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环糊精作为一类重要的天然超分子体系,具有疏水的空腔和亲水的表面,可以作为主体与无机、有机和生物客体分子结合形成主一客体或超分子配合物,它的结构特征使其作为分子受体、人工酶模型和药物载体在科学和技术众多领域有着广泛的应用,环糊精分子识别的深入研究对于从化学角度理解生物分子相互识别过程具有重要意义。本文以p→π*跃迁偶极矩为圆二色光谱探针对环糊精与客体离子[Zn(dmit)2]2-之间的包合作用进行了深入研究;并探索了在水溶液中择性修饰环糊精的方法,合成了马来二腈二硫烯修饰的环糊精衍生物,研究了其在溶液中结构与构象变化。主要工作分为以下三个部分。
利用各种物理化学测试方法研究客体离子[Zn(dmit)2]2-与环糊精分子所形成的包合物,不同尺寸大小的环糊精分子与客体离子[Zn(dmit)2]2-间存在不同的包合模式;根据理论计算结果,得知客体离子[Zn(dmit)2]2-的p→π*跃迁偶极矩的方向应垂直于C=C双键,与环糊精分子对称轴平行;对包合物的UV及ICD光谱信号进行归属,结合Harata和Kodaka规则对ICD光谱特征进行了预测,除了位于270 nm涉及到锌原子的跃迁偶极矩外,理论预测值与实验值一致。
以对甲苯磺酸酐为酰化剂,在水溶液中对β-环糊精的第二羟基面进行修饰,得到单-2-对甲苯磺酰-β-环糊精,进而又与马来二腈二硫代酸钠反应得到离子型环糊精衍生物单-2-马来二腈二硫代酸钠-β-环糊精。合成的产物利用红外光谱、紫外可见光谱、园二色性光谱、热重分析、1H-NMR和13C-NMR等手段进行表征。不同于6-mnt-β-cyclodextrin在溶液中形成Head-to-Head型的二聚体,2-mnt-β-cyclodextrin没有圆二色性活性,但易与金属配位结合,在金属酶模拟和手性分离上更具应用价值。
单6-马来二腈二硫代酸钠-β-环糊精在溶液中形成Head-to-Head型的二聚体,可以通过滴加金属离子Cu2+和金属螯合剂EDTA可逆性的控制二聚体的打开与闭合的状态。当滴加Cu2+离子时,6-mnt-β-cyclodextrin中带负电的S原子将与Cu2+离子配位结合,二聚体处于打开状态,ICD光谱形状相较于6-mnt-β-cyclodextrin发生了翻转;而用EDTA溶液将Cu2+螯合后,导致二聚体处于关闭状态,ICD光谱形状随即恢复过来,这类二聚体构型控制在文献中尚未发现类似报道。