超分子環(huán)糊精的研究新進(jìn)展

朱順生，顏冬云，秦文秀，趙英姿

(青島大學(xué)化學(xué)化工與環(huán)境學(xué)院，山東 青島 266071)

超分子作用是一種類似于“鎖和鑰匙”的分子鍵轉(zhuǎn)移性結(jié)合。自1987年三位化學(xué)家在超分子化學(xué)方面的開創(chuàng)性工作和杰出貢獻(xiàn)共同獲得諾貝爾化學(xué)獎以來，超分子化學(xué)的研究受到了化學(xué)工作者的廣泛關(guān)注，近二十年來，超分子化學(xué)得到了長足的發(fā)展。環(huán)糊精(CD)是一種由D型吡喃葡萄糖通過α-1，4糖苷鍵首尾相連而成的環(huán)狀糖，具有疏水的空腔和親水的表面，可以作為主體與無機(jī)、有機(jī)和生物等客體分子相結(jié)合形成超分子配合物，不僅能提供用于研究超分子領(lǐng)域中相互作用和分子組裝的模型[1]，同時也可以作為很好的酶模型，因此其在超分子化學(xué)研究中成為繼冠醚之后的第二代主體化合物而得到廣泛重視[2]。作者在此重點(diǎn)介紹了超分子環(huán)糊精的研究新進(jìn)展。

1 分子識別作用

1.1 分子的識別機(jī)制

分子識別是指主體(受體)對客體(底物)選擇性結(jié)合并產(chǎn)生某種特定功能的過程，它們不是靠傳統(tǒng)的共價(jià)鍵力，而是通過分子間作用力(如范德華力、疏水作用力和氫鍵等弱作用力)的協(xié)同作用[3]?？腕w分子的極性大小、電離狀態(tài)、手性立體結(jié)構(gòu)等都能體現(xiàn)環(huán)糊精對客體分子的識別機(jī)制。

1.2 通過化學(xué)修飾增強(qiáng)分子識別功能

母體環(huán)糊精的識別能力是有限的，因此，設(shè)計(jì)和合成具有功能性基團(tuán)的新型環(huán)糊精衍生物作為超分子主體，探討主-客體分子的相互識別作用規(guī)律及其功能性基團(tuán)的特性已成為近年來化學(xué)、生物學(xué)和藥學(xué)領(lǐng)域新的研究熱點(diǎn)。

Hamada等[4]報(bào)道了含一個鄰氨基苯甲酸鈉基團(tuán)修飾的γ-CD(Ⅰ)的分子識別，它對客體分子萜類和膽汁酸表現(xiàn)出強(qiáng)的分子識別能力。并與含一個鄰氨基苯甲酸鈉基團(tuán)修飾的β-CD(Ⅱ)和含兩個鄰氨基苯甲酸鈉基團(tuán)修飾的γ-CD(Ⅲ)主體分子的識別能力進(jìn)行了比較。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，主體分子(Ⅰ)對于萜類的識別能力比主體分子(Ⅲ)強(qiáng)，對于膽汁酸的識別能力比主體分子(Ⅱ)強(qiáng)；主體分子(Ⅲ)對甾族化合物表現(xiàn)出強(qiáng)的分子識別能力。體系中，鄰氨基苯甲酸鈉修飾基團(tuán)起著兩方面的作用，既作為空間調(diào)節(jié)劑(Spacer)，又扮演著疏水蓋帽。對于萜類的識別，鄰氨基苯甲酸鈉修飾基團(tuán)起著疏水蓋帽的作用；對于甾族化合物的識別，則作為空間調(diào)節(jié)劑，通過窄化γ-CD空腔而使得γ-CD與客體分子形成1∶1包合物[5]。Sern等[6]以PEG單取代修飾胰島素與環(huán)糊精組裝多聚準(zhǔn)輪烷時發(fā)現(xiàn)，α-CD的空腔可以插入一條PEG鏈，而β-CD空腔可以插入兩條PEG鏈。修飾胰島素和環(huán)糊精形成的多聚準(zhǔn)輪烷的水溶性降低了，并且與藥物結(jié)合后，α-CD-藥物的釋放速度大于γ-CD-藥物。

1.3 環(huán)糊精與冠醚、杯芳烴識別客體分子的協(xié)同作用

不同主體分子如環(huán)糊精、冠醚和杯芳烴等對客體分子的識別各有特點(diǎn)與不足，如能夠協(xié)調(diào)不同的識別過程，則可以有效提高對客體分子的選擇性識別功能。

