富勒烯c60、c70的超分子化学

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1、万方数据富勒烯c砷、c70的超分子化学＼蓄陆长元姚思德章道道关键调富勤烯超分子包结物环糊精杯芳烃摘要介绍了富勒烯C叭Cto与环橱精、冠醚、杯芳烃等主体形成超分子的进展和一些潜在的应用前景．富勒烯(Fullerenes)C。。、C，o作为金钢石和石墨的同素异形体，是Kroto等在1985年研究激光寨发石墨的飞行时间质谱(TOF—MS)时发现的，由于这一发现，H．W，Kroto、R．F．Curl和R。E．；malley分享了1996年诺贝尔化学奖。自1990年Kratschmer等采用石墨电弧放电的方法合成并兮离出克量级的cso、C，o以来，Cso、C”以其独特的结构和性质(如C。。为60个碳原

2、子组成的32面体毫状结构，分子高度对称，每个碳原子都是等价的，属Ih点群，c。为拉长的笼状结构，属D。点群，有丘种不等价的碳原子。它们能发生诸如亲电加成、氧化还原等反应，掺入金属离子后具有超导性能、怍线性光学效应等)在物理、化学、材料和生命科学等领域越来越显示出巨大的应用潜力和重大的开究意义，从而引起了广大科学工作者的极大兴趣o“]。对应于研究原子与原子用化学键联结起来而形成分子的分子化学，超分子化学则是研究分子与分子以分子问作用力联结起来而形成分子聚集体的化学．这种分子闻作用力是几种作用力(主要睦疏水亲脂作用力、范德华力、静电引力、氢健、电荷迁移和配位键的作用)的协同作用，通过叠加和办同，

3、分子间的弱相互作用在一定条件下可转化为强结合能。实际上超分子体系的研究已不限于化笋的范暗，而是与生物、物理、生命科学、材料、信息及环境等学科交织在一起，形成了“超分子科#”，近年来发展很快，是研究的。热点”。由于在这一领域的先驱性研究，美国的C．J．Pederson，D．．Cram和法国的J．M．Lehn获得了1987年的诺贝尔化学奖。有关富勒烯形成超分子方面的报道有很多，其衍生物也可以形成超分子，如C。。的铱化台物可H通过分子自组合形成超分子Ic”Ec(C00一)t]能被^环糊精包结形成超分子，某些C。。水溶性衍生物可被HIVP(TheProteaseoftheHumanhnmunodef

4、iciencyVirus—1)的活性部位(其结构可被匠似地看成是一个线性圆筒形，半径与C”非常相近)识别，从而阻断HIVP活性中心，达到抑制tlVP的目的(HIVP的抑制是研究治疗艾滋病的关甓)∞。限于篇幅，本文仅就以畜勒烯c。或c，。；身为底物(substrate)或客体(guest)通过与受体(receptor)或主体(host)的分子识别形成超分子supermolecule)或包结物(inclusioncomplex)这一领域作介绍．以期更多的化学工作者对此有所r解。本文涉及的主体主要有t环糊精，冠醚类化合物，杯芳烃、分子筛、胶束，膜等。蕾长竞2‘岁·研兜生-从■謇赣■的越分子化学、曹

5、羲鼍衍生糖曲■鲁、生蕾效应厦功姑材料的研兜．■寨茸蒜科学暮垒冀肋疆甘19N．．12-09收■。埘9f帅∞●■1万方数据1环糊精化学通报1998年第1期近来研究表明富勒烯能有效抑制癌细胞的增殖，促进细胞分化，有望成为治疗癌症的新药。但由于富勒烯分子是非极性的难溶于水，无法与人体内“靶分子”作用，使得它们在生物化学领域中的研究和应用受到很大的限制。因此水溶性富勒烯衍生物的制备是非极性的富勒烯分子能否在生化‘乙领域得以真正应用的关键所在。利用空腔大小合适的主体如环糊精(Cyclodextrin，CD，是由n吡哺葡萄糖通过a—l，4糖苷键连接而成的一组环状低聚糖。常见的有a、p、7三种类型)等同富勒

6、烯分子形成的包结物可以很好地解决这一难题，1992年Wennerstrom等把C。。置于7-CD水溶液中回流48h首次得到可溶于水的c。。的包结物，uV—VIS光谱检测显示包结物与c。。的环已烷溶液具有相似的吸收值。通过简单分子模拟计算指出该包结物有两种可能的结构7-CD／C。(1t1)与(2：1)，并认为在溶液中这两种结构都存在，而且在一定条件下可以相互转化“]。进一步研究表明a—cco-”(空穴直径为5—6A)和pcD(7—8A)由于空腔太小无法识别c。。分子(直径为7．1A)，只有7一CD(9-10A)能与C”形成包结物。但即使是7一CD也不能把c。。分子完全包在它的疏水空腔里，在1：

7、1t包结物中Cso分子的相当一部分暴露在水中，而2：l包结物中两个CD分子可通过氢键相联能把C60分子完全包住(见图1)n51。随后Boulas与Yoshida、Priyadarsini等“1改进制备方法，分别得到I较纯的7-CD／C”(1t1)与(2：1)的包结物。在早期的文献中，大多数人士认为C，。分子(大小为7×7×9A)不能被7-CD识别形成包结物，1994年Wennerstrom等采用类似的方法实现