基于大環(huán)分子和生物活性分子的超分子功能材料.pdf

1、本論文以超分子化學為研究中心，合成了一系列環(huán)糊精和卟啉衍生物，構(gòu)筑了一系列超分子功能材料，如囊泡、熒光探針和納米螺旋帶等，并進一步研究了這些功能材料在藥物載運、仿酶催化、探針檢測以及超分子自組裝等領(lǐng)域的應(yīng)用。本論文包括以下五個部分:
　　一、緒論
　　介紹了超分子化學的概念，超分子化學中涉及的非共價鍵作用力;環(huán)糊精的發(fā)展歷史、物理化學性質(zhì)及其在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用;葫蘆脲的發(fā)展史、物理化學性質(zhì)及其應(yīng)用;主客體超分子囊泡、熒光探針

2、以及凝膠等超分子功能材料的應(yīng)用。
　　二、基于環(huán)糊精及其衍生物的超分子囊泡與藥物載運
　　β-環(huán)糊精能夠包合一系列疏水性的客體分子組裝成主客體超分子囊泡，從而實現(xiàn)藥物載運功能。我們實驗室發(fā)現(xiàn)β-環(huán)糊精能夠包合疏水性藥物分子形成超分子雙親分子，進而組裝成超分子囊泡。由于囊泡的空腔和柵欄層還可以繼續(xù)載運親水性和疏水性的藥物分子，因此，這種超分子囊泡能夠?qū)崿F(xiàn)雙重乃至多重載藥。
　　在本章節(jié)中，我們發(fā)現(xiàn)β-環(huán)糊精能夠包合姜黃素

3、組裝成姜黃素超分子囊泡。得到的姜黃素囊泡對外部刺激如競爭性客體分子、酶和金屬離子具有良好的刺激響應(yīng)性。當向姜黃素囊泡中加入月桂酸鈉、α-淀粉酶和銅離子時，囊泡發(fā)生解離，姜黃素被釋放出來，實現(xiàn)了姜黃素的可控釋放。
　　我們還合成了β-環(huán)糊精衍生物丁二胺基β-環(huán)糊精，發(fā)現(xiàn)丁二胺基β-環(huán)糊精可以包合抗癌藥物替加氟組裝成替加氟囊泡。由于β-環(huán)糊精上連接了丁二胺，丁二胺對銅離子具有較高的絡(luò)合能力。因此，該囊泡對銅離子表現(xiàn)出了良好的響應(yīng)性，銅

4、離子的加入，使得囊泡解離，替加氟釋放出來。相比于替加氟原藥，替加氟囊泡具有更好的抗癌活性和抑制癌細胞分化的能力，顯示出該超分子囊泡在藥物載運領(lǐng)域巨大的應(yīng)用潛力。
　　此外，我們還合成了β-環(huán)糊精的二茂鐵衍生物BA-Fc-CD。BA-Fc-CD自身可以組裝成超分子聚合物，而當向其中加入β-環(huán)糊精時，我們得到了超分子囊泡。由于丁二胺基可以絡(luò)合銅離子，而二茂鐵基容易被氧化劑氧化。因此，該超分子囊泡對銅離子和雙氧水具有很好的響應(yīng)性。銅離子

5、和雙氧水的加入，能夠引起囊泡的解離。
　　三、β-環(huán)糊精超分子體系與仿酶催化
　　傳統(tǒng)的有機化學反應(yīng)通常使用高溫高壓或者復(fù)雜的催化劑等苛刻條件才能得到較高的產(chǎn)率。此外，傳統(tǒng)的有機化學反應(yīng)通常使用有毒有害的有機溶劑作為反應(yīng)媒介。因此，如何使有機反應(yīng)綠色化，如何讓有機反應(yīng)在溫和的條件下就能得到較高的產(chǎn)率，成為有機化學工作者們孜孜以求的目標。賴氨酸上有兩個氨基，化學環(huán)境相似，氯甲酸芐酯與賴氨酸上某一個指定的氨基反應(yīng)是非常困難的，需

