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【COSMOlogic应用实例】水环境中具有生物活性分子的环糊精主客体包合物的研究
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【COSMOlogic应用实例】水环境中具有生物活性分子的环糊精主客体包合物的研究

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摘要:

本文研究了将l-天冬酰胺和l-天冬氨酸两种天然氨基酸作为客体分子包入α和β-环糊精水溶液的宿主腔中,在当前生物医学领域具有多种应用,可有效、精确地将必要数量的客体控制在目标位点一段时间内。表面张力和电导率研究以1:1的化学计量建立了包体配合物的形成。在密度和粘度研究的基础上,用各种热力学因素对包合物进行了表征。计算了客体氨基酸分子各基团对极限表观摩尔体积和粘度b系数的贡献,并测定了溶剂化和水化数以支持包合现象。利用疏水效应、氢键、静电力和结构效应解释了包合物的形成。

 

引言:

环糊精(CD)具有与不同客体分子形成包合物的特殊能力,在现代科学中被广泛应用于各种化合物的控释。它们是具有6个(α-CD)、7个(β-CD)和8个(γ-CD)吡喃葡萄糖单元的环状低聚糖,由α-(1e4)键结合在一起。CDs是在细菌消化纤维素的过程中形成的,其形状像一个截断的锥形而不是完美的圆柱体。它们具有独特的结构特征,即极性亲hy环具有一级和二级-OH基团和疏水内腔(方案1)。由于这种结构,CDs可以作为各种生物、医药、有机和无机客体分子的分子宿主,形成主客体包合物。CD包封后,客体分子的物理性质可能发生有利的变化,因此,通过形成包合物复合物,将其用于稳定性、溶解度、生物利用度和作为生物活性分子的载体。

 

结果与讨论:

由于β-CD多了一个吡喃葡萄糖单位,它有更多的-OH基团,因此β-CD与氨基酸的相互作用比a-CD多。因此,α和β-CD中两种氨基酸溶液的pH值不同。因此,这些pH值明显地说明了氨基酸两性离子态的存在和差异,即胺和羧酸以离子形式存在-NH3+和-COO-(方案1),L-Asp侧链上的羧基以-COO-. L-Asp的低pH值是由于侧链上的-COOH基团释放了一个H+。

表面张力值下降规律的α和β两种氨基酸浓度增加的CD可能是因为包含复合物的形成的空腔内α和β-CD(图1)。类似的曲线得到L-Asn和L-Asp与单明显打破每个点共同向心性主机和来宾的比例是1:1的原则,每个包含的四个病例表明1:1化学计量复合物形成(表1)。曲线中的断点意味着包含复合物的复杂化学计量(1:2,2:1,2:2等)(方案2)。因此,这两种氨基酸与两种CD形成1:1的包合物。氨基酸通过更宽的边缘进入CD,与CD腔进行最高接触,增加疏水相互作用(方案3)。

 

 

 

方案4显示了嵌套配合物形成的合理机制,说明疏水烃部分位于腔内,极性基团位于CD的两个边缘,并通过与边缘的-OH基团形成h键来稳定。

 

包合物的不同化学计量,如1:2,2:1、2:2等会被更多的电导率曲线断点所识别(方案2)。

对于α和β-CD水溶液中的两种天然氨基酸,溶液的电导率都有规律地降低,这显然是为了形成包合物(图2)。

两种氨基酸和CD在不同质量分数下的φ如图3所示。

 

粘度b系数(表S10)表示溶胶-溶剂相互作用(这里是溶质氨基酸和助溶剂CD;因此,粘度系数b表示主客体相互作用),这取决于溶质分子的大小和形状。L-Asn和L- Asp两种氨基酸的b系数均为正(图4),并随着α和β-CD的conc的增加而增加,这是由于氨基酸-CD相互作用的增加以及溶剂化作用的增加。

 

总结:

上述研究表明,氨基酸L-Asn和L-Asp与α和β-CD形成主-客体包合物。表面张力和电导率测试表明,包体配合物以1:1的化学计量结构形成。通过测定基团对极限表观摩尔体积和粘度系数的贡献,用密度和粘度研究来表征包合物。溶剂化数和水化数也支持包合现象。所有的结果都证明了包合物的形成,因此本工作在使用α和β-CD控制这两种氨基酸的递送领域具有不同的应用价值。

 

详情文章:http://dx.doi.org/10.1016/j.fluid.2016.06.013

 

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