Bügler等[7]合成了水溶性的杯芳烴-環(huán)糊精熒光受體，環(huán)糊精單元和杯芳烴單元與阿托品、薄荷醇等客體分子的相互作用使得熒光基團(tuán)更多地暴露于水中而增大了熒光淬滅的幾率，從而可以對它們進(jìn)行檢測。Jing等[8]和Yu等[9]發(fā)現(xiàn)在氣相色譜中，環(huán)糊精和冠醚、環(huán)糊精和杯芳烴的混合固定相在分離芳香異構(gòu)體時也存在協(xié)同識別作用，使得它們對異構(gòu)體的選擇性得到改善。既然環(huán)糊精和冠醚、杯芳烴等對識別客體分子存在著協(xié)同效應(yīng)，那么合成冠醚、杯芳烴取代的環(huán)糊精衍生物則有可能會發(fā)揮它們各自的特點(diǎn)，更好地識別客體分子。曾昭睿等[10]合成了6-(1-苯并氯雜-15-冠-5)-2，3，6-0-全甲基-β-環(huán)糊精手性固定相，發(fā)現(xiàn)環(huán)糊精與冠醚環(huán)的協(xié)同效應(yīng)增加了對客體分子的多點(diǎn)識別，使對映體及位置異構(gòu)體與新合成固定相的作用力增大，分離選擇性更好。穴醚環(huán)糊精和冠醚環(huán)糊精對特定的堿金屬離子有較高的選擇性，能滲入薄膜中與場效應(yīng)管的敏感部位結(jié)合，有望發(fā)展成為堿金屬離子的敏感器件。

1.4 橋聯(lián)環(huán)糊精的分子識別

橋聯(lián)環(huán)糊精具有2個疏水性空腔，同時又可以鍵合金屬離子，所以其分子具有鍵合和包合的雙重特征，可以通過協(xié)同包合作用和多點(diǎn)識別機(jī)制拓展對特定客體分子的鍵合能力及分子選擇性[11]。

橋聯(lián)雙環(huán)糊精的協(xié)同配位可以改變客體分子的熒光性質(zhì)。劉育等[12]報(bào)道聯(lián)吡啶橋聯(lián)β-環(huán)糊精對羅丹明B(RhB)客體分子有增感作用。這可能是因?yàn)?，兩個環(huán)糊精空腔對RhB客體分子的兩性離子構(gòu)型產(chǎn)生最為有效的鍵合，固定客體分子的構(gòu)型，從而提高客體分子的熒光量子率。Nakamura等[13]報(bào)道了Dansyl-天冬氨酸橋聯(lián)的β-CD二聚體與膽酸以及3個互為幾何異構(gòu)體的脫氧膽酸之間的相互作用。研究表明主體分子對這幾個甾類化合物具有十分顯著的分子識別作用。意味著氨基酸衍生物橋聯(lián)的環(huán)糊精二聚體可望用于甾類化合物的異構(gòu)體分離。

一些順鉑是成功的抗癌劑，有學(xué)者提出有機(jī)硒化合物可以作為HIV轉(zhuǎn)錄的抑制劑。Liu等[14]通過研究含硒-鉑修飾的環(huán)糊精體系，將鄰苯二硒橋聯(lián)β-環(huán)糊精和鄰苯二硒橋聯(lián)β-環(huán)糊精與鉑的配合物這兩種主體分子與8-苯胺基-1-蔡磺酸錢鹽(ANS)包結(jié)配位，發(fā)現(xiàn)鄰苯二硒橋聯(lián)β-環(huán)糊精與ANS的鍵合常數(shù)是天然β-環(huán)糊精與之配位的12.4倍，而鄰苯二硒橋聯(lián)β-環(huán)糊精與鉑的配合物對ANS的識別能力又是鄰苯二硒橋聯(lián)β-環(huán)糊精的3倍。Tellini等[15]研究了橋聯(lián)金剛烷二聚體(Ad2)分別與橋聯(lián)β-CD二聚體(β-CD2)和橋聯(lián)β-CD三聚體(β-CD3)的超分子自組裝行為，發(fā)現(xiàn)Ad2與β-CD2可形成線型超分子聚合物，Ad2與β-CD3則形成樹狀超分子聚合物。

綜上所述，環(huán)糊精結(jié)構(gòu)的變化可控制其分子鍵合和包合能力，體現(xiàn)了“鎖匙”學(xué)說在選擇性結(jié)合底物中的重要性，同時也進(jìn)一步說明多重識別機(jī)制在環(huán)糊精包合配位中起著重要作用。

1.5 與生物大分子的識別作用

研究環(huán)糊精等主體分子與氨基酸、蛋白質(zhì)以及DNA等生物大分子的相互作用、分子識別以及作用力類型，可為進(jìn)一步研究生物受體選擇性結(jié)合底物的多點(diǎn)識別機(jī)制提供依據(jù)，是近年來研究的熱點(diǎn)。

