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1、(10)申请公布号 CN 102775526 A(43)申请公布日 2012.11.14CN102775526A*CN102775526A*(21)申请号 201210242389.1(22)申请日 2012.07.13C08B 37/16(2006.01)C01B 31/02(2006.01)B82Y 30/00(2011.01)(71)申请人南京大学扬州化学化工研究院地址 211400 江苏省扬州市仪征市扬州化学工业园区长城路1号申请人南京大学(72)发明人武伟 蒋锡群(74)专利代理机构南京知识律师事务所 32207代理人黄嘉栋(54) 发明名称单-6- (8-氨基-3,6-二氧杂辛氨基。
2、)-环糊精及其制法和在修饰碳纳米管中的应用(57) 摘要一种环糊精修饰的水溶性碳纳米管，它是由单-6-(8-氨基-3,6-二氧杂辛氨基)-环糊精与羧基化的碳纳米管反应得到的、环糊精以1,8-二氨基-3,6-二氧杂辛烷用酰胺键与羧基化的碳纳米管连接的、-环糊精共价修饰的碳纳米管。本发明的环糊精修饰的碳纳米管中环糊精分子与碳纳米管之间通过亲水性的缩三乙二醇二胺（1,8-二氨基-3,6-二氧杂辛烷）共价连接，环糊精分子与缩三乙二醇连接臂有效提高了碳纳米管的水溶性，修饰后的碳纳米管环境友好，具有很好的稳定性，而且制备条件容易实现、原料易得、成本较低。本发明有效提高了碳纳米管的亲水性、生物相容性。本发明。
3、公开了其制法。(51)Int.Cl.权利要求书1页 说明书4页 附图2页(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 2 页1/1 页21. 一 种 改 性 的 - 环 糊 精， 其 特 征 是 ： 它 是 单 -6- (8- 氨基 -3,6- 二 氧 杂 辛 氨 基 )- 环 糊 精， 它 有 如 下 结 构 ： 。2. 一种权利要求 1 所述的改性的 - 环糊精的制法， 其特征是 ： 它是将单 -(6-O- 对甲苯磺酰基 )- 环糊精 （2.0 g, 1.55 mmol） ， 碘化钾 （0.025 g, 0.15 mmol） 和 1,8-。
4、 二氨基 -3,6- 二氧杂辛烷 （0.741 g, 5 mmol） 溶于 5 ml 干燥的 N- 甲基吡咯烷酮， 在 70下搅拌 4-8 小时， 冷却到室温后用 100 ml 乙醇稀释， 减压过滤收集产生的沉淀并依次用 100 ml乙 醇 和 50 ml 乙 醚 洗 涤 以 除 去 过 量 的 1,8- 二 氨 基 -3,6- 二 氧 杂 辛 烷， 真 空 干 燥 得 粗 产 物，将粗产物溶于水， 并用阳离子交换树脂纯化得纯品。3. 权利要求 1 所述的改性的 - 环糊精在修饰碳纳米管中的应用。4. 一 种 权 利 要 求 1 所 述 的 改 性 的 - 环 糊 精 共 价 修 饰 的 碳 。
5、纳 米 管， 其 特 征 是 ： 它 是 由单 -6- (8- 氨 基 -3,6- 二 氧 杂 辛 氨 基 )- 环 糊 精 与 羧 基 化 的 碳 纳 米 管 反 应 得 到的、 单 -6- (8- 氨基 -3,6- 二氧杂辛氨基 )- 环糊精用酰胺键与羧基化的碳纳米管连接的、 - 环糊精共价修饰的碳纳米管。5. 一种制备权利要求 4 所述的改性的 - 环糊精共价修饰的碳纳米管的方法， 其特征是它包括如下步骤 ：步骤 1. 将 2 g 多壁碳纳米管 (MWNTs) 分散于 100 ml 浓硫酸和浓硝酸的混酸中， 超声处理 1236 小时， 经离心、 过滤、 洗涤和干燥后得羧基化的碳纳米管， 。