6、要苛刻的化學反應(yīng)條件。在本章節(jié)，我們嘗試著向該反應(yīng)中加入β-環(huán)糊精，以觀察β-環(huán)糊精對該反應(yīng)的影響，得到了意想不到的結(jié)果。我們發(fā)現(xiàn)，β-環(huán)糊精在水溶液中能夠催化DL-賴氨酸與氯甲酸芐酯的反應(yīng)，得到單一區(qū)域選擇性和單一立體選擇性的產(chǎn)物，ee值達到了99％。反應(yīng)條件溫和，反應(yīng)產(chǎn)物單一，具有非常強的實用價值，實現(xiàn)了有機反應(yīng)的綠色化，為環(huán)糊精仿酶催化開辟了新的途徑。四、葫蘆脲超分子熒光探針與百草枯的檢測分析
　　百草枯能夠有效地殺死各類雜

7、草，與此同時，劇毒的百草枯對人畜生命安全也構(gòu)成嚴重的威脅。因此，制備出能夠快速高效地檢測百草枯的探針是非常有必要的。在本章節(jié)，我們合成了兩種卟啉衍生物，PCl4和PMe4Cl8，并發(fā)現(xiàn)一當量的PCl4能夠包合四當量的葫蘆[7]脲構(gòu)筑成超分子熒光探針，可有效地檢測水溶液中的百草枯。PCl4分子在水溶液中具有聚集誘導(dǎo)熒光猝滅(ACQ)效應(yīng)，熒光極其微弱。當向PCl4水溶液中加入四倍當量的葫蘆[7]脲時，葫蘆[7]脲能夠包合PCl4分子，促使

8、PCl4聚集體的解離，同時限制了PCl4分子的轉(zhuǎn)動，PCl4分子非輻射躍遷降低，導(dǎo)致體系熒光增強。相比于PCl4分子，百草枯與葫蘆[7]脲具有更高的包合常數(shù)。因此，當向體系中進一步加入百草枯時，百草枯能夠?qū)Cl4分子從葫蘆[7]脲的空腔中取代出來，使得體系熒光減弱。我們可以通過這種熒光的變化來檢測水體中有無百草枯的存在。葫蘆[7]脲/PCl4超分子熒光探針能夠快速地檢測出百草枯的存在，并且在熒光燈下，這種熒光變化是肉眼可觀的，這就為百

9、草枯熒光探針的制備提供了有益的借鑒。雖然PMe4Cl8分子可以和葫蘆[7]脲包合，但是由于PMe4Cl8分子正電荷較多，其熒光大大降低，即便是葫蘆[7]脲的加入也不能引起PMe4Cl8分子熒光的增強，因而PMe4Cl8分子不能用來構(gòu)筑超分子熒光探針。
　　五、生物活性分子的超分子自組裝新體系
　　膽固醇能夠在血液中組裝凝聚，容易誘發(fā)心肌梗塞和腦部中風等后果嚴重的疾病，因此，生物活性分子的自組裝行為研究是非常重要的。
　

10、　在本章節(jié)，我們嘗試探究了抗癌藥物分子喜樹堿以及防腐劑苯甲酸鈉的自組裝行為。研究發(fā)現(xiàn)，當向喜樹堿濃的DMSO溶液中加入水時，喜樹堿分子組裝成了納米螺旋帶。調(diào)節(jié)溶液的pH值，使之呈堿性時，納米螺旋帶消失了。這歸因于喜樹堿有兩種不同的存在形式，中性或者酸性條件下為內(nèi)酯式結(jié)構(gòu)，堿性條件下為羧酸鹽式結(jié)構(gòu)。內(nèi)酯式的喜樹堿水溶性差，在水溶液中容易組裝，而羧酸鹽式喜樹堿水溶性好，堿性條件下，喜樹堿組裝體解離。
　　我們還研究了苯甲酸鈉的超分子組