本发明是关于部分酰化的β-环糊精及其制备方法和用途。
环糊精是在6，7或8 α（1-4）-位连接有萄糖酐单元的环状低聚糖。通过淀粉的酶致转变制备的α-环糊精、β-环糊精或γ-环糊精的孔直径不同，一般适合包围许多疏水的外来的不同大小的分子。它们的应用受其低的溶解度限制，特别在β-环糊精的情况下，其在25℃水中的溶解度是1.8%（W/V）。
提高环糊精溶解度的一般方法是将游离羟基进行化学转化。合适的取代基可以在各个葡糖酐单元的2，3和/或6位上引入。
取代的环糊精混合物的特征是其平均取代度（DS）值。DS值表示每个葡糖酐连接的取代基的平均数目。DS值可以用例如1H NMR谱测定。
酰化的β-环糊精例如在A.P.Croft，A.Bartsch，Tetrahedron 39，（1983），1420-1427页中被公开。
6-酰基-β-环糊精在K.Mitra，Drug Development and Industrial Pharmacy 18（15），（1992），1599-1612页中被公开。在该出版物中，链长度和酰基取代度对配合物形成性质和6-酰基-β-环糊精的加溶性质的影响用甾族化合物测定。
酰基-β-环糊精也由Cyclolab公司市场
化。根据产品说明书，这些化合物中每个CD环含有8至10个乙酰基，这些酰基主要连接在萄糖酐的C6位上。这样，该产品的DS值是1.28。
CA117：258209和CA119：145682虽然提及酰化的环糊精作为配位剂的用途，但没有说明上述那些环糊精衍生物的任何性质或组成。
由于在用已知的制备方法得到的葡萄糖的0-6氧上的选择取代，已知的酰化的环糊精具有比较差的溶解度和对微溶于水的物质低的加溶能力。
本发明是关于式Ⅰ的部分酰化的环糊精：
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式中R表示氢或R1，其中R1可以相同或不同，表示乙酰基、丙酰基、丁酰基、2-烷氧基乙酰基、2-氯乙酰基、2-氟乙酰基、2-N-乙酰氨基乙酰甲基丙烯酰基或丙烯酰基，R1是无规化的，用1H NMR谱测得的R1的DS是0.30至1.20。
在本发明的环糊精衍生物中无规的取代基的分布优选是葡萄糖6位上的羟基被取代的数目小于85%。更优选的是葡萄糖6位上的羟被取代的数目小于80%。
特别优选的是葡萄糖6位上的羟基被取代的数目小于75%。
式Ⅰ中的R1优选表示乙酰基、丙酰基、丁酰基或2-氯乙酰基;式Ⅰ中的R1特别优选的是表示乙酰基。
R1的DS优选是0.8至1.2，特别优选是0.9至1.1。
本发明的酰化的环糊精衍生物与已知的酰化的环糊精衍生物比较，其在水中具有较高的溶解度。另外，本发明的衍生物具有较高的加溶物质例如微溶于水的甾族化合物的能力。由于本发明环糊精衍生物和用本发明的环糊精衍生物形成的包含配合物的突出的溶解度，本发明的环糊精衍生物可以较高的浓度使用，因此，大量的外来化合物可以被加溶。这样，在Mitra Drug Development and Industrial Pharmacy 18（15），1611页图8中描述的酰化的β-CD在水中的溶解度最多是1mmol/L和加溶氢化可的松的能力约1至1.8mmol/L。DS为1.0的本发明的乙酰基β-环糊精衍生物在水中的溶解度高达210mmol/L，加溶氢化可的松的能力高达123mmol/L。
DS值可以用例如1H NMR谱在合适的溶剂例如二甲基亚砜/三氟乙酸中测定。为了测定DS值，将酰基（int.-ac）和糖质子（ine.zu）的信号积分，分别用酰基取代基中的质子数或糖质子数除，然后相互关联。
也可以用取代基分布测定DS。按照环糊精的结构可以在其02，03和/或06位上发生取代。DS值可以通过下述方法测定：将产物甲基化，接着将其水解