Surpateanu等[16]設(shè)計(jì)了一種分別擁有環(huán)糊精單元和芘取代基(或單?；?的新型α-螺旋多肽。在水溶液中，通過γ-環(huán)糊精對芘分子的識別作用，2條肽鏈形成二聚體；而加入客體(如脫氧膽酸)之后，其進(jìn)入γ-環(huán)糊精空腔將原芘取代基逐出，從而促成二聚肽鏈的解體。這一研究成功地模擬了生物體系中外部分子對DNA或其它二聚高分子鏈的解聚作用。

馮喜增等[17]應(yīng)用UV、熒光光譜法研究了羅丹明B-β-CD衍生物探針型主-客體分子的相互識別作用。合成了羅丹明B-β-CD(RhB-β-CD)以及羅丹明B-乙二胺-β-CD(RhB-β-CDcn)兩種具有探針功能的主體分子，探討了主體分子與DNA相互作用的方式和作用力大小。結(jié)果表明，在與DNA嵌插結(jié)合時，β-CD的位阻作用會影響到探針分子與DNA之間的作用，而RhB-β-CDcn是RhB與乙二胺-β-CD通過脫水縮合反應(yīng)得到的探針主體分子，由于β-CD被修飾上乙二胺基后，探針與β-CD間通過一個形似手臂的乙二胺基團(tuán)相互連結(jié)，減少了與DNA 結(jié)合時的空間位阻作用，這不僅保留了探針分子本身的特性，同時還保留了β-CD空腔的特性以及探針分子的動態(tài)擺動。所提出的識別機(jī)制對藥物定向進(jìn)攻靶目標(biāo)的研究有重要意義。

2 分子自組裝

2.1 構(gòu)造輪烷、聚輪烷及納米軌道

環(huán)糊精作為筒狀結(jié)構(gòu)的主體分子，和線型高分子之間存在包合作用，不僅可以和親水性的PEG、聚丙烯(PPG)、聚甲基乙烯基醚(PMVE)等生成輪烷和聚輪烷，還可以和親脂性的低聚乙烯、聚丙烯、聚異丁基烯、聚酯等生成輪烷和聚輪烷[18]。

一般在輪烷分子設(shè)計(jì)上，多采用帶有電荷的分子軸或封端劑且封端劑通常為體積較大基團(tuán)。韓偉等[19]合成了一種不需封端劑，僅靠分子軸兩端眾多陽離子所帶正電荷與環(huán)糊精之間的排斥力固定體系的輪烷分子，為輪烷的設(shè)計(jì)拓展了新思路。聚輪烷作為一種新型的高分子材料，可作為生物大分子和藥物的傳輸載體。Ming等[20]合成了以PEI為核、接枝PEG-PCL支鏈的聚合物，其中PEG-PCL可被α-CD包結(jié)，通過調(diào)節(jié)包結(jié)度，可以改變其溶解性，從而實(shí)現(xiàn)PEI對DNA 的轉(zhuǎn)運(yùn)和傳輸。同時，該超分子結(jié)構(gòu)具有良好的生物相容性，作為新型基因傳送系統(tǒng)有著廣闊的前景。Ohira等[21]運(yùn)用吸附誘導(dǎo)自組裝的方法，發(fā)現(xiàn)α-CD、β-CD和γ-CD在負(fù)電壓下均可在Au(Ⅲ)表面自組裝成納米分子管。STM 觀察發(fā)現(xiàn)，吸附取決于電極的電勢，并且是一個動態(tài)的過程。以有機(jī)物誘導(dǎo)的環(huán)糊精納米管有很多種，Wu等先后利用的誘導(dǎo)劑包括2-苯基-5-(4-聯(lián)苯基)-1，3，4-口惡二唑(PBD)，4，4′-雙(2-苯并口惡唑基)-1，2-二苯乙烯，N-N′-二苯基聯(lián)苯胺[22]等。

2.2 自組裝單分子膜

自組裝單分子膜(SAM)是近年發(fā)展起來的一種新型的有機(jī)超薄膜，是利用特定的有機(jī)分子在適當(dāng)?shù)墓腆w材料表面上通過化學(xué)鍵合方式排列的緊密有序的單分子層膜。利用環(huán)糊精可以和許多有機(jī)化合物形成主-客體包合物的性質(zhì)，將環(huán)糊精衍生物有序地組裝在固體電極表面，能夠模擬生物膜的傳輸過程，對研究選擇性分子傳輸、分子識別、酶模擬都有重要意義。

