 两者的结合也 为 超 支 化 环 糊 精 聚 合 摘要 ： 物带来了特殊的物理化学性质 ， 现在已逐渐成为研究 热 点 并 在 多 个 领 域 得 到 应 用 。 本 文 简 介 了 超 支 化 聚 合 物 和环糊精的基本特点 ， 详细说明了超支化环糊精聚合 物 合 成 制 备 的 方 法 ， 并 从 医 药、 生 物 学、 新 型 材 料、 物化性 质调控等方面介绍了超支化环糊精聚 合 物 在 近 期 的 科 研 应 用 ， 最 后 总 结 了 国 内 外 发 展 情 况， 并结合现阶段研 对超支化环糊精聚合物的发展前景进行展望 。 究， 超支化聚合物 ；环糊精 ；自组装 关键词 ：
［７～１ ９］ 西北工业大学的 Ｔ 制备出具有核 －壳结构且壳层含有 大 量β ｉ ａ ｎ等 １ Ｃ Ｄ ｓ单元的两亲性超支化高 － 分子 ， 其中以油溶性的超支化聚硅 碳 烷 作 为 核 心 ， 以 带 有β 甲基丙烯酸－ Ｃ Ｄ 侧链的水溶性高分子聚（ Ｎ， －
。 由于环糊精的引入 ， 为壳层 （ 如图３ 所示 ） 聚合物对于药物有很好的包合能力 ， 在外界 Ｎ －二甲胺基乙酯 ） 条件影响下还具有一定的缓释能力 。
［５］ ） ， 浙江大学的 Ｊ 合成了外层为偶氮苯的超支化聚磷酸 （ 该两亲性聚合物可以在 ｉ等 ２ ＨＰ ＨＥ Ｅ Ｐ ｚ ｏ －Ａ
水中自组装形成球型囊泡 。 加入环糊精后 ， 由于β 形成了外层含有大量 Ｃ Ｄ 能够与偶氮苯进行包合作用 ， － ， 环糊精的超支化聚合物 （ 如图 ６ 所示 ） 球型囊 泡 也 随 之 解 离 。 光 照 实 验 表 明 ， 这种超支化环糊精聚合物 在可见光／紫外光下存在包合／解离的现象 。
自组装已经成为化学 、 物理 、 生物 、 材料等研究领域 的 重 要 研 究 方 向 ， 是近年以来全球科技界普遍关注的
３～５］ 。 一个前沿热点 ［
， ） 环糊精 （ 通常简称为 Ｃ 就是自组装领域中应用较多的典型代表 。 它是由 Ｄ－吡喃葡 Ｃ ｃ ｌ ｏ ｄ ｅ ｘ ｔ ｒ ｉ ｎ ｓ Ｄ ｓ ｙ
［０］ ， ） 使用羰基咪唑修饰的β 与超支化聚乙烯亚胺 （ 通过表面聚合反应 ， 将β Ｍ ａ ｌ ｉ ｎ ａ等 ２ Ｃ Ｄ ｓ ＨＰ Ｅ Ｉ Ｃ Ｄ － － ｇ 。 将这种超支 化 聚 合 物 嵌 入 聚 砜 薄 膜 中 ， 键合到 ＨＰ 合成了超支化聚合物β 可以提高 Ｅ Ｉ端基 ， Ｃ Ｄ－ＨＰ Ｅ Ｉ －
［５， １ ６］ 大量的端基官能团和其可设计 性 是 高 度 支 化 聚 合 物 与 众 不 同 的 特 性 。 早 在 １ 就 ９ ９ ７ 年， Ｌ ｅ ｅ等 １
合成出端基带有一个β 随后又合成出端基悬挂有多个环糊精的树枝状聚酰胺－ Ｃ Ｄ 的树枝状聚乙烯亚胺 ， － 胺 。 以此为基础 ， 研究者们将环糊精 （ 或者修饰过的 环 糊 精 ） 与超 支 化聚 合 物 端基 反 应键 合， 从而引入大 量环糊精形成了超支化环糊精聚合物 。
１ ２］ 。正 是 超 支 化 聚 合 物 多 样 的 优 点， 这些特点让超支化聚合物具备 了 高 溶 解 性 、 反 应 性 活 跃 等 优 点［ 团，
使其在纳米材料 、 粘结剂 、 涂料等诸多方面拥有良好的应用前景 。
