新型β-环糊精交联聚合物的合成及其对儿茶素的吸附

王恩举，尚彦菁，张 利

（海南师范大学 化学与化工学院，海南 海口 571158）

具有包合功能的β-环糊精（β-CD）是目前应用最广泛的超分子主体化合物.β-CD分子中含有多达21个羟基，其中葡萄糖单元2位和6位的共14个羟基，具有较高的反应活性，可以与双官能团或多官能团羟基交联剂反应，使β-CD形成交合聚合物（β-CDP）.在聚合物中β-CD具有与游离态相似的包络性能，而且β-CDP中相邻的环糊精单元之间具有协同效应，从而使其对一些大体积分子的包络能力远远大于游离的β-CD[1].环氧氯丙烷[2]，乙二醇二缩水甘油醚[3]，二异氰酸酯[4]，柠檬酸[5]等都可以作为β-CD的交联剂，其中研究最多、使用最广的是环氧氯丙烷.β-CD与环氧氯丙烷一般在在碱水介质中反应得到β-CDP[5]，但在碱水中环氧基易与氢氧根离子发生开环反应，产物中可能存在大量的环糊精甘油醚，而且产品的性状对反应时间，碱的浓度、环氧氯丙烷的用量和滴加速度等因素非常敏感.本文首次在非水介质中合成了环氧氯丙烷交联的β-CDP，避免了环氧基与OH-的副反应.并将其应用于绿茶提取物脱咖啡因研究，结果显示所合成的β-CDP对儿茶素类物质、尤其是表没食子儿茶素没食子酸酯有较强的选择性，对咖啡因几乎不吸附.

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

三用紫外线分析暗箱（武汉药科新技术开发有限公司）；Nexus-470型傅里叶变换红外光谱仪（美国Nicolet公司）.

硅胶GF254薄层层析预制板（青岛海洋化工厂）；β-环糊精（98%，北京奥博星生物技术有限公司，使用前110℃干燥3小时）；环氧氯丙烷（阿拉丁公司）；碳酸钾（广州化学试剂厂）；N,N-二甲基甲酰胺（DMF，国药集团化学试剂有限公司，使用前用分子筛干燥，然后减压蒸馏收集76℃/36 mmHg的馏分）；绿茶（产地：五指山）；所用试剂均为市售分析纯.

1.2 β-CD交联聚合物（β-CDP）的合成

将干燥的β-CD（11.4 g）溶解于无水DMF（30 mL）中，加入无水碳酸钾（18 g），常温搅拌30 min，升温到100℃，充分搅拌下慢慢滴入环氧氯丙烷（9 g，溶于10 mL DMF中），滴加过程约需40 min，加完后，升温至120℃继续剧烈搅拌反应30 min，冷却至室温，抽滤，用大量水和丙酮交替洗涤产品，50℃真空干燥得浅灰色固体10 g.研细过筛.

1.3 β-CDP对绿茶提取物的吸附

绿茶末（1 g）加55%的乙醇（20 mL），室温（28℃）搅拌2 h，抽滤，滤液减压浓缩至无醇味，加适量水使成澄清溶液，总体积为10 mL.

β-CDP（10 g）用水溶胀3 h，超声除去气泡，装入内径为2 cm的玻璃柱中，从柱顶均匀加入绿茶提取物水溶液（5 mL），依次用水，不同浓度的乙醇（20%，40%，50%，60%，70%，80%）梯度洗脱.硅胶薄层检验各洗脱液，展开剂：V（氯仿）∶V（丙酮）∶V（甲酸）=5∶4∶1.

2 结果与讨论

2.1 β-CDP的合成

环氧氯丙烷交联β-CDP的合成一般在碱水介质中进行，但在碱水中环氧基可以发生许多副反应.由于环氧基的水解，环氧氯丙烷需要过量许多倍，更重要的是环氧基β-CD可以水解生成大量的β-CD甘油醚（1），β-CD甘油醚还可以继续反应生成更长链的甘油醚（2）或通过一个长的甘油醚链连接两个β-CD分子（3），碱的浓度、β-CD的浓度，温度、环氧氯丙烷的用量和滴加速度等因素都会影响这些副反应[7].相关反应如图1所示.

图1 相关反应方程式Fig.1 Related reaction equation

文献曾在水相条件下合成了β-CDP[6]，聚合产品大量吸水后呈凝胶状，作为色谱固定相流速太慢.聚合物中大量的甘油醚基、以及β-CD间较长的甘油醚连接臂可能是导致β-CDP吸水溶胀率特别大的原因[8].为了得到有较小的吸水溶胀率、结构均匀、适合作为色谱固定相的β-CDP，本文在非水介质合成了一种新的β-CDP，在本方法中能与环氧基发生开环反应的官能团只有环糊精的羟基，避免了在水介质中的的副反应.合成产物的吸水性适中，作为色谱固定相流速适中（比微晶纤维素稍慢），具有很好的应用前景.