何品剛等[23]、王臻等[24]將偶氮苯衍生物和環(huán)糊精首先生成包合物，然后自組裝于金表面，得到偶氮苯環(huán)糊精包合物的自組裝膜。與單純的偶氮苯自組裝膜相比，由于環(huán)糊精將偶氮苯分子隔開，降低了偶氮苯排布的密度并抑制了偶氮苯基團(tuán)在金表面的聚集，使偶氮苯具有較大的自由空間進(jìn)行構(gòu)型轉(zhuǎn)變，從而提高了其電化學(xué)活性。Ohira等[25]研究發(fā)現(xiàn)，在高氯酸鈉溶液中，通過控制Au(Ⅱ)表面的電位[-0.45～-0.25 V(vs．SCE)]，β-環(huán)糊精在金表面吸附并自組裝成“納米管通”的超分子結(jié)構(gòu)，進(jìn)而，他們將富勒烯的Langmuir膜轉(zhuǎn)移到制得的環(huán)糊精自組裝膜上，制備出二維的自組裝膜[26]，有關(guān)這類膜的特殊性能尚需探索。

何品剛等[23]采用硫辛酰-β-環(huán)糊精衍生物在金表面制備了致密的自組裝單分子膜，該膜能有效地抑制[Fe(CN)6]3-/[Fe(CN)6]4-的穿透，而對與環(huán)糊精形成包合物的羧酸二茂鐵能夠選擇性穿透。同時，可以加入其它客體分子如冰片、熊去氧膽酸等和羧酸二茂鐵競爭與環(huán)糊精的結(jié)合，從而抑制羧酸二茂鐵的穿透性。利用此法制得的環(huán)糊精修飾電極可以用于毛細(xì)管電泳分離烏素脫氧膽酸、脫氫膽酸的檢測。

2.3 含特殊官能團(tuán)的分子的自組裝

富勒烯、碳納米管、冠醚等特殊功能基團(tuán)以不同方式修飾與改變聚合物的自組裝行為及自組裝體的形態(tài)，經(jīng)自組裝形成的體系具有獨(dú)特的性能。這開辟了材料化學(xué)的一個新領(lǐng)域，成為近年來研究的熱點(diǎn)，引起了材料化學(xué)家的廣泛關(guān)注。

Laihoa等[27]研究了C60的加入對聚苯乙烯-b-聚(4-乙烯基吡啶)(PS-b-P4VP)在二甲苯溶液中自組裝行為的影響。在未加C60的PS-b-P4VP二甲苯溶液中，PS-b-P4VP生成具有核殼結(jié)構(gòu)的六角柱狀自組裝體，P4VP形成圓柱形的核。加入少量C60的PS-b-P4VP二甲苯溶液經(jīng)陳化后，C60滲入了由P4VP形成的膠束核內(nèi)，與其形成電荷轉(zhuǎn)移復(fù)合物，此時，P4VP呈球狀。這種變化說明，加入C60的嵌段共聚物的自組裝應(yīng)該考慮形成的電荷轉(zhuǎn)移復(fù)合物對自組裝體的影響。Paloniemi等[28]將電解質(zhì)以非共價(jià)鍵的方式吸附到單壁碳納米管(SWNT) 的側(cè)壁上，得到單壁碳納米管-電解質(zhì)(SWNT-E)，然后與帶相反電荷的聚電解質(zhì)(PE)層層自組裝，制得厚度均勻的多層SWNT-E/PEs膜。研究發(fā)現(xiàn)，層層自組裝是由靜電作用引起的，其本質(zhì)是多層膜之間的電荷補(bǔ)償作用。Feng等[29]分別以苯乙烯(St)、丙烯酸甲酯(MA)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)以及丙烯酸丁酯(BA)為單體，采用ATRP合成了兩臂聚合物(PS-crown-PS，PMA-crown-PMA，PMMA-crown-PMMA，PBA-crown-PBA)，這些聚合物可以在KI飽和THF溶液中自組裝形成不同形態(tài)的薄膜。研究者認(rèn)為這是由于冠醚和聚合物鏈之間的能量競爭引起的。

2.4 分子篩的自組裝

自1948年人工合成分子篩以來，至今已合成了100多種新型分子篩。近年來，利用不同模板劑制備不同結(jié)構(gòu)和性能的分子篩在介孔分子篩制備領(lǐng)域越來越受到關(guān)注。研究者利用模板法成功合成了多種不同結(jié)構(gòu)和性能的介孔分子篩，如MCM-41和MCM-48分子篩等[30]。經(jīng)過修飾的β-CD在液態(tài)和固態(tài)中形成自包結(jié)配合物或超分子組裝體的研究已有很多。其中，苯基修飾的β-CD具有明顯的主-客體匹配性，β-CD的自組裝方式主要是形成頭對尾式、帶有二重或四重螺旋軸的超級結(jié)構(gòu)[31]。目前，環(huán)糊精在分子篩制備中的應(yīng)用還僅局限于充當(dāng)混合模板劑或孔道修飾基團(tuán)，還未見到以環(huán)糊精及其衍生物為模板劑合成分子篩的報(bào)道[32]。