成葡萄糖单元，再经还原和乙酰化将其转化为D-葡糖醇乙酸酯（见Dominique Duchene，New Trends in Cyclodextrins and Derivatives （Santes出版，巴黎）P.Mischnick，Analysis of the Substitution Pattern of Chemically Modified Cyclodextrins）。
由气相色谱的分级分离得到在具体的环糊精衍生物中列于下面的理论上可能的总数为8个葡萄糖单元的摩尔比例。
乙酰氧基数 符号 D-葡糖醇乙酸酯
3 S2,3,6 D-葡糖醇六乙酸酯
2 S3,6 1,3,4,5,6-
五-O-乙酰基-2 -单-
O-甲基-D-葡糖醇
2 S2,6 1,2,4,5,6-五
-O-乙酰基-3-单
-O-甲基-D-葡糖醇
2 S2,3 1,2,3,4,5,-
五-O-乙酰基-6-
单-O-甲基-D-葡糖
醇
1 S6 1,4,5,6-四-O
-乙酰基-2,3-二
-O-甲基-D-葡糖醇
1 S3 1,3,4,5-四-O
-乙酰基-2,6-二-
O-甲基-D-葡糖醇
1 S2 1,2,4,-5-四-O
-乙酰基-3,6-二-
O-甲基-D-葡糖醇
0 S0 1,4,5-三-O-乙
酰基-2,3,6-三-
O-甲基-D-葡糖醇
各个位置的平均取代度也可以由测定相关的葡萄糖单元的mol%比计算。在特定位置上取代的平均概率X如下面所示的关于X6（06位上取代的平均概率）的计算方法计算：
X6＝mol%S6+mol%S，26，+mol%S3，6+mol%S3，6
在02和03位上的平均取代度可以用相似的方法计算。平均取代度也可以用分析取代基的分布的方法测定。
本发明还关于制备酰化的β-环糊精衍生物的方法，其中β-环糊精与至少一种酰化剂在碱性催化剂存在下反应。
市场上可以买到的含有0至16%水份的β-环糊精可以用于本发明的方法中。由于费用的原因，优选使用市场上可以买到的含有10至15%水份的β-环糊精。但是，环糊精也可以用公知的方法，例如用环糊精糖基转化酶（CGTase E.C.2.4.1.19）酶致转变淀粉来制备。
优选羧酸酐或羧酸用作酰化剂。更优选使用乙酸酐、
丙酸酐、丁酸酐、2-氯乙酸酐、2-氟乙酸酐、丙烯酸酐或甲基丙烯酸酐，或各自相应的羧酸，可单独使用上述酰化剂或其任意的混合物。特别优选使用乙酸酐或乙酸。
优选使用与羧酸酐相应的酸的碱金属盐，例如乙酸钠、乙酸钾、丙酸钠、丙酸钾、丁酸钠或丁酸钾，和/或叔胺，例如三乙胺或吡啶，和/或碱性离子交换剂（例如Rohm & Haas生产的Amberlyst A21或Amberlite IRA93）作为催化剂。特别优选使用乙酸钠。
可以用酰化剂在没有任何附加溶剂的情况下直接进行酰化。
关于产物的染色，如果用至少一种惰性溶剂进行稀释是有利的。使用溶剂不意味着所有反应组分必须溶于该溶剂中。反应也可以在一种或多种反应试剂的悬浮液或浮化液中进行。合适的惰性溶剂的例子是乙酸、丙酸、丁酸、甲酰胺、甲基甲酰胺、二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、DMPU（1，3-二甲基-3，4，5，6-四氢-2（1H）-嘧啶酮）、乙酰胺、甲基乙酰胺或二甲基乙酰胺。
如果用羧酸酐作酰化剂时用与酰化剂相应的羧酸作稀释溶剂，也就是说，如果用乙酸酐作酰化剂时用乙酸作溶剂，是特别有利的。
每摩尔β-环糊精使用2-30mol，优选3-15mol，特别优选5-13mol酰化剂。在这方面，在各种情况下使用的摩尔比根据需要的取代度和使用的环糊精的水含量来选择。
每摩尔β-环糊精使用0.01-3mol，优选
0.1-2mol至少一种上述催化剂。
使用的β-环糊精（β-CD）与反应介质的数量比为1∶0.5至1∶10，优选约1∶1至1∶4，当然，应该理解的是反应介质指的是酰化剂和溶剂的总和。
