1、杯芳烴是繼冠醚和環(huán)糊精之后的第三代超分子主體化合物,以杯芳烴為主體的超分子化學是目前超分子化學中最活躍的研究領域之一,杯芳烴具有空腔可調(diào)節(jié)、構象可變化、易化學修飾等優(yōu)點而使之在生命科學、材料科學、藥物學及超分子化學研究領域中展現(xiàn)出廣泛的應用前景。本論文以超分子化學、藥物分析學及化學熱力學為研究背景,采用熒光分光光度法、紫外分光光度法、核磁共振光譜和密度泛函理論計算等手段從實驗和理論兩方面研究了以水溶性磺化杯[n]芳烴為超分子主體與某些客

2、體分子之間的相互作用,建立了包合物的分子模型,并闡述了包合物的形成機理,為提高藥物的生物利用率和熒光傳感器的研制提供了理論基礎。具體研究內(nèi)容如下:
　　1.簡要闡述了超分子化學的概況,回顧了杯芳烴的發(fā)展進程并介紹了杯芳烴及其衍生物的結構特點及與客體分子相互作用的機理,綜述了以磺化杯芳烴為主體的識別作用及在生物醫(yī)藥學領域中應用研究進展,評述了杯芳烴及其衍生物為主體的分子識別、分子組裝及熱力學研究所取得的重要成果和研究現(xiàn)狀。
　

3、　2.通過熒光滴定法和核磁共振法研究了超分子化合物磺化杯[n]芳烴(SCnA, n=4,6,8)與洛美沙星分子(LFLX)之間的相互作用。發(fā)現(xiàn)SCnA與LFLX分子作用形成了化學計量比為1:1的主客體包合物,并且產(chǎn)生強大的熒光猝滅現(xiàn)象。從pH和溫度等方面探討了影響包合過程的因素及作用力,證實靜電作用和結構的匹配效應占據(jù)著主導地位。結果表明,在不同的pH值和溫度條件下,包合物有不同的結合常數(shù),而且在相同條件下,結合常數(shù)是隨著杯芳烴環(huán)中酚單

4、元數(shù)目的增加而增大的。在溫度為298 K時,pH=6的Britton–Robinson緩沖溶液中,SC4A、SC6A和SC8A分別與LFLX分子形成的包合物的結合常數(shù)為7.49×104、2.38×105和3.96×105 L/mol。同時,根據(jù)Van′t Hoff方程測定了包合物的焓值(ΔH)和熵值(ΔS),從而獲得相應的吉布斯自由能(ΔG)。負的自由能說明了包合物的包合過程是自發(fā)的。此外,1H NMR研究和密度泛函理論(DFT)計算解

5、釋了主客體之間相互作用的機理,建立了主客體包合物的分子模型。
　　3.采用熒光滴定法和核磁共振法研究了磺化杯[6]芳烴(SC6A)與普魯卡因(PC)之間的超分子作用。并詳細探討了 pH、溫度、離子強度和 SC6A濃度對包合過程的影響。在pH=7.5的Britton–Robinson溶液中,隨著SC6A溶液的逐漸滴加,PC溶液的熒光強度發(fā)生了明顯的猝滅現(xiàn)象,這說明PC與SC6A形成了穩(wěn)定的包合物。通過線性雙倒數(shù)法確立了包合物的結合比

6、為1:1,且計算出包合物的結合常數(shù)為1.29×104 L/mol。1H NMR光譜證實了PC分子的脂肪族鏈部分進入SC6A的疏水空腔內(nèi),密度泛函理論計算驗證了這一說法。
　　4.采用一種新型的熒光探針滴定法研究了磺化杯[4]芳烴(SC4A)與三種不同的離子液體之間的包合作用。發(fā)現(xiàn)在pH=2的水溶液中,黃連堿(COP)僅有微弱的熒光發(fā)射,然而在該溶液中加入SC4A溶液后熒光發(fā)射顯著增強。據(jù)此形成了一種新的熒光探針體系—磺化杯[4]芳

7、烴-黃連堿(SC4A-COP),實驗結果表明,分別將三種不同的1-丁基-3-甲基咪唑鎓離子液體(C4MIm+)逐漸加入到該熒光探針體系中時,即可觀察到熒光探針體系的熒光強度劇烈降低。這就說明了通過競爭反應這三種離子液體都能與SC4A發(fā)生包合作用。本文還通過線性方程計算出了三種包合物的包合常數(shù)。密度泛函理論計算確立了以上包合物的分子模型。1H NMR光譜證實了這些分子模型的存在。證實了離子液體的1-丁基-3-甲基咪唑鎓部分進入了SC4A的