寧濤等[33]利用純天然化合物β-環(huán)糊精的特殊結(jié)構(gòu)，通過優(yōu)化苯基修飾改性制備了能自組裝形成超分子聚合物的單(6-氧-6-苯基)-β-環(huán)糊精，以其形成的超分子聚合物為模板劑合成了介孔分子篩；用X-射線衍射、N2吸附-脫附、傅立葉變換紅外光譜、熱重與差熱分析、固體硅核磁共振、掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡等方法對產(chǎn)物進(jìn)行了表征。結(jié)果表明，所合成的產(chǎn)物具有高度有序的六方介孔分子篩的結(jié)構(gòu)特征，孔徑約為2.13 nm，比表面積達(dá)到260 m2·g-1以上，完全符合螺旋柱狀超分子聚合物的外徑尺寸；螺旋柱狀超分子聚合物的緊密堆積程度沒有有機(jī)胺類模板劑的大，相鄰β-環(huán)糊精母體之間有一定的空隙，產(chǎn)品在整體結(jié)構(gòu)上還存在一定缺陷。

3 模擬生物酶

酶是高效、專一的生物催化劑，生物體內(nèi)發(fā)生的一切生物化學(xué)反應(yīng)都是酶促反應(yīng)。酶的高效性和高選擇性源于酶對底物的疏水結(jié)合作用和催化基團(tuán)的臨近效應(yīng)。環(huán)糊精具有獨(dú)特的圓臺形分子結(jié)構(gòu)，能與許多底物形成包合物，極似酶的性質(zhì)，因此環(huán)糊精作為構(gòu)筑酶模型的良好主體材料得到了廣泛的研究。

3.1 修飾環(huán)糊精模擬酶體系

如果將2個功能基團(tuán)引入環(huán)糊精的同一面，則2個基團(tuán)可產(chǎn)生協(xié)同作用，形成一個新的體系，改善環(huán)糊精的催化活性，從而實(shí)現(xiàn)酶的作用機(jī)理。Breslow等[34]將2個咪唑基團(tuán)同時引入環(huán)糊精的第一面，設(shè)計(jì)出核糖核酸模型。研究表明，其對叔丁基苯磷二酚環(huán)磷脂的水解有催化作用，Ks值高達(dá)120×10-5s-1，而無酶模型作催化劑時反應(yīng)的Ks值僅為1×10-5s-1，同位素效應(yīng)研究表明，2個咪唑基在反應(yīng)中有協(xié)同作用[35]。

將特定構(gòu)型的基團(tuán)引入到β-環(huán)糊精中，可以得到具有立體選擇性的酶模型。如將吡哆胺鍵合到環(huán)糊精的伯羥基處，得到的修飾環(huán)糊精可以催化α-酮酸的氨基轉(zhuǎn)化反應(yīng)，反應(yīng)速率為僅以吡哆胺作催化劑的100倍，轉(zhuǎn)化過程中表現(xiàn)出立體選擇性[36]。Tabushi等[37]用二碘代β-環(huán)糊精分步與吡哆胺和乙二胺反應(yīng)得到新化合物，能使α-酮酸的轉(zhuǎn)氨反應(yīng)具有很高的手性選擇性，生成的L-氨基酸高達(dá)95%。

3.2 環(huán)糊精聚合物模擬酶體系

環(huán)糊精單元通過一些功能基橋聯(lián)之后，2個相鄰的環(huán)糊精空腔能協(xié)同參與對形狀和尺寸適合的客體分子的包結(jié)配位作用，并形成穩(wěn)定性更好的超分子配合物，能更好地模擬生物酶?；诖?，人們合成了一系列環(huán)糊精聚合物。Tastan等[38]設(shè)計(jì)了模擬酶模型，由于其具有2個環(huán)糊精空腔，可以協(xié)同鍵合底物，故加入酶模型后，乙酸硝基苯酚脂的水解速率提高了150倍。

近年來，有研究者合成了6-硒橋聯(lián)β-環(huán)糊精用于模擬谷胱甘肽過氧化物酶(GPX，Eel，Ⅰ，Ⅱ，9)，取得了頗具意義的結(jié)果。GPX以還原型谷胱甘肽為底物，催化還原氫過氧化物，能消除體內(nèi)自由基、防止脂質(zhì)過氧化，對預(yù)防和治療克山病、心血管病及癌癥等有明顯效果。利用β-CD的特殊結(jié)構(gòu)，將GPX 的活性基團(tuán)-she引入β-CD作為GPX模型，通過對硒橋聯(lián)β-CD模擬物活性與其它模擬物的對比分析得出，硒橋聯(lián)β-CD的GPX活性高于其它模擬物[39]。劉俊秋等[40]合成了一種新的GPX模擬物2-位硒橋聯(lián)環(huán)糊精，此模擬物的GPX活性是PZ51的7.5倍。該研究開辟了一種以環(huán)糊精為酶模型制備具有GPX活性的人工酶的新方法。

