环糊精材料的改性技术

环糊精作为一种常见的药物和药物分析材料，具有其独特的性质，其疏水空腔能够包合适当大小的分子。通过应用比较简单的方法对环糊精材料进行修饰，使改性后的环糊精材料具有更为优越的性能，溶解度增大，包合能力加强等，从而加深了其在药剂学、药物分析以及食品、染料等很多领域的应用，而且其应用范围逐步扩大。环糊精材料在相关领域的应用取得了很好的效果，是一种具有高实用价值的材料。

01.绪论

环糊精是由(Cyclodextrins, CD)环糊精葡萄糖基转移酶(CGTase)作用于麦芽糖溶液所产生的一组环状低聚糖。1891年，Villiers首次发现环糊精；1904年，Schardinger确定了其结构；1953年，个关于环糊精的专利问世。天然存在的环糊精最常见的有三种，即α-、β-、γ-环糊精，分别是由6、7、8个葡萄糖单体通过α-1,4糖苷键连接而构成的。

02.环糊精改性目的 

天然环糊精在水中的溶解度特别小，应用范围有限。在保证其基本结构的前提下，对天然环糊精的分子结构进行一定程度的改造并包合药物，能提高药物的稳定性和溶解度，改善药物的转运与代谢过程，提高生物利用度；改善药物理化性质和不良嗅味；降低毒副作用，减少刺激性，扩大环糊精的应用范围。

在药物分析中，可以将环糊精或其衍生物作为手性选择剂，增强拆分结构相近的手性药物的能力；将其作为色谱分析的固定相，更好地分离对映体；环糊精还可以诱发相关物质产生荧光，便于检测该物质；另外还能提高传感器的检测灵敏度等。

03.环糊精改性方法

主要可以分为化学法和酶工程法。酶工程法是制备支链环糊精的方法，而化学法是主要的方法。化学结构修饰的关键问题在于选择恰当的结构改变，使包合物在生理条件下可以释放母体药物，并根据机体组织在酶、受体、pH等条件的差异，使母体药物的释放有差异，从而达到上述的改性目的。环糊精材料是由6个或6个以上D(+)-吡喃型葡萄糖单元经过α-1,4糖苷键连接而成的环状化合物，互为椅式异构体。3种天然环糊精的分子形状都是略呈锥形的圆环, 其空腔内侧由2圈氢原子(H-3和H-5)及1圈处于C-H键屏蔽之下的糖苷键的氧原子组成，所以环糊精内腔为疏水环境，而其外侧边框由于羟基的聚集而呈亲水性。这样就形成了环糊精“外亲水、内疏水”的特殊结构，使其能够包合不同的客体分子，形成特殊结构的包合物。

化学改性是对环糊精分子腔外表面的醇羟基进行酯化、醚化、氧化、交联等化学反应，从而使环糊精分子腔的外表面有新的功能团。例如，β-CD腔外有21个-OH，但是由于-OH间形成了稳定的分子内氢键，其与水分子的相互作用减弱，因而，通过对环糊精进行一定的化学修饰，破坏分子内氢键，就有可能增大环糊精在水溶液中的溶解度。

比如醚化反应，一般是选用适当的醚化剂，在碱性催化剂存在的前提下，使β-CD上的-OH部分转化为-OR。常用的醚化剂有甲基化试剂、乙基化试剂及环氧丙烷等。

根据反应介质的不同，又有湿法和干法2种改性方法。湿法是广泛使用的方法，它是用β-CD的碱性水溶液与醚化剂进行反应，反应时间较长，但反应均匀，产物取代基分布集中；干法是用β-CD粉末与醚化剂在无水条件下反应，反应时间短，速度快，但反应不均匀，产物取代基分布较宽。

04.环糊精改性产物种类

改性环糊精按取代基的性质大体可分为水溶性、疏水性及离子性三种。水溶性的如支链环糊精、甲基化环糊精、羟乙基环糊精、羟丙基环糊精和低分子量β-环糊精聚合物（分子量3000-6000），磺烃基醚β-环糊精等；疏水性的包括乙基环糊精和乙酰基环糊精等；离子性的包括阴离子和阳离子的环糊精，阴离子的如硫酸酯环糊精、磷酸酯环糊精羧和甲基环糊精等。

甲基化环糊精在水中溶解度增大，其包合物在水中的溶解度也随之增大，另外，由于空间位阻增大，其包合作用还具有较好的立体选择性。乙基环糊精难溶于水，但能包合亲水性分子，降低亲水性药物的水溶性，控制亲水性药物的释放速率。羟丙基环糊精水溶性大，具有亲水性的优点，表面活性小，和生物机体有良好的生物相容性，刺激小。硫酸酯环糊精已有报道具有肝素活性和抗HIV作用。磺烃基醚β-环糊精是β-CD的一类磺酸基衍生物，同样具有高水溶性。

05.展望

随着药物载体研究的不断发展，环糊精及其衍生物在药剂学、药物分析方面有着广泛的应用。目前其应用已逐步扩展到药物学、环境科学、食品等领域。在环境科学领域，已将其用于环境检测，分离和消除环境中的药物残留及其有害物质。在食品领域，能够防止芳香物质的分解、消除保健食品的异味、提高饮料中主要成分含量等。

环糊精的改性方法众多，如酯化、醚化、氧化、交联等，通过这些方法对其化学结构进行修饰，得到众多的环糊精衍生物。这些衍生物在理化性质方面得到了改善，比如溶解度增大，包合能力增强等，这样又进一步扩大了其应用范围。近年来，环糊精大量应用于药物制剂、美容化妆品系列，同时环糊精也越来越受到纺织业的重视，厂家利用环糊精除臭的作用，制造出高档的服装面料和其它家居用品。另外日本学者报道，α-环糊精还是一种出色的保健食品原料，因为它在人体内可以产生多种有益的作用，如有助于抑制餐后血糖的升高。试验证实，α-环糊精在胃液中不被消化酶水解，但它在肠道中会被正常肠道菌群所分解，转化为醋酸、丙酸、酪酸等一系列的短链脂肪酸。这些短链脂肪酸在肠道中可抑制有害杂菌的生长，并有助于双歧杆菌等益生菌的生长