为了制备本发明的酰化的环糊精，将环糊精、酰化剂、催化剂和反应介质以给定比例同时或连续地加入。
为了控制反应，酰化剂优选在升温（约80℃至120℃）下滴加入剩余组分的混合物中。
将反应混合物，通常是一种悬浮液，在升温（约80℃至150℃）下搅拌。一般，反应终止的特征是初始的加入到溶液中的悬浮液成为澄清的反应混合物。
用在部分真空下蒸去挥发组分进行处理，将剩余物溶于水中，在部分真空下将该溶液再蒸发一次。这些工艺步骤优选重复几次，例如三次。
根据本发明由此得到的含有部分酰化的β-环糊精的水溶液可以用已知的方法进一步提纯（例如用沉淀和渗析法除去盐或剩余溶剂）和干燥（例如冷冻干燥或喷雾干燥）。
因此，本发明的方法是简单的制备方法，不用任何精细的提纯步骤。可以使得仅仅在一个反应步骤中用天然的CD与酰化剂在催化剂存在下反应直接制备酰化的CD成为可能。
本发明的方法是优越的，因为根据以前在纤维素化学中使用的方法（例如在Ul l manns Encyclopedia of Induserial Chemistry，5th，Edition Ed.E.Gerhartz，VCH Verlagsge
sellschaft，Weinheim，1986，419-459页中的K.Blaser et al.，"Cellulose Esters"），一般先制备高酰化的产物，接着水解直至达到需要的取代度。
本发明的方法由于没有水解步骤而避免了水解产物的生成，因此，减少了提纯问题。这使得制备颜色较浅的反应产物成为可能。
本发明的方法适应性强，可通过简单改变酰基供体而具有操作灵活性和可用性。该方法是经济的，用催化剂操作，以化学计算的副产物产生的易挥发化合物可以用简单的蒸馏方法分离。该方法达到的转化率是定量的。
如果需要，环糊精衍生物可用已知方法进行进一步提纯，所用方法为例如沉淀、离子交换色谱、渗析、柱色谱或制备HPLC。
本发明的环糊精衍生物适用于环糊精和环糊精衍生物的所有已知应用。
本发明的环糊精衍生物特别适用于：
-加溶微溶于水的化合物，例如甾族化合物;
-医药、化妆和农业化学产品的配方辅助剂;
-稳定对光、热或氧化敏感的物质;
-任何表面的除油和清洗
-代替有机溶剂，特别是用于从亲油介质中分离和萃取物质;
-辅剂物质，特别是在造纸，皮革和纺织工业中的涂料和/或粘合介质中;
-相转移催化剂;
-掩蔽味和气味。
下面的实施例用于进一步说明本发明。
在实施例中描述的反应过程用薄层色谱监控。在做薄层色谱前物质必须分离，例如用丙酮沉淀分离。实施例中记述的DS值用1H NMR谱测定（溶剂：二甲亚砜/三氟乙酸）。
实施例1：乙酰基-β-CD（DS0.99）的制备
将200g（153.3mmol）β-CD（含13%水）和6g（73.8mmol）乙酸钠悬浮于174ml（1.75mol）乙酸中，该悬浮液加热至105℃。在约1小时内向充分搅拌的悬浮液中缓慢地滴加159ml（1686mmol）乙酸酐。在此过程中混合物的温度升至回流温度（117℃）。接着混合物在回流下沸腾，在回流过程中反应混合物缓慢地变成溶液。在约14小时后反应结束。将混合物冷却至室温。
将50ml水滴加入反应混合物中。用旋转蒸发除去大量乙酸（T＝80℃，100mmHg）。产物溶于200ml水中，进行旋转蒸发。该步骤共进行3次。最后将产物溶于400g水中，得到的产物的DS值为0.99。
实施例2：乙酰基-β-CD（DS.74）的制备
按照本实施例1中描述的方法，将100g（76.7mmol）β-CD（13%水），55g（537mmol）乙酸酐;110ml乙酸和6g（73.8
mmol）乙酸钠进行反应。在约14小时后反应结束。按照实施例1中描述的方法进行处理。产物的DS值为0.74.
