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(xué)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(jìn)一步研究了這些功能材料在藥物載運(yùn)、仿酶催化、探針檢測(cè)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(gè)部分:
　　一、緒論
　　介紹了超分子化學(xué)的概念，超分子化學(xué)中涉及的非共價(jià)鍵作用力;環(huán)糊精的發(fā)展歷史、物理化學(xué)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(xué)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(yùn)
　　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(shí)現(xiàn)藥物載運(yùn)功能。我們實(shí)驗(yàn)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(jìn)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(yùn)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(duì)外部刺激如競(jìng)爭(zhēng)性客體分子、酶和金屬離子具有良好的刺激響應(yīng)性。當(dāng)向姜黃素囊泡中加入月桂酸鈉、α-淀粉酶和銅離子時(shí)，囊泡發(fā)生解離，姜黃素被釋放出來(lái)，實(shí)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(duì)銅離子具有較高的絡(luò)合能力。因此，該囊泡對(duì)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(lái)。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(xì)胞分化的能力，顯示出該超分子囊泡在藥物載運(yùn)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(dāng)向其中加入β-環(huán)糊精時(shí)，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(duì)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(jī)化學(xué)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(jī)化學(xué)反應(yīng)通常使用有毒有害的有機(jī)溶劑作為反應(yīng)媒介。因此，如何使有機(jī)反應(yīng)綠色化，如何讓有機(jī)反應(yīng)在溫和的條件下就能得到較高的產(chǎn)率，成為有機(jī)化學(xué)工作者們孜孜以求的目標(biāo)。賴氨酸上有兩個(gè)氨基，化學(xué)環(huán)境相似，氯甲酸芐酯與賴氨酸上某一個(gè)指定的氨基反應(yīng)是非常困難的，需

6、要苛刻的化學(xué)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(duì)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(dá)到了99％。反應(yīng)條件溫和，反應(yīng)產(chǎn)物單一，具有非常強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值，實(shí)現(xiàn)了有機(jī)反應(yīng)的綠色化，為環(huán)糊精仿酶催化開(kāi)辟了新的途徑。四、葫蘆脲超分子熒光探針與百草枯的檢測(cè)分析
　　百草枯能夠有效地殺死各類雜

7、草，與此同時(shí)，劇毒的百草枯對(duì)人畜生命安全也構(gòu)成嚴(yán)重的威脅。因此，制備出能夠快速高效地檢測(cè)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(dāng)量的PCl4能夠包合四當(dāng)量的葫蘆[7]脲構(gòu)筑成超分子熒光探針，可有效地檢測(cè)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(dāng)向PCl4水溶液中加入四倍當(dāng)量的葫蘆[7]脲時(shí)，葫蘆[7]脲能夠包合PCl4分子，促使

8、PCl4聚集體的解離，同時(shí)限制了PCl4分子的轉(zhuǎn)動(dòng)，PCl4分子非輻射躍遷降低，導(dǎo)致體系熒光增強(qiáng)。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(dāng)向體系中進(jìn)一步加入百草枯時(shí)，百草枯能夠?qū)Cl4分子從葫蘆[7]脲的空腔中取代出來(lái)，使得體系熒光減弱。我們可以通過(guò)這種熒光的變化來(lái)檢測(cè)水體中有無(wú)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(cè)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(qiáng)，因而PMe4Cl8分子不能用來(lái)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(fēng)等后果嚴(yán)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(shù)堿以及防腐劑苯甲酸鈉的自組裝行為。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)向喜樹(shù)堿濃的DMSO溶液中加入水時(shí)，喜樹(shù)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(shí)，納米螺旋帶消失了。這歸因于喜樹(shù)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(shù)堿水溶性差，在水溶液中容易組裝，而羧酸鹽式喜樹(shù)堿水溶性好，堿性條件下，喜樹(shù)堿組裝體解離。
　　我們還研究了苯甲酸鈉的超分子組