3.3 環(huán)糊精金屬配合物模擬酶體系

早期金屬酶模擬研究是以天然酶中的金屬中心及其配位基團(tuán)為對象，設(shè)計(jì)和合成對應(yīng)的金屬配合物，而超分子研究方法與技術(shù)的引入，使得金屬酶的模擬從酶催化中心的金屬離子及其配位基團(tuán)的模擬，發(fā)展到對金屬酶的催化中心及其亞穩(wěn)態(tài)、次層結(jié)構(gòu)的疏水環(huán)境及底物識別基團(tuán)的模擬[41]，在超分子層次上實(shí)現(xiàn)金屬酶結(jié)構(gòu)和功能的模擬。

Breslow等[42]在酶模擬領(lǐng)域進(jìn)行了開創(chuàng)性的研究，于1970 年報(bào)道了第一個金屬酶模型。Akkaya等[43]合成了環(huán)糊精的6-位羥基單取代四氮雜環(huán)十二烷鈷配合物，其對底物p-NA的催化水解速率提高了900 倍，而四氮雜環(huán)十二烷鈷配合物本身不能起催化作用，表明環(huán)糊精鈷配合物的環(huán)糊精疏水腔在催化反應(yīng)中起重要作用。Breslow[44]合成了聯(lián)吡啶橋聯(lián)環(huán)糊精與Cu(Ⅱ)的配合物，聯(lián)吡啶橋聯(lián)基可以有效地絡(luò)合Cu(Ⅱ)形成催化活性中心。催化基團(tuán)恰好在底物的反應(yīng)中心處，具有很高的催化效率。幾種新型β-環(huán)糊精與金屬釕的化合物已經(jīng)合成，它們是模仿胡蘿卜素單加氧酶的一類區(qū)域選擇性催化酶，其結(jié)構(gòu)非常特殊，可以減少手性酮95%的對映異構(gòu)體[45]。

3.4 環(huán)糊精與卟啉模擬酶體系

金屬卟啉配合物具有多種天然酶(如血紅蛋白、肌紅蛋白、細(xì)胞色素P-450單加氧酶、細(xì)胞色素C、過氧化氫酶、葉綠素等)的生物功能，成為研究最多的模擬酶體系之一。位于卟啉環(huán)周圍的環(huán)糊精所提供的非極性微環(huán)境可能對卟啉環(huán)的性質(zhì)產(chǎn)生較大影響。環(huán)糊精-卟啉有望成為多種生物過程如酶催化反應(yīng)、光合作用等的模擬模型。

Zhou等[46]研究了一種新的血紅蛋白模型，這種模型基于聚乙二醇環(huán)糊精的支架，有一個結(jié)合血紅素的空腔和一個軸向的配體結(jié)合卟啉分子，可以和氧進(jìn)行可逆結(jié)合而形成穩(wěn)定的過渡態(tài)。通過研究環(huán)糊精與卟啉超分子體系的光譜發(fā)現(xiàn)，對于這個主客體納入模型，環(huán)糊精作為血紅素蛋白運(yùn)輸?shù)幕钚圆课?，為卟啉提供了屏蔽作用，從而產(chǎn)生了類似血紅蛋白的酶[47]。Yu等[48]為了構(gòu)造具有超氧化物歧化酶和GPX活性的酶，成功地合成了包合錳卟啉的環(huán)糊精聚合物，其表現(xiàn)出超高的GPX活性，比人們熟悉的硒的聚合物酶提高了27倍，而且具有很好的熱穩(wěn)定性。

4 展望

超分子化學(xué)一直是近年來研究的熱點(diǎn)，隨著人們對環(huán)糊精更深入地進(jìn)行修飾和改良研究，越來越多功能各異的環(huán)糊精衍生物被合成出來，這不單給藥學(xué)，也給生物學(xué)、材料學(xué)、環(huán)境學(xué)帶來新的研究方向。隨著研究水平的提高，通過物理學(xué)家、化學(xué)家、生物化學(xué)家、分子生物學(xué)家、細(xì)胞生物學(xué)家等的合作與交叉研究，更多環(huán)糊精衍生物表現(xiàn)出來的奇特理化性質(zhì)和優(yōu)良的生物學(xué)特性必將使其得到更好的應(yīng)用與發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1] 靖波，陳曉，柴永存.環(huán)糊精與大分子組裝(準(zhǔn))聚輪烷[J].化學(xué)進(jìn)展，2006，18(10)：1361-1368.

[2] 謝德明，孫尉翔.環(huán)糊精-高聚物超分子類生物材料的研究進(jìn)展[J].材料科學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2006，24(4)：623-626.

[3] 尤長城，張旻，劉育.超分子體系中的分子識別研究[J].化學(xué)學(xué)報(bào)，2000，58(3)：338-342.