实施例3：乙酰基-β-CD（DS0.95）
将200g（135.4mmol）β-CD（12.2%水）和30g（367mmol）乙酸钠悬浮于700ml乙酸中，将该悬浮液加热至117℃（回流温度）。悬浮液在回流下沸腾，在此期间反应混合物缓慢地变成溶液（约8.5小时）。然后，该溶液继续沸腾，直到平均取代度（DS）达到约1（约30小时）。该过程通过取样和NMR分析进行监测。混合物冷却至室温。
实施例4：乙酰基-β-CD衍生物的制备
DS值为0.97和0.98的乙酰基-β-CD衍生物按照实施例1中描述的方法制备
（DS0.97：100g（767mmol）β-CD，860g（8.44mmol）乙酸酐，1000ml乙酸和30g（369mmol）乙酸钠;117℃;17小时）。
（DS：0.98：100g（76.7mmol）β-CD，86.1g（844mmol）乙酸酐，80ml乙酸和6g（73.8mmol）乙酸钠;105℃;20小时）。
实施例5：乙酰基-β-CD（DS0.96）的制备，方法的变化为：不加溶剂，酰化剂不计量
将100g（76.7mmol）β-CD（13%水），86.1g（844mmol）乙酸酐，110ml乙酸和6g（73.8mmol）乙酸钠在室温下混合，加热至80℃。由于反应放热，混合物加热至回流温度。在回流下继续沸腾直到悬浮液澄清。（反应时间9小时）。
用与实施例1相同的方法进行处理。得到的产物的DS值为0.96.
实施例6：用2步法制备乙酰基-β-CD（DS0.91）
将80.2g（61.55mmol）β-CD（13%水）悬浮于156.5g（1538mmol）乙酸酐和0.8g（9.9mmol）乙酸钠中，该悬浮液加热至120℃。4小时后混合物成为澄清。冷却至室温。然后滴加8克浓硫酸在40ml水中形成的溶液，混合物在50℃加热。8小时后再加入2克硫酸在10g水中形成的溶液。在50℃再加热1小时后，加入16g乙酸钠停止水解，混合物冷却至室温。然后进行过滤和旋转蒸发。
由此得到的产物的DS值为0.91。
该产物与用直接酰化的本发明的方法制备的产物比较是透明的褐色。
还原糖：＜0.1%。
实施例7：丙酰基-β-CD（DS0.90）的制备
用与实施例1相同的方法，将100g（76.7mmol）β-CD（13%水），109.7g（843mmol）丙酸酐，6g（73.8mmol）乙酸钠和100ml丙酸进行反应和处理。反应温度为140℃，反应时间为15小时。
得到的产物的DS值为0.90。
实施例8：实施例1-3制备的产物中取代基分布的测定
在各种情况下称取实施例1-3中每个样品5mg，加入到4ml Reacti-Vial（反应器）中，并吸取1ml磷酸三甲酯加入其中。如果合适，在超声浴中在短时间内将混合物溶解。
然后，加入100μl三氟甲磺酸甲酯和150ml2，6-二叔丁基吡啶。每个反应器装有搅拌器和密封阱。混合物在放置于50℃的水浴中的反应器中反应2小时。混合物用20ml二次蒸馏水定量地洗入50ml分液漏斗中，然后用5ml氯仿充分振动萃取一次。最低层排入到Reacti-Vial中，用N2气在室温下蒸发至干燥。
水解
含有甲基化步骤试样的反应器加入三氟乙酸直到4ml标线，密封，在110℃加热4小时。冷却到约6
0℃，然后，用氮气吹出三氟乙酸（至干燥）。剩余物用约25ml二氯甲烷处理3次，每次都用氮气吹出二氯甲烷。
还原