6、记为 MWNT-COOH ；步 骤 2. 将 100 mg MWNT-COOH、 21 mg 1-(3- 二 甲 氨 基 丙 基 )-3- 乙 基 碳 二 亚 胺 盐 酸盐 （EDCHCl） 、 13 mg N- 羟基琥珀酰亚胺 （NHS） 、 24 l 三乙胺和 139 mg 单 -6- (8- 氨基 -3,6- 二氧杂辛氨基 )- 环糊精超声分散于 5 ml N,N- 二甲基甲酰胺中， 所得混合 物 在 室 温 下 搅 拌 过 夜， 加 入 5 ml 丙 酮， 离 心 收 集 固 体， 并 分 散 于 水 中， 在 截 留 分 子 量 为 1万的透析袋中充分透析， 得环糊 精修饰的多壁碳纳。
7、米管。6. 根据权利要求 5 所述的制备改性的 - 环糊精共价修饰的碳纳米管的方法， 其特征是 ： 步骤 1中所述的混酸的浓硫酸和浓硝酸的浓度分别为 98%和 65%， 混酸中浓硫酸和浓硝酸的体积比为 3/1， 用于超声处理的超声仪的功率为 100 W， 超声处理的时间为 1236小时。权 利 要 求 书CN 102775526 A1/4 页3单 -6- (8 - 氨基 -3 ,6 - 二氧杂辛氨基 )- 环糊精及其制法和在修饰碳纳米管中的应用技术领域0001 本发明涉及一种改性的环糊精及用它修饰的羧基化碳纳米管。背景技术0002 碳 纳 米 管 具 有 独 特 的 结 构 和 物 理 化 学。
8、 性 质， 如 中 空 管 状 高 长 径 比 的 一 维 纳 米 结构、 高 的 比 表 面 积、 极 低 的 密 度、 卓 越 的 机 械 强 度、 优 异 的 导 电 性、 良 好 的 热 和 化 学 稳 定 性、出 众 的 生 物 相 容 性 等。 近 年 来， 在 材 料 科 学 和 生 命 科 学 的 交 叉 领 域， 如 药 物 传 输 系 统、 新 型生物材料和生物传感器等， 碳纳米管受到越来越广泛的重视。0003 碳 纳 米 管 可 以 被 看 作 由 石 墨 片 层 卷 曲 而 成 的 中 空 管 状 的 一 维 纳 米 材 料， 根 据 石 墨片层的数目不同， 可以分为单。
9、壁 （SWNT） 和多壁 （MWNT） 碳纳米管。 在生物医药领域的应用方面， 碳 纳 米 管 表 现 出 诸 多 优 势 ： 经 亲 水 化 修 饰 的 碳 纳 米 管 具 有 良 好 的 生 物 相 容 性、 较 长 的 体循 环 时 间 并 可 以 被 缓 慢 排 出 体 外 ； 高 的 比 表 面 积 可 以 使 碳 纳 米 管 负 载 大 量 的 药 物 等 功 能 性分 子 ； 独 特 的 结 构 可 以 使 碳 纳 米 管 易 于 突 破 细 胞 膜 屏 障 进 入 细 胞， 从 而 有 效 地 将 负 载 的 药物 分 子 等 输 送 至 细 胞 内 ； 另 外， 碳 纳 米 。
10、管 还 具 有 独 特 的 物 理 光 学 性 能， 如 可 吸 收 近 红 外 光 或射 频 电 磁 波 而 升 温， 在 深 组 织 热 疗 方 面 有 潜 在 应 用 价 值， 并 可 能 实 现 与 化 疗 的 协 同 治 疗 ； 可发 射 近 红 外 荧 光 并 具 有 共 振 拉 曼 散 射 特 性， 从 而 易 于 示 踪 活 体 内 的 碳 纳 米 管， 使 碳 纳 米 管可 用 于 活 体 成 像 和 体 内 诊 断。 虽 然 碳 纳 米 管 在 生 物 医 药 方 面 的 研 究 还 处 于 实 验 阶 段， 但 其应用前景令人鼓舞。0004 碳 纳 米 管 本 身 不 含。