图 ２ 超支化聚合物的分子结构 Ｆ ｉ ｕ ｒ ｅ ２ Ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ ｆ ｏ ｒ ｍ ｕ ｌ ａ ｏ ｆ ｈ ｅ ｒ ｂ ｒ ａ ｎ ｃ ｈ ｅ ｄ ｏ ｌ ｍ ｅ ｒ ｓ ｇ ｙ ｐ ｐ ｙ
薄膜的亲水性以及水超支化聚合物外层包合环糊精 ［１］ 上个世纪 ９ 合成出了二茂铁功能化的聚丙烯亚胺高度支化大分子 ， 发现其与环糊 ０ 年代 ， Ｋ ａ ｉ ｆ ｅ ｒ等 ２ 精可以在水溶液中发生主 －客体包合 作 用 ， 环糊精与端基的二茂铁形成配合物超支化聚 合 物。董 常 明 等
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高 分 子 通 报
２ ０ １ ５年１ １月
１ ０， １ １］ 。 所谓超支化聚合物 ， 自组装领域得到了较好应用 ［ 即一种具 有 高 度 支 化 结 构 的 大 分 子 ， 其分子结构
如图 ２ 所示 。 从图中可以看出 ， 超支化聚合物分子在空间上类似球形 ， 这种结构特点使得分子间无缠结 ， 从而存在低黏度 、 非结晶性的优点 ； 超支化聚合物分子具有高度的支化结构 ， 存在空腔和大量的端基官能
［６］ ， 合成了一种以胆固醇为端基 的 多 糖 超 支 化 聚 合 物 （ 使 用β Ｔ ａ ｋ ａ ｈ ａ ｓ ｈ ｉ等 ２ ＣＨＥ Ｓ Ｇ） Ｃ Ｄ 对 ＣＨＥ Ｓ Ｇ － 的端基进行包合作用得到了 ＣＨＥ 结果表明 ， 由于环糊精的引入 ， Ｓ Ｃ Ｃ Ｄ， ＣＨＥ Ｓ Ｃ Ｃ Ｄ 比 ＣＨＥ Ｓ Ｇ 具有更 － －
［］ 萄糖单元通过α １， ４ 糖苷键首尾相连接而形成的一类大环化 合 物 ６ 。 常 见 的 天 然 环 糊 精 有α－、 － β－和γ－环 ， 、 ， 。 糊精 分别有 ６ ７ 和 ８ 个葡萄糖单元 其分子式及 空 间 结 构 如 图 １ 所 示 Ｃ Ｄ ｓ分 子 呈 现 锥 形 的 圆 筒 状 结 ６， ７］ ， 构， 并且分子空腔的内侧疏水外侧亲水 ［ 这种空腔可以包结多种离子 、 有机无机小分子以及聚合物 ， 从 ８， ９］ — — 包结络合力 ［ ， 而形成特殊的分子识别力 — 因此环糊精可以被用作有序高级结构的分子建筑模块 。
２ ５］ 图 ６ 端基包合环糊精的超支化聚磷酸 ［ ５ Ｆ ｉ ｕ ｒ ｅ ６ Ｉ ｎ ｃ ｌ ｕ ｓ ｉ ｏ ｎ ｃ ｏ ｍ ｌ ｅ ｘ ｅ ｓ ｏ ｆ ａ ＨＰ ＨＥ Ｅ Ｐ ｚ ｏ ｗ ｉ ｔ ｈ ｃ ｃ ｌ ｏ ｄ ｅ ｘ ｔ ｒ ｉ ｎ ｓ２ －Ａ ｇ ｐ ｙ ［ ］
２ ２］ ２ ３］ 研 究了４ 臂星型 ［ 和６ 臂星型 ［ 如图４ 所示 ， Ｐ Ｃ Ｌ 与α Ｃ Ｄ 的包结络合行为 ， Ｐ Ｃ Ｌ 能够很好地与 Ｐ Ｃ Ｌ支 －
链进行包合作用 。 类似的 ， 超支化聚合物存在大量 支 链 ， 并且可以在外层引入各种各样的长链分子或者 ， 基团 （ 如苯环 、 萘环 ） 与环糊精进一步包结络合 ， 也能够在超支化聚合物外层引入大量的环糊精 。
／ ． ｃ ｎ ｋ ｉ ． １ ０ ０ ３ １ ０ ． １ ４ ０ ２ ８ ３ ７ ２ ６ ． ２ ０ １ ５ ． １ １ ． ０ ０ １ － ｊ