将0.25ml 0.5M硼氢化钠在NH4OH中的溶液加入水解剩余物中，混合物在60℃加热至少1小时。冷却后加入冰醋酸破坏过量的反应剂直到在振动下不再释放出气体为止。硼酸盐以硼酸甲酯形式除去，其是通过重复加入含有2%乙酸的甲醇，然后用氮气吹出而除去的：将反应器如此加料直到4ml标线，重复6次，混合物每次都浓缩至几乎干燥。
乙酰化
冷却后加入25μl吡啶和200μl乙酸酐。密封Reacti-Vial，放入100℃干燥箱中干燥3小时。
冷却后仔细加入约1-2ml饱和碳酸氢钠水溶液，快速密封反应器。将1ml CHCl3和少量的NaHCO3溶液加入第二反应器中。第一反应器中的溶液仔细倾入到第二反应器中，将其密封，在一定程度上振动，通气，然后充分振摇。吸移水相，弃掉。第一反应器漂洗2次，这样振动萃取过程重复约3次。将CaCl2加入提纯的氯仿中，合适时再加入少量CHCl3。用玻璃移液管（glass tip）吸取溶液加入到小玻璃试管中。然后进行GC分析。
取代基分布列于表1中。
表1
取代基分布
AC-β-CD S0 S3 S2 S6
实施例2 AC-β-CD(0.74) 32.60% 3.55% 0.90% 53.35%
实施例1 AC-β-CD(0.99) 23.15% 4.85% 0.95% 51.85%
Mitra
(比较例) AC-β-CD(1.13) 8.60% 1.65% 0.95% 68.80%
cyclolab
产物 AC-β-CD(1.28) 15.20% 7.55% 1.55% 40.35%
取代基分布
AC-β-CD S2,3 S3,6 S2,6 S,2,3,6
实施例2 AC-β-CD(0.74) 1.10% 5.65% 1.85% 1.00%
实施例1 AC-β-CD(0.99) 1.60% 11.55% 2.60% 3.60%
Mitra
(比较例) AC-β-CD(1.13) 1.15% 13.15% 2.20% 2.70%
cyclolab
产物 AC-β-CD(1.28) 3.65% 19.70% 3.20% 7.65%
取代基分布
AC-β-CD X2 X3 X2,3 X6
实施例3 AC-β-CD(0.95) 11.10% 11.40% 22.50% 73.00%
实施例2 AC-β-CD(0.74) 4.85% 11.30% 16.15% 61.85%
实施例1 AC-β-CD(0.99) 8.75% 21.60% 30.35% 69.60%
Mitra
比较例 AC-β-CD(1.13) 7.00% 18.65% 25.65% 86.85%
cyclolab
产物 AC-β-CD(1.28) 17.05% 39.55% 56.60% 70.65%
实施例9：实施例1-5中制备的产物和现有技术中的2个产品的水中溶解度和加溶能力的测定
“Mitra产品”是根据K.Mitra，Drug Development and Industrial Pharmacy 18（15），（1992），1599-1612页中的方法制备的。Cyclolab产品由Cyclolab得到。
水中溶解度在25℃测定。为了测定加溶能力，制备30%酰化的环糊精水溶液，用过量的氢化可的松在25℃振动24b小时。不溶的氢化可的松用膜滤器（0.2μm）过滤来分离。滤液中的氢化可的松浓度用HPLC测定。水中溶解度和加溶结果列于表2中。
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