16，17α-环氧黄体酮—环糊精包合物的研究

论文摘要

本文针对甾体化合物在微生物转化中难溶性问题,构建能和微生物细胞同处一相的环糊精类（Cyclodextrins, CDs）超分子介质系统,借助环糊精的分子识别、疏水/亲水特性来提高甾体化合物的溶解度。系统地研究p-CD及其衍生物与甾体16,17α-环氧黄体酮（16,17a-epoxyprogesterone, EP）包合物的制备和表征、溶液中主客体之间包合规律、主客体相互作用力及包合过程影响因素等基础科学问题,为构建疏水化合物生物转化的超分子介质系统以及环糊精在甾体生物转化中的应用提供原理和方法指导。采用共沉淀法和搅拌法分别制备了EP-β-CD包合物和EP-RM-β-CD包合物。通过TG-DTA、DSC、XRPD、SEM和FTIR进行了包合物的鉴定和表征。结果表明EP的A环进入了环糊精空腔。包合物的形成降低了EP的脂溶性,提高了其溶解度和溶出度。环糊精的加入可引起甾体紫外吸收光谱产生轻微的减色效应,并伴随微弱的蓝移。衍生物由于侧链取代基的存在可以扩大环糊精疏水空腔的体积而具有比β-CD更强包合客体分子的能力。通过相溶解度实验分析,发现不同环糊精对EP的包合和增溶能力表现为：RM-β-CD>HP-β-CD>β-CD,其中β-CD与EP形成1：1可溶性和2：1不可溶性包合物,而环糊精衍生物与EP形成的是1：1可溶性包合物。热力学分析表明EP与环糊精包合过程为自发进行的过程（△G<0）,包合稳定常数随温度升高而降低,温度升高不利于包合过程的进行。β-CD与EP的包合过程是焓有利（△H<0）熵不利（△S<0）的过程；而RM-β-CD与EP包合过程为△H（△H<0）和AS（△S>0）共同驱动的过程。随着溶液中有机溶剂含量的增加或者有机溶剂极性的减小,RM-β-CD包合EP的能力减弱（K越小）,EP在环糊精水溶液中的溶解度随着包合介质极性的下降而逐渐减小,说明疏水相互作用是环糊精在水溶液体系中进行分子识别的一个重要驱动力。疏水效应分析表明EP-β-CD包合物形成过程中49.3%驱动力为EP的疏水特性所产生,而包括具体相互作用力（如偶极相互作用,色散力,氢键）的其他因素为-8.08KJ/mol（负号表明为吸引力）；EP与RM-β-CD在形成包合物的过程中所有驱动力中有97.4%是由于EP的疏水特性引起的,包括具体相互作用力的其他因素为+1.09KJ/mol（正号表明为排斥力）。通过分析比较HP-β-CD对17a-羟基孕甾-4-稀-3,20-二酮-21-醋酸酯（RSA）、17a.21-二羟基孕甾-4-稀-3,20-二酮（RS）、雄甾-4-烯-3,17-二酮（Androstenedione,AD）、睾酮（Testosterone, TS）、氢化可的松（Hydrocortisone, HC）及EP等几种不同结构的甾体化合物的包合稳定常数,发现其包合能力表现出一定差异性,RSA> EP> RS>TS>AD>HC。表明甾体疏水性越强,越容易进入环糊精的疏水性空腔形成稳定性越强的包合物。同时甾体化合物的结构基团也是影响其包合稳定常数的重要因素,其中甾体的A环对包合稳定常数的影响最大,D环上的侧链取代基对包合物的稳定性也起到一定的影响。在环糊精类超分子甾体生物转化的应用技术方面,发现以EP-RM-β-CD包合物的方式投料其生物转化的初始转化速率和最终转化率都高于物理混合投料和无环糊精的对照投料方式。这对于甾体在生物转化时底物的投料方式,提供了一种新的途径和新方法。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 前言
• 1.1 超分子化学概述
• 1.2 环糊精概述
• 1.2.1 天然环糊精
• 1.2.2 环糊精衍生物
• 1.3 环糊精包合物
• 1.3.1 包合物形成条件
• 1.3.2 包合物制备
• 1.3.3 包合物表征
• 1.3.4 环糊精与客体的包合模式
• 1.3.5 包合机理
• 1.3.6 环糊精包合过程中分子间力相关分析
• 1.3.7 包合意义
• 1.4 甾体化合物简介
• 1.5 环糊精体系中甾体化合物的生物转化
• 1.6 环糊精甾体包合物研究进展
• 1.7 本论文的立题依据和主要研究内容
• 2 材料与方法
• 2.1 实验材料
• 2.1.1 实验试剂
• 2.1.2 实验仪器
• 2.1.3 实验菌种
• 2.1.4 培养基
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 EP-β-CD包合物制备方法
• 2.2.2 EP-RM-β-CD包合物制备方法
• 2.2.3 物理混合物的制备
• 2.2.4 包合物的表征
• 2.2.5 EP浓度的测定
• 2.2.6 脂水分配系数的测定
• 2.2.7 溶出度的测定
• 2.2.8 环糊精对EP紫外吸收光谱的影响
• 2.2.9 相溶解度的测定
• 2.2.10 菌体的培养与转化
• 2.2.11 转化率的测定
• 3 结果与讨论
• 3.1 包合物的制备、表征及特性研究
• 3.1.1 EP-β-CD包合物的制备
• 3.1.2 EP-RM-β-CD包合物的制备
• 3.1.3 EP-β-CD包合物的表征
• 3.1.4 EP-RM-β-CD包合物的表征
• 3.1.5 脂水分配系数
• 3.1.6 溶出度
• 3.2 环糊精对EP包合增溶规律、影响因素及驱动力分析
• 3.2.1 环糊精对EP紫外吸收光谱的影响
• 3.2.2 EP在不同种类环糊精水溶液中的相溶解度研究
• 3.2.3 温度对包合作用的影响
• 3.2.4 溶剂极性对包合作用的影响
• 3.2.5 疏水效应分析
• 3.3 其他甾体相溶解度的研究
• 3.4 包合物对EP羟化反应的研究
• 4 结论
• 5 展望
• 6 参考文献
• 7 攻读硕士学位期间发表论文情况
• 8 致谢