[4] Hamada F，Ishikawa K，Tamura I，et al.Molecular recognition and sensory system ofγ-cyclodextrin capped by sodium anthranilate[J].Anal Sci，1995，11(6)：935-939.

[5] Hamada F，Ishikawa K，Ito R,et al.Spacer effect of appended moieties for molecular recognition in sodium anthranilate-modifiedγ-cyclodextrin[J].Inclusion Phnom Mol Recognit Chem，1994，20(1)：43-51.

[6] Sern C H,May C Y,Zakaria Z,et al.The effect of polymers and surfactants on the pour point of palm oil methyl esters[J].Eur J Lipid Sci Technol[J]，2007，109(4)：440-444.

[7] Bügler Jürgen，Engberson J F J，Reinhoudt D N.Novel water-solubleβ-CD-calix[4]arene couples as fluorescent sensor molecules for the detection of neutral analytes[J].Org Chem，1998，63(16)：5339-5344.

[8] Jing P，F(xiàn)u R N，Dai R J，et al.Consequence of diluting modifiedβ-cyclodextrins in a side-chain crown ether polysiloxane and in a side chain liquid-crytalline polysilozane-containing crown ether as stationary phases in capillary gas chromatography[J].Chromatographia，1996，43(9/10)：546-550.

[9] Yu X D，Lin L，Wu C Y.Synergistic effect of mixed stationary phase in gas chromatography[J].Chromatographia，1999，49(9-10)：567-571.

[10] 曾昭睿，劉敏，丁玉強(qiáng).環(huán)糊精-冠醚用做氣相色譜手性固定相的研究[J].色譜，1998，16(5)：390-392.

[11] 宋蕓，劉育.聯(lián)喹啉橋聯(lián)雙環(huán)糊精對染料客體分子的協(xié)同鍵合[J].化學(xué)學(xué)報(bào)，2005，63(2)：103-108.

[12] 劉育，尤長城，張衡益.超分子化學(xué)——合成受體的分子識別與組裝[M].天津：南開大學(xué)出版社，2001:241-242.

[13] Nakamura M，Ikeda T，Nakamura A，et al.Remarkable molecular recognition of dansyl-modified cyclodextrin dimer[J].Chem Lett，1995，24(5)：343-344.

[14] Liu Y，Li B.The novelo-phenylendiscleno bridgedβ-cyclodextrins complexes with platinum and palladiumions[J].Supremol Chem，1999，10(4)：279-281.

[15] Tellini V H S，Jover A，Tato J V，et al.Macromolecular self-assembly based on inclusion complexation of cyclodextrins[J].Am Chem Soc，2006，128(7)：5728-5734.

[16] Surpateanu G G,Landy D,Lungu C N，et al.Synthesis and inclusion capability of aβ-cyclodextrin-tetrathiafulvalene derivative[J].Chem Eur J，2006，62(41)：9701-9704.

[17] 馮喜增，邢婉麗，曹瑛，等.羅丹明B-β-環(huán)糊精衍生物探針型主-客體分子相互識別作用的研究[J].高等學(xué)?；瘜W(xué)學(xué)報(bào)，1997，18(10)：1637-1641.

[18] Harada A，Okada M，Kawaguchi Y，et al.Macromolecular recognition：New cyclodextrin polyrotaxaries and molecular tubes[J].Polym Adv Tech，1999，10(1-2)：3-12.

[19] 韓偉，黃鳳洪，楊湄，等.生物柴油低溫流動性及改進(jìn)方法研究進(jìn)展[J].化工進(jìn)展，2007，26(10)：485-491.

[20] Ming T C，Nazaruddin R，Lye O T，et al.Eur J Lipid Sci Tech[J].2005，107(7-8)：505-512.

[21] Ohira A，Ishizaki T，Kunitake M，et al.Formation of the ′nanotube′ strcuture ofβ-cyclodextrin on Au(Ⅲ) surfaces induced by potential controlled adsorption[J].Physicochem Eng Aspects，2000，169(1)：27-33.

[22] Moser B R，Erhan S Z.Evaluation of castor and lesquerella oil derivatives as additives in biodiesel and ultalow sulfer diesel fuels[J].Eur J Lipid Sci Tech，2007，109：206-213.

[23] 何品剛，方禹之，鈴木，等.β-環(huán)糊精含硫衍生物自組單分子膜修飾金電極的選擇穿透性研究[J].高等學(xué)校化學(xué)學(xué)報(bào)，1996，17(6)：893-895.

[24] 王臻，張浩力，力虎林.偶氮苯衍生物-β-環(huán)糊精包合物的自組裝行為[J].物理化學(xué)學(xué)報(bào)，1999，15(7)：606-612.

[25] Ohira A，Ishizaki T，Sakata M，et al.Formation of the "nanotube" structure of betacyclodextrin on Au(Ⅱ) surfaces induced by potential controlled adsorption[J].Colloids and Sur，A:Physicochem and Eng Asp，2000，169(13)：27-33.