2.2 红外光谱

采用KBr压片法测定了两种方法合成的β-CDP及β-CD的红外光谱（见图2），β-CD分子的2位O—H和3位O—H间存在较强的氢键作用，这些氢键在β-CD大口端形成一个闭合的大环，在两种β-CDP中氢键的闭合大环结构被破坏，氢键作用减弱，因此，两种β-CDP在3400 cm-1附近的O—H伸缩振动吸收比β-CD更加尖锐且吸收强度更大.水相中合成的β-CDP具有较多的亚甲基（CH2），因此在谱图b中相应于CH2在2850 cm-1附近的对称伸缩振动和1500～1600 cm-1的弯曲振动最强，β-CD中的亚甲基最少，相应在这两个位置的吸收最弱.三个谱图在1000～1050 cm-1都有强吸收，归属为C—O伸缩振动，在β-CD中主要为醇的C—O，醚的O—C—O较少，而在β-CDP中O—C—O数量相对增多，O—C—O有对称和不对称两种伸缩振动，二者与醇C—O振动吸收叠合使1000 cm-1附近的吸收峰变宽、变钝，精细结构消失，这种变化在谱图b中表现的更明显，这与我们关于反应机理的分析一致.但三者的主要结构单元都是吡喃型葡萄糖，引起红外吸收的官能团基本相同，这使它们的主要吸收峰也基本相同.

2.3 β-CDP对绿茶提取物的选择性吸附性能

图2 红外光谱：（a）本文合成的β-CDP；（b）水相中合成的β-CDP[6]；（c）β-CDFig.2 FT-IR spectra：（a）β-CDP obtained in nonaqueous medium；（b）β-CDP obtained in aqueous medium[6]；（c）β-CD

图3 β-CDP乙醇洗脱液的TLC照片Fig.3 TLC photograph of ethanol elutions of β-CDP

在实验条件下，β-CDP不吸附咖啡因，咖啡因可以被水快速洗脱下来.但能很好地吸附儿茶素类多酚，而且对不同的儿茶素多酚表现出一定的选择性.当洗脱剂乙醇的浓度小于40%时，几乎没有多酚类物质被洗下来.50%的乙醇对非酯型儿茶素的洗脱较好，随着乙醇浓度的增加，洗脱液中酯型儿茶素的比例逐渐增加.70%乙醇洗脱得到的是纯度很高的表没食子儿茶素茶没食子酸酯（EGCg），80%的乙醇中已经没有多酚类物质.图3为梯度乙醇洗脱液的薄层色谱照片，从左向右依次分别为：水洗脱物、绿茶提取物对照品、50%乙醇洗脱液、70%乙醇洗脱液.粗提物对照品斑点由上向下依次为：咖啡因、表儿茶素（EC）、表没食子儿茶素（EGC）、表儿茶素没食子酸酯（ECg）、表没食子儿茶素茶没食子酸酯（EGCg）.绿茶提取物中酯型儿茶素和咖啡因的含量较高，尤其是EGCg的含量最高.水洗脱液中只有咖啡因，在50%的乙醇洗脱液中虽然4种儿茶素类物质的含量相差不大，但相对粗提物而言，非酯型儿茶素得到了富集，粗提物中含量最高的EGCg在50%的乙醇洗脱液中却非常少.70%乙醇洗脱液中基本上只有EGCg.

文献曾研究过在碱水体系中合成的β-CDP对绿茶提取物的静态吸附性能[6]，本文所合成的β-CDP对两类儿茶素（酯型和非酯型儿茶素）的选择性明显高于前者.这可能与二者的微孔结构有关，也可能是由于色谱洗脱法优于静态吸附法.

3 结论

在非水介质中合成了一种新型的β-CD交联聚合物，与传统的碱水介质合成法相比，本合成法避免了由于环氧乙基易开环引起的副反应，得到的β-CDP吸水性适中，特别适合作为柱色谱固定相.对绿茶提取物的吸附研究表明，β-CDP能从绿茶提取物中选择性吸附儿茶素类多酚，不吸附咖啡因，而且表现出了对EGCg的特殊高选择性.因此，本文所合成的β-CDP不但可以用于绿茶提取物脱咖啡因，而且可以用于纯化EGCg单体.

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