11、 任 何 活 性 官 能 团， 并 具 有 高 度 的 疏 水 性， 因 此 要 实 现 在 生 物 医药 领 域 的 应 用， 必 须 首 先 经 过 有 效 的 亲 水 化 改 性， 但 这 对 于 碳 纳 米 管 仍 然 是 一 个 难 点。 目前， 碳 纳 米 管 的 亲 水 化 改 性 主 要 通 过 共 价 连 接 或 双 亲 性 化 合 物 的 包 覆 引 入 足 够 分 子 量 的 聚乙二醇 （PEG） 来实现。0005 环 糊 精 （Cyclodextrin， 缩 写 为 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 的。
12、 作 用 下 生 成 的 一 系 列 环 状 低 聚 糖 的 总 称， 具 有 很 好 的 生 物 相 容 性 和 降 解 性。常见的环糊精有 、 、 - 环糊精三种， 分别由 6、 7、 8个吡喃葡萄糖单元组成， 其中 - 环糊精由于生产成本低， 应用范围广， 是目前工业上使用最多的环糊精。 环糊精分子具有略呈锥 形 的 圆 筒 状 结 构， 其 外 缘 亲 水 而 内 腔 疏 水， 与 客 体 分 子 形 成 包 合 物 是 环 糊 精 最 重 要 的 性质之一。 另外， 其手性空腔又具有不对称诱导、 选择性催化某些有机反应以及选择性结合某些分子或离子的特性。 因此环糊精在功能材料、 药物。
13、传输、 分析分离等诸多领域都有广阔的应用前景。0006 将 环 糊 精 共 价 连 接 在 碳 纳 米 管 的 表 面， 不 仅 可 以 大 大 改 善 碳 纳 米 管 的 溶 解 性 和 可操 作 性， 而 且 环 糊 精 分 子 手 性 空 腔 的 包 合 作 用 及 其 所 含 的 大 量 羟 基 为 碳 纳 米 管 的 二 次 功 能化提供有力的平台。发明内容说 明 书CN 102775526 A2/4 页40007 本 发 明 的 第 一 个 目 的 是 提 供 一 种 环 糊 精 共 价 修 饰 碳 纳 米 管 和 其 制 备 方 法， 其 中 包含带氨基的环糊精衍生物的合成方法。。
14、0008 本发明的技术方案如下 ：一 种 改 性 的 - 环 糊 精 ， 它 是 单 - 6 - ( 8 - 氨基 -3,6- 二 氧 杂 辛 氨 基 )- 环 糊 精， 它 有 如 下 结 构 ： 。0009 一种上述的改性的 - 环糊精的制法， 它是将单 -(6-O-对甲苯磺酰基 )- 环糊精 （2.0 g, 1.55 mmol） ， 碘化钾 （0.025 g, 0.15 mmol） 和 1,8- 二氨基 -3,6- 二氧杂辛烷（0.741 g, 5 mmol） 溶于 5 ml 干燥的 N- 甲基吡咯烷酮， 在 70下搅拌 4-8 小时， 冷却到室温后用 100 ml 乙醇稀释， 减压过滤。
15、收集产生的沉淀并依次用 100 ml 乙醇和 50 ml 乙醚洗涤以除去过量的 1,8-二氨基 -3,6-二氧杂辛烷， 真空干燥得粗产物， 将粗产物溶于水， 并用阳离子交换树脂纯化得纯品， 记为 CD-NH2。0010 上述的改性的 - 环糊精在修饰碳纳米管中的应用。0011 一 种 环 糊 精 共 价 修 饰 的 碳 纳 米 管， 它 是 由 单 -6- (8- 氨 基 -3,6- 二 氧 杂 辛氨 基 )- 环 糊 精 （ 记 为 CD-NH2） 与 羧 基 化 的 碳 纳 米 管 反 应 得 到 的、 环 糊 精 以 1,8- 二 氨基 -3,6- 二 氧 杂 辛 烷 用 酰 胺 键 与。