[26] Kunitake M，Ohira A，Uemura S，et al.Adsorption-induced two-dimensional self-organization[J].Kobunshi Ronbunshu，1999，56(10)：609-616.

[27] Laihoa Ari，Ras R H A，Valkama S，et al.Control of self-assembly by charge-transfer complexation between C60fullerene and electron donating units of block copolymers[J].Macromolecules，2006，39(22)：7648-7653.

[28] Paloniemi H，Lukkarinen M，?ritalo T，et al.Layer-by-layer electrostatic self-assembly of single-wall carbon nanotube polyelectrolytes[J].Langmuir，2006，22(1)：74-83.

[29] Feng X S，Yan L F，Wen J，et al.Synthesis and self-assembly study of two-armed polymers containing crown ether core[J].Polymer，2002，43(10)：3131-3137.

[30] 王保國，張妍，李韋華，等.模板劑在介孔分子篩合成中的作用機(jī)理[J].化學(xué)工業(yè)與工程，2005，22(2)：115-118.

[31] 趙彥利，劉育.苯基修飾β-環(huán)糊精的自組裝行為[J].中國科學(xué)B輯，2005，35(5)：378-384.

[32] Zhao D N，Xia X，Hou W G，et al.Fabrication of MCM-41 mesoporous silica through the self-assembly supermolecule ofβ-CD and CTAB[J].J Sol State Chem，2007，180(2)：780-784.

[33] 寧濤，劉晶晶，張興偉，等.以β-環(huán)糊精改性自組裝的化合物為模板劑合成介孔分子篩及其表征[J].石油化工，2009，38(3)：254-259.

[34] Breslow R，Doherty J，Guillot G.Remote functionalization reactions as conformational probes for fexible alkyl chains[J].Am Chem Soc，1978，100(4)：1213-1218.

[35] Anslyn E，Breslow R.Proton inventory of a bifunctional ribonuclease model[J].Am Chem Soc，1989，111(24)：8931-8932.

[36] Breslow R,Dong S D,Webb Y,et al.Synthesis of artificial enzymes[J].J Am Chem Soc，1996，118：6601-6606.

[37] Tabushi I,Kuroda Y，Yamada M，et al.A-(Modified B6)-B-[ω-amino (ethylamino)]-β-cyclodextrin as an artificial B6enzyme for chiral aminotransfer reaction[J].J Am Chem Soc，1985，107(19)：5545-5546.

[38] Tastan P，Akkaya E U.A novel cyclodextrin homodimer with dual-mode substrate binding and esterase activity[J].Chem Molecular Catalysis A，2000，157(1/2)：261-263.

[39] Wilson S R，Zucker P A，Huang R C.Development of synthetic compounds with glutathione peroxidase activity[J].Am Chem Soc，1989，111(15)：5936-5939.

[40] 劉俊秋，高姝娟，沈家驄，等.2-位硒橋聯(lián)β-環(huán)糊精的合成及催化性質(zhì)[J].中國生物化學(xué)與分子生物學(xué)報(bào)，1999，15(1)：102-104.

[41] Thomas C M，Ward T R.Artificial metalloenzymes：Proteins as hosts for enantioselective catalysis[J].Chem Soc Rev，2005，34(4)：337-346.

[42] Breslow R，Overman L E.An "artificial enzyme" combining a metal catalytic group and a hydrophobic binding cavity[J].J Am Chem Soc，1970，92(4)：1075-1077.

[43] Akkaya E U，Czarnik A W.Synthesis and reactivity of cobalt(Ⅲ) complexes bearing primary-and secondary-side cyclodextrin binding sites[J].J Am Chem Soc，1988，110(25)：8553-8554.

[44] Breslow R.Binding and catalysis with flexible locks and flexible keys[J].Supramolecular Chemistry,1995,6(1-2)：41-47.

[45] Woggon W D，Schlatter A,Wang Hao.β-Cyclodextrin-linked Ru complexes for oxidations and reductions[J].Advances in Inorganic Chemistry，2008，60：31-58.

[46] Zhou H C,Groves J T.Hemodextrin:A self-assembled cyclodextrin-porphyrin construct that binds dioxygen[J].Biophysical Chemistry，2003，105(2-3)：639-648.

[47] Wang X P，Pan J H，Shuang S M.Study on the supramolecular system of meso-tetrakis (4-sulfonatophenyl) porphyrin and cyclodextrins by spectroscopy[J].Spectrochim Acta A Mol Biomol Spectrosc，2001，57(14)：2755-2762.

[48] Yu S J，Huang X，Miao L，et al.A supramolecular bifunctional artificial enzyme with superoxide dismutase and glutathione peroxidase activities[J].Bioorganic Chemistry，2010，38(4)：159-164.