环糊精及其衍生物包合富马酸增溶作用的研究

论文摘要

环糊精是一类截锥状的大环化合物，其独特的笼状结构可以包合客体分子形成包合物，此时客体分子被包含于分子空腔中或客体分子位于环糊精分子自聚体之间。同时，由于环糊精外部多羟基的亲水性，使形成的包合物具有良好的可润湿性，从而达到对难溶性客体的增溶效果。α-、β-环糊精是两种常用于增溶的化合物。由于β-环糊精自身溶解度较低，常常通过在其边缘引入修饰基团来改善其溶解度，扩大其应用范围。而作为客体增溶剂较常用的是β-环糊精的衍生物羟丙基-β-环糊精，其具有毒性低和水溶性好的特点。富马酸是良好的食品和饲料添加剂，它酸味纯正而不涩，在食品行业可作为酸度调味剂；它可促进肠胃对蛋白质的吸收，故此也可用作饲料添加剂。但由于富马酸在水中溶解度较小，尤其是在低温下水溶性更差，致使它的应用受到一定的限制。因此，增加富马酸的水溶性，对拓宽富马酸的应用范围具有重要的意义。本实验分别探讨了α-环糊精、β-环糊精、羟丙基-β-环糊精对富马酸的包合、增溶作用，其主要研究内容和实验结果如下：（1）实验采用相溶解度法研究了三种环糊精在水溶液中对富马酸的包合和增溶作用，以及包合过程中热力学参数的变化情况。研究结果表明：富马酸与三种环糊精在水溶液中均可自发形成可溶性包合物，从而增加了其溶解度。其中β-环糊精与富马酸形成了1：1包合物，其包合类型为AL型；而羟丙基-β-环糊精和α-环糊精也可在一定程度上与富马酸形成1：1的包合物，但其包合类型均属于AN型。同时，富马酸与三种环糊精在包合过程中的吉布斯自由能变化（△G）、焓变（△H）和熵变（△S）均为负值，因此，所有过程均为焓驱动过程和放热、熵减过程。（2）分别采用研磨法、超声波法和共沉淀法制备了富马酸与三种环糊精的包合物，测定了其包合率和溶解度，并与富马酸原有的溶解度进行了比较。实验结果表明：包合后的富马酸溶解度有所增加，但其增加程度受制备方法和包合材料的影响，对α-环糊精和β-环糊精而言，采用超声波法和共沉淀法所制备的包合物性能优于研磨法制备的；对羟丙基-β-环糊精而言，由于受实验条件限制，实验中仅制得极微量的包合物，因此，未能测定其包合率和产率。（3）采用红外光谱法对富马酸与三种环糊精的包合物进行了物相鉴别。分析结果表明：用超声波法和共沉淀法制备的富马酸-环糊精包合物，体现出了包合物的特征光谱；而研磨法并不能形成富马酸与环糊精的包合物。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 前言
• 1.1 环糊精简介
• 1.1.1 环糊精的发展与应用
• 1.1.2 环糊精的结构与性质
• 1.2 固体环糊精包合物的形态与表征
• 1.2.1 固体环糊精包合物的制备与表征
• 1.2.2 固体环糊精包合物的晶体结构
• 1.3 溶液中环糊精包合行为研究
• 1.3.1 溶液中环糊精包合物形成的作用力及研究方法
• 1.3.2 包合常数K的测定方法
• 1.4 客体分子与环糊精分子存在的其他方式
• 1.5 富马酸简介
• 1.5.1 富马酸的性质
• 1.5.2 富马酸的主要应用
• 1.6 本论文的研究内容和意义
• 第二章 β-环糊精对富马酸包合、增溶作用研究
• 2.1 引言
• 2.2 试剂与仪器
• 2.3 实验方法
• 2.3.1 β-环糊精对富马酸的影响
• 2.3.2 相溶解度法
• 2.3.3 β-环糊精包合物的制备
• 2.3.4 包合率的测定
• 2.3.5 溶解度的测定
• 2.3.6 红外光谱测定
• 2.4 结果与讨论
• 2.4.1 富马酸溶液的pH值对环糊精的影响
• 2.4.2 富马酸的工作曲线
• 2.4.3 紫外分析方法的建立
• 2.4.4 β-环糊精对富马酸的增溶效应
• 2.4.5 不同温度包合过程中有关热力学参数的计算
• 2.4.6 包合率
• 2.4.7 包合物的溶解度变化
• 2.4.8 红外光谱分析
• 2.5 本章小结
• 第三章 羟丙基-β-环糊精对富马酸包合、增溶作用研究
• 3.1 试剂与仪器
• 3.2 实验方法
• 3.2.1 羟丙基-β-环糊精对富马酸的影响
• 3.2.2 相溶解度法
• 3.2.3 羟丙基-β-环糊精包合物的制备
• 3.2.4 包合率的测定
• 3.2.5 溶解度的测定
• 3.2.6 红外光谱测定
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 紫外分析方法的建立
• 3.3.2 羟丙基-β-环糊精的增溶效应
• 3.3.3 不同温度包合过程中有关热力学参数的计算
• 3.3.4 包合率
• 3.3.5 包合物的溶解度变化
• 3.3.6 红外光谱分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 α-环糊精对富马酸包合、增溶作用研究
• 4.1 试剂与仪器
• 4.2 实验方法
• 4.2.1 α-环糊精对富马酸的影响
• 4.2.2 相溶解度法
• 4.2.3 α-环糊精包合物的制备
• 4.2.4 包合率的测定
• 4.2.5 溶解度的测定
• 4.2.6 红外光谱测定
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 紫外分析方法的建立
• 4.3.2 α-环糊精的增溶效应
• 4.3.3 不同温度包合过程中有关热力学参数的计算
• 4.3.4 包合率
• 4.3.5 包合物的溶解度变化
• 4.3.6 红外光谱分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 富马酸分子与环糊精空腔尺度的匹配性
• 2软件简介'>5.1 Cerius²软件简介
• 5.2 马酸分子结构计算与包合预测
• 第六章 总结和展望
• 6.1 总结
• 6.2 后续工作展望
• 参考文献
• 硕士期间发表的论文
• 致谢