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1、·48·高分子通报2012年1月环糊精及其衍生物在环境污染物治理中的应用＊梅征,李宁(重庆工商大学环境与生物工程学院,重庆400067)摘要:环糊精是由不同的D-吡喃葡萄糖单元环状排列而成的圆锥状中空桶形分子,其独特的外亲水内疏水结构决定了其特殊的性能。目前环糊精及其衍生物在药剂学中的应用最为广泛,而在环境污染物治理方面的报道较少。本文介绍了环糊精主-客体包合作用影响因素、环糊精衍生物的合成方法,综述了近年来环糊精及其衍生物在污染水、土壤及大气治理中的研究进展,表明其在环境污染治理方面有较好的应用前景,并提出了其在环境污染物治理
2、中未来的研究方向。关键词:环糊精;环糊精衍生物;污染治理;有机污染物;重金属[1]环糊精(CD)具有明显不同于非环状结构糖类的化学特性,能与许多疏水的客体分子形成包合物,是一类良好的包合材料。如今人类认识环糊精已有100多年,环糊精及其衍生物的合成、结构性能及应用已在过去的几年里得到广泛的研究及报道,开始在食品、纺织、环境、涂料、机械、智能材料、分子组装、[2,3]化学检测等领域展示出一定潜力。在医药领域的研究尤为突出,其目标主要集中在增加药物的稳定性、改善药物的溶解度、控制药物的释放速率、提高药物生物利用度等方面,重点关注环糊
3、精及其衍生物[4～6]的合成技术、改性方法及对众多药物小分子的包合及释放规律及特性的研究。但是,环糊精及其衍生物在环境污染物治理方面的研究和应用却很少,还没能引起人们的广泛关注。在当前环境日益恶化的情况下,关注环糊精及其衍生物在环境保护方面发挥其作用具有一定的现实意义和潜在价值。1环糊精主-客体包合作用影响因素由于环糊精具有特殊的内疏水外亲水结构,使得与其接触的污染物之间形成一种主-客体包合物,通常称环糊精为主体,进入空腔的化合物称为客体。主-客体包合作用强弱的影响因素主要包括以下几个方面:(1)非极性与氢键因为环糊精空腔极性较
4、低,所以极性比水低的污染物进入空腔会取代原来空腔内的高能水,从而形成稳定的包合物。同时有些污染物能与羟基形成氢键,增强了包合物的稳定性。(2)主-客体之间的匹配程度由于环糊精空腔内侧两圈H原子(H-3和H-5)及一圈糖苷键的氧原子处于C—H键的屏蔽之下而形成的较强的氢键网络,使得主-客体之间包合的稳定性很大程度上取决于客体分子与空腔的匹配度。[7]客体分子太大无法进入环糊精空腔,太小又由于疏水作用力和范德华力太小而不稳定。(3)pH和温度有些客体分子与环糊精形成的包合物其稳定性受pH影响很大,故需在特定的pH范围内方能达到[7]
5、最佳包合效果。环糊精主-客体包合物的稳定性还与温度有关,一般来说温度越低越稳定。收稿:2011-4-28;修回:2011-6-8;基金项目:国家自然科学基金(20907076);重庆高校创新团队建设计划(KJTD201020);作者简介:梅征(1985-),男,硕士研究生,主要从事环境功能材料研究;＊通讯作者:E-mail:tdlnjohn@yahoo.com.cn.第1期高分子通报·49·2环糊精衍生物合成方法由于天然环糊精疏水区域及催化活性有限,故在实际应用中受到一定限制。为了克服这一缺点需对环糊精进行改性。改性环糊精是指在
6、保持环糊精大环基本骨架不变情况下引入修饰基团,得到具有不同性质和功能的[8][9]产物,改性后的环糊精也叫环糊精衍生物。环糊精衍生物既保持了环糊精包合、释缓和催化的能力,又引入了一些特殊的官能团,所以具有比母体环糊精更优良的性能。目前对环糊精衍生物的合成方法主要有化学法和酶法两种,其中以化学法为主。化学法是对环糊精分子空腔外表面的羟基进行醚化、酯化、氧化、交联、共聚、接枝、共混等化学反应,使环糊精的分子外表面[10～12]有新的官能团。反应程度用取代度即平均每个葡萄糖单元中羟基被取代的数量表示。酶法是利用[13]环糊精葡萄糖基转
7、移酶或普鲁蓝酶等将单糖或低聚糖结合到环糊精上,制成支链环糊精的方法。3环糊精及其衍生物在环境污染物治理中的应用目前,环境污染问题日益严重,已成为各国关注的焦点。随着人们对环糊精研究的深入,近年来环糊精及其衍生物已开始应用到环境污染处理的很多领域,取得了较好的效果。3.1环糊精及其衍生物在水污染治理中的应用水处理的传统方法有生物法、絮凝法、氧化法等,这些方法不但处理效率低,且存在二次污染。随着废水类型及每类废水所含污染物种类的增多,需要发展更新的水处理技术。环糊精衍生物的研究和应用[14]为此提供了一种全新的水处理技术和方法,具有
8、灵活、高效、方便的特点。地下水中非离子低极性有机物污染,由于在水中溶解性很小,用常规方法很难除去,因此越来越受到人们的关注。环糊精衍生物能增强非离子低极性有机物在水中的溶解度,从而进一步实现对污染物的去除。甲基-β-CD(MCD)和无毒易降解的羟丙基-β-CD(
