环糊精聚合物超分子材料的研究进展.pdfVIP

第 4期 高 分 子 通 报 环糊精．聚合物超分子材料的研究进展 余志军，范敏敏，孟宪伟，张 晟 (四川大学高分子研究所 ，高分子材料工程国家重点实验室，成都 610065) 摘要：环糊精是由若干D．吡喃葡萄糖单元环状排列而成的圆锥状筒形分子，具有中空内孔结构。研究表 明：当长链高分子 的分子尺寸与环糊精 内径相匹配时，高分子可作为客体分子串入环糊精的中空 内孔 中自聚集 成为一种独特的超分子包结物。本文从环糊精的结构性质、环糊精一聚合物超分子的复合机理、客体聚合物的 种类、以及复合物 的应用领域 四个方面全面综述 了近年来有关环糊精和高聚物包结物 的相关研究现状 。并在 最后展望 了环糊精．聚合物超分子未来 的发展方 向0 关键词 ：环糊精一聚合物 ；包结物 ；超分子 引言 1978年法国化学家 Lenh首次提出 “超分子化学”概念 ，指出：具有特定结构的分子作为接受体借助各 种分子内作用 (电性作用、磁性作用、氢键、范德华力以及各种近距离力)选择性与底物结合 ，这样形成的 分子聚集体为 “超分子”。以分子识别为基础、分子 自组装为手段的超分子体系，为分子器件、材料科学和 生命科学的发展开辟了一条崭新 的道路。环状分子的主客体识别是形成超分子的其 中一个重要手段，人 们发现含有中空内孔的环形分子如 ：冠醚、环糊精 、葫芦脲 、环芳烃等由于其独特的中空内孔结构 ，可和特 定的分子以自组装的形式结合在一起形成分子有序体，即超分子。环糊精就是环状分子其 中的一个重要 分子。 H2OH 图 l ．环糊精的分子结构示意 图 Figure1 ChemicM structureofthe 口-cyclodextrin 1 环糊精结构及其性质 环糊精(cyclodextrin，cD)也称作环聚葡萄糖，是 由若干 D．吡喃葡萄糖单元环状排列而成的圆锥状筒 形分子。其 中葡萄糖残基个数一般为 6、7、8个，分别称为 a一、』9-、7．环糊精，三种环糊精的内径分别为 基金项 目：国家 自然科学基金 ； 作者简介：余志军(1984一)，男 ，硕士在读，从事高分子 自组装的研究； *通信联系人 。E-mail：zslbj@163．corn． 高 分 子 通 报 2009年 4月 0．57nm、0．78rim、0．95rim。CDs中所有葡萄糖残基均采取未扭 曲的椅式构象，葡萄糖单元 的6位羟基 (伯 羟基)构成了CDs截锥状结构的主面(较窄端)；而2位和 3位羟基(仲羟基)构成了CDs截锥状结构的次 面 (较阔端)，图1为 a．CD的结构示意图。CDs分子 的内空腔表面仅存在糖苷氧原子及覆盖糖苷氧原子 的氢原子，所以腔内呈疏水环境，外侧面 由于羟基的聚集而呈亲水性 。CDs的空腔可以容纳多种客体分 子形成包结物…。 图2 环糊精-聚合物包结物 的项链状结构 Figure2 NecklacestructureoftheinclusioncomplexofCD andpolymers 能与 CDs形成包结物的客体非常广泛 ，如有机分子 、无机离子 、生物小分子、配合物、甚至惰性气体。 分子大小适于其洞穴尺寸的客体分子 ，只要极性小于水 ，就有可能代替小分子而进入 CDs空腔形成包结 物。CDs和这些小分子的超分子研究起步较早，已经成功应用于医药 、纳米材料、生物分子识别系统等领 域。在医药、碳纳米管、纳米电线 以及生物分子的识别系统都取得了令人瞩 目的成果 ]。 但直到 1990年，日本的Harada等才首次发现：当长链高分子的分子尺寸与环状分子内径相匹配时， 高分子也可串人环状分子的中空 内孔 中自聚集成为一种项链状的超分子 ，如图2所示。 自此，CDs对 聚合物长链 的选择性包结作用引起了国内外学者的广泛关注 。本文将对十几年来有关 CDs．聚合物包结 物的研究进行综述。 2