16、 羧 基 化 的 碳 纳 米 管 连 接 的、 - 环 糊 精 共 价 修 饰 的 碳 纳 米管。0012 一种制备上述的环糊精共价修饰的碳纳米管的方法， 它包括如下步骤 ：步骤 1. 将 2 g 多壁碳纳米管 (MWNTs) 分散于 100 ml 浓硫酸和浓硝酸的混酸中， 超声处理 1236 小时， 经离心、 过滤、 洗涤和干燥后得羧基化的碳纳米管， 记为 MWNT-COOH ；步 骤 2. 将 100 mg MWNT-COOH、 21 mg 1-(3- 二 甲 氨 基 丙 基 )-3- 乙 基 碳 二 亚 胺 盐 酸盐 （EDCHCl） 、 13 mg N- 羟基琥珀酰亚胺 （NHS） 、。
17、 24 l 三乙胺和 139 mg 单 -6- (8- 氨基 -3,6- 二氧杂辛氨基 )- 环糊精 （CD-NH2） 超声分散于 5 ml N,N- 二甲基甲酰胺 （ DMF） 中， 所得混合物在室温下搅拌过夜， 加入 5 ml丙酮， 离心收集固体， 并分散于水中， 在截留分子量为 1 万的透析袋中充分透析， 得环糊精修饰的多壁 碳纳米管。0013 上 述 的 制 备 环 糊 精 共 价 修 饰 的 碳 纳 米 管 的 方 法， 步 骤 1 中 所 述 的 混 酸 的 浓 硫 酸 和浓 硝 酸 的 浓 度 分 别 为 98% 和 65%， 混 酸 中 浓 硫 酸 和 浓 硝 酸 的 体 积 。
18、比 为 3/1， 用 于 超 声 处 理 的超声仪的功率为 100 W， 超声处理的时间为 1236 小时。0014 说 明 书CN 102775526 A3/4 页5本 发 明 涉 及 的 含 氨 基 的 单 -6- (8- 氨 基 -3,6- 二 氧 杂 辛 氨 基 )- 环 糊 精（CD-NH2） ， 其化学结构明确 （ 如图 2的 ESI-MS图所示 ） ， 有利于用它修饰后的碳纳米管的进一步 功 能 化 和 应 用， 另 外， 环 糊 精 分 子 与 碳 纳 米 管 之 间 通 过 1,8- 二 氨 基 -3,6- 二 氧 杂 辛 烷 连接， 可以有效提高修饰后碳纳米管的亲水性， 更。
19、有利于其在生物医药等方面的应用。0015 附图说明 ：图 1 为环糊精共价修饰碳纳米管的反应路线 ；图 2 为含氨基的环糊精衍生物 （CD-NH2） 的 ESI-MS 谱图 ；图 3 为 羧 基 化 碳 纳 米 管 （MWNT-COOH） （3a） 、 单 -6- (8- 氨 基 -3,6- 二 氧 杂 辛 氨基 )- 环 糊 精 （CD-NH2） （3b） 和 环 糊 精 共 价 修 饰 的 多 壁 碳 纳 米 管 （MWNT-CD） （3c） 的 红外光谱图 ；图 4 为 羧 基 化 碳 纳 米 管 （MWNT-COOH） （4a） 和 环 糊 精 共 价 修 饰 的 多 壁 碳 纳 米 。
20、管（MWNT-CD） （4b） 的热重分析 （TGA） 。0016 具体实施方式 ：实施例 1， 羧基化的碳纳米管的制备 ：将 2 g 多 壁 碳 纳 米 管 (MWNTs) 分 散 于 100 ml 浓 硫 酸 和 浓 硝 酸 的 混 酸 中， 超 声 处 理 12小时， 经离心、 过滤、 洗涤和干燥等操作后得羧基化的碳纳米管记为 MWNT-COOH（ 红外光谱如图 3a， TGA如图 4a） 。 其中所用的浓硫酸和浓硝酸的浓度分别为 98%和 65%， 混酸中浓硫酸和浓硝酸的体积比为 3/1， 用于超声处理的超声仪的功率为 100 W。0017 实施例 2. 羧基化的碳纳米管的制备 ：本 。
