1。2。1  结构

环糊精(Cyclodextrin，简称CD)是直链淀粉在由芽孢杆菌产生的环糊精葡萄糖基转移酶作用下生成的一系列环状低聚糖的总称，通常含有6~12个D-吡喃葡萄糖单元[4]。各葡萄糖单元均以1，4-糖苷键结合成环。由于连接葡萄糖单元的糖苷键不能自由旋转，环糊精不是圆筒状分子而是略呈锥形的圆环。其中研究得较多并且具有重要实际意义的是含有6、7、8个葡萄糖单元的分子，分别称为α-、β-和γ-环糊精。

 环糊精的单元结构

 三种环糊精的性质对比

环糊精分子具有略呈锥形的中空圆筒立体环状结构，在其空洞结构中，外侧上端（较大开口端）由C2和C3的仲羟基构成，下端（较小开口端）由C6的伯羟基构成，具有亲水性，而空腔内由于受到C-H键的屏蔽作用形成了疏水区[4,5]。这种特殊的外缘亲水内腔疏水的结果使其能作为主体包合各种不同的客体分子从而形成主客体包合体系，成为化学、化工工作者感兴趣的研究对象。因而在医药、分析化学、日用化工、环保、农业等众多领域得到了广泛应用。

1。2。2  研究历史

如今环糊精已经发展成为超分子化学的重要主题之一，而它的发现可以追溯到百年之前。1891年，Villiers最早从芽孢杆菌属淀粉杆菌的1kg淀粉消化液中分离出3g可以从水中重结晶的物质，并确定其组成为（C6H10O5）2•3H2O。1903年，Schardinger用分离的菌株淀粉得到两种晶体化合物，确认它们与Villiers分离出的为同一物质，并用I-KI反应区别了α-环糊精与β-环糊精。这种判断方法被沿用至今。而为了纪念他对于建立环糊精化学基础的贡献，也曾把环糊精叫做沙丁格糊精。继他之后，Pringsheim等发现这种结晶性糊精能结合各种有机物生成复合体[6]。

到了1932年，环糊精和各种有机物形成复合物的性质已经被发现[7]。Freudenberg最先得到纯环糊精，并提出Schardinger糊精是葡萄糖单元以麦芽糖方式结合的环状分子，分子内只含α-1,4糖苷键。随后于1936年提出了这些结晶性糊精的结构。在1949年前后Pitha又发现了γ-环糊精并确认结构。这一时期的研究结果使人们认识到环糊精可能应用于工业，然而由于对毒性的判断存在争议使其开发应用的研究受到阻碍。

70年代末以来环糊精化学快速发展并成为构筑分子的重要主体，得益于各种分析技术的完善以及新仪器的出台。在收集并且分析大量热力学数据的基础上，提供了讨论和认识各种客体被环糊精或者改性环糊精包合和的性质的因素。目前环糊精已发展成为超分子化学中最重要的一类主题之一。来*自-优=尔,论:文+网www.youerw.com

1。2。3 研究内容与意义

尽管目前对环糊精/客体的超分子体系已有较多的实验研究，很少有报道提及对这种体系的理论研究。获取水溶液环境中环糊精/客体复合物的稳定常数和包合自由能是环糊精/客体体系的研究重点。环糊精/客体复合物的稳定常数越大、包合自由能越负，环糊精/客体复合物越稳定，环糊精对客体的包合效果越好。但由于环糊精体系的复杂性， 目前还没有一个非常成熟的计算模型可以准确获得水溶液中环糊精/客体分子的包合自由能。 实验研究和理论研究都表明，要准确获得水溶液中环糊精/客体分子的包合自由能，必须将溶剂效应考虑进去。针对超分子体系，分子动力学模拟和量子化学计算是常用的分子模拟和理论计算方法。分子动力学模拟(Molecular Dynamic Simulations, MD)计算量适中，可用 于处理较大的分子体系，将分子动力学模拟应用于环糊精体系可以兼顾计算准确性和计算速度。同时，分子动力学模拟可以产生大量环糊精/客体分子复合物的超分子构象，在分子水平上展现环糊精包合客体分子的动态过程，可有效实现对水溶液中环糊精/客体分子复合物的平衡构象的搜索。第一性原理或半经验量子力学方法(Quantum Mechanics, QM)的计算准确性较分子动力学模拟高，但对计算资源的需求较大，难以满足大尺度分子体系的计算要求。