21、实 施 例 步 骤 同 实 施 例 1， 但 超 声 处 理 时 间 改 为 24 小 时， 所 得 的 羧 基 化 的 碳 纳 米 管 的红外光谱和 TGA 图与实施例 1 的基本相同。0018 实施例 3. 羧基化的碳纳米管的制备 ：本 实 施 例 步 骤 同 实 施 例 1， 但 超 声 处 理 时 间 改 为 36 小 时， 所 得 的 羧 基 化 的 碳 纳 米 管 的红外光谱和 TGA 图与实施例 1 的基本相同。0019 实施例 4. 单 -6- (8- 氨基 -3,6- 二氧杂辛氨基 )- 环糊精 （CD-NH2） 的制备 ：将单 -(6-O-对甲苯磺酰基 )- 环糊精 （2.。
22、0 g, 1.55 mmol） ， 碘化钾 （0.025 g, 0.15 mmol） 和 1,8- 二氨基 -3,6- 二氧杂辛烷 （0.741 g, 5 mmol） 溶于 5 ml 干燥的 N- 甲基吡咯烷酮， 在 70下搅拌 4-8 小时， 冷却到室温后用 100 ml 乙醇稀释。 减压过滤收集产生的沉淀并依次用 100 ml乙醇和 50 ml乙醚洗涤以除去过量的 1,8-二氨基 -3,6-二氧杂辛烷， 真空 干 燥 得 粗 产 物。 将 粗 产 物 溶 于 水， 并 用 阳 离 子 交 换 树 脂 纯 化 得 纯 品， 记 为 CD-NH2， 其 红 外光谱见图 3b， ESI-MS (。
23、m/z): Calcd. 1264.48, found: 633.17 for M + 2H2+, 1265.33 for M + H+（ 见图 2） 。.实施例 5. 环糊精共价修饰的多壁碳纳米管的制 备 ：将 100 mg MWNT-COOH、 21 mg 1-(3- 二 甲 氨 基 丙 基 )-3- 乙 基 碳 二 亚 胺 盐 酸 盐（ EDC*HCl） 、 13 mg N- 羟 基 琥 珀 酰 亚 胺 （ NHS） 、 24 l 三 乙 胺 和 139 mg CD-NH2超 声 分 散 于 5 说 明 书CN 102775526 A4/4 页6ml DMF 中， 所得混合物在室温下搅拌。
24、过夜。 加入 5 ml 丙酮， 离心收集固体， 并分散于水中，在 截 留 分 子 量 为 1 万 的 透 析 袋 中 充 分 透 析， 真 空 干 燥 后 得 到 纯 化 的 环 糊 精 共 价 修 饰 的 多 壁碳纳米管， 其中环糊精的含量约为 0.20 mmol/g， 其红外光谱见图 3c， TGA 见图 4b。0020 实施例 6. 环糊精共价修饰的多壁碳纳米管的制备 ：本实施例与实施例 5的方法相同， 但采用实施例 2制备的 MWNT-COOH。 所得环糊精共价修 饰 的 多 壁 碳 纳 米 管 的 红 外 光 谱 和 TGA 与 实 施 例 5 的 基 本 相 同， 所 得 环 糊 。
25、精 共 价 修 饰 的 多壁碳纳米管中环糊精的含量约为 0.26 mmol/g。0021 实施例 7. 环糊精共价修饰的多壁碳纳米管的制备 ：本实施例与实施例 5的方法相同， 但采用实施例 3制备的 MWNT-COOH。 所得环糊精共价修 饰 的 多 壁 碳 纳 米 管 的 红 外 光 谱 和 TGA 与 实 施 例 5 的 基 本 相 同， 所 得 环 糊 精 共 价 修 饰 的 多壁碳纳米管中环糊精的含量约为 0.31 mmol/g。说 明 书CN 102775526 A1/2 页7图 1图 2说 明 书 附 图CN 102775526 A2/2 页8图 3图 4说 明 书 附 图CN 102775526 A。