环糊精-聚乙二醇芳氧乙酸酯包结物及其制备和应用

摘要

本发明提供了一系列超分子植物生长调节剂——环糊精-聚乙二醇芳氧乙酸酯固体包结物及其制备，属于化学合成技术领域。本发明先用芳氧乙酰氯和聚乙二醇反应生成聚乙二醇芳氧乙酸酯，再用主体分子β-环糊精与客体分子聚乙二醇芳氧乙酸酯，在乙醇/水溶液中发生相互作用，得到环糊精-聚乙二醇芳氧乙酸酯固体包结物。本发明生成的包结物既保持了环糊精缓释、增效、促进植物增产的功效，又兼具较好的稳定性和化学可调性等，同时使溶解度也大有改善。初步的生物活性试验表明，包结物在一定浓度时对油菜籽的生根发芽有明显的促进作用，其效果优于聚乙二醇芳氧乙酸酯及β-CD，是一种性能优良的植物生长调节剂。

说明书

技术领域

 本发明属于化学合成技术领域，涉及一系列环糊精聚乙二醇芳氧乙酸酯固体包结物及其制备方法；本发明同时还涉及该固体包结物作为超分子植物生长调节剂的应用。

背景技术

聚乙二醇芳氧乙酸酯是由芳氧乙酸和聚乙二醇通过活性子叠加原理设计合成的高分子化合物。聚乙二醇（PEG）处理作物种子，可提高种子发芽率和幼苗活力。芳氧乙酸对植物的生长发育具有强烈的生理活性，微量施于农作物上能刺激植物生长，且增产作用显著。

环糊精是由D-吡喃葡萄糖单元通过α-1,4-糖苷键首尾相连形成的具有截锥状结构的大环化合物，分别含有6、7、8个葡萄糖单元。CD外形象一个锥柱状空筒，其内壁由葡萄糖单元C-3、C-5上的氢原子以及糖苷键氧原子构成，因此内部是疏水的，所有仲羟基都排在锥柱的大口端，伯羟基都排在小口端，从而使其外表具有一定的亲水性。其不仅可以和疏水性小分子形成包合物，而且可以和大分子形成超分子包合物。当长链高分子的分子尺寸与环状分子内径相匹配时，高分子也可串入环状分子的中空内孔中自聚集成为一种项链状的超分子。这种包合物既保持了环糊精包结、缓释、催化和识别的能力，又兼具高聚物良好的机械强度、较好的稳定性和化学可调性等，另外在溶解度等方面也有所改善。

发明内容

本发明的目的是利用环糊精具有促进植物生长的功效和特点，使其与聚乙二醇芳氧乙酸酯结合形成一种具有良好的性能和生物活性的环糊精聚乙二醇芳氧乙酸酯固体包结物。

本发明的另一目的是提供一种环糊精聚乙二醇芳氧乙酸酯固体包结物的制备方法。

本发明还有一个目的，就是提供一种环糊精聚乙二醇芳氧乙酸酯固体包结物作为超分子植物生长调节剂在农业生产的应用。

本发明β-环糊精-聚乙二醇芳氧乙酸酯包结物的制备方法，是将β-环糊精完全溶于质量浓度30~50％的乙醇水溶液中，加入β-环糊精摩尔量0.5~1倍的聚乙二醇芳氧乙酸酯，于60~80℃搅拌反应12h~16h，冷却至室温，静置析出粗产品；粗产品用水洗涤，抽滤，烘干，得β-环糊精-聚乙二醇芳氧乙酸酯包结物。

所述聚乙二醇芳氧乙酸酯的结构如下：

聚乙二醇芳氧乙酸酯的合成工艺如下：

先将芳氧乙酸与氯化亚砜以1:1~1:5的摩尔比，在60~80℃下回流6~10h，反应结束后减压蒸馏除去过量氯化亚砜，得芳氧乙酰氯；将芳氧乙酰氯溶于二氯甲烷中，配制成浓度为1.062~1.416mol/L的芳氧乙酰氯的二氯甲烷溶液。再将芳氧乙酰氯摩尔量0.2~0.4倍的聚乙二醇溶于二氯甲烷中，加入芳氧乙酰氯等摩尔的三乙胺，充分混合后，却到0~5℃。向体系中加入上述芳氧乙酰氯的二氯甲烷溶液，升温至室温，搅拌反应24~30小时；用质量浓度1~5%NaHCO₃溶液洗涤，除去未反应完的芳氧乙酰氯，分离，有机相用饱和食盐水洗涤至中性，无水Na₂SO₄干燥，过滤，蒸除溶剂；所得产物用二氯甲烷溶解后，再用无水乙醚沉淀，得到聚乙二醇芳氧乙酸酯。其合成路线如下：

 

其中 R=H，o-CH₃，m-CH₃，p-Cl，o-Cl，p-NO₂，m-NO₂，p-CH₃。

对应的聚乙二醇芳氧乙酸酯分别为聚乙二醇苯氧乙酸酯（2a），聚乙二醇邻甲基苯氧乙酸酯（2b），聚乙二醇间甲基苯氧乙酸酯（2c），聚乙二醇对氯苯氧乙酸酯（2d），聚乙二醇邻氯苯氧乙酸酯（2e），聚乙二醇对硝基苯氧乙酸酯（2f），聚乙二醇间硝基苯氧乙酸酯（2g），聚乙二醇对甲基苯氧乙酸酯（2h）。

对应的包结物分别为β-环糊精-聚乙二醇苯氧乙酸酯（IC-2a），β-环糊精-聚乙二醇邻甲基苯氧乙酸酯（IC-2b），β-环糊精-聚乙二醇间甲基苯氧乙酸酯（IC-2c），β-环糊精-聚乙二醇对氯苯氧乙酸酯（IC-2d），β-环糊精-聚乙二醇邻氯苯氧乙酸酯（IC-2e），β-环糊精-聚乙二醇对硝基苯氧乙酸酯（IC-2f），β-环糊精-聚乙二醇间硝基苯氧乙酸酯（IC-2g），β-环糊精-聚乙二醇对甲基苯氧乙酸酯（IC-2h）。

所述聚乙二醇为聚乙二醇6000。

下面以聚乙二醇芳氧乙酸酯2a为例，说明本发明聚乙二醇芳氧乙酸酯、β-CD及包结物的结构及性能的变化。 

图1为聚乙二醇6000苯氧乙酸酯（2a）、β-CD及包结物（IC-2a）的DTA曲线。图中，β-CD出现三个吸热峰，表示β-CD 在加热过程中首先失去结晶水，T_P=99.1℃；发生分子重排，T_P=226.1℃；熔融继之发生热分解，T_P=317.3℃。聚乙二醇6000苯氧乙酸酯出现一个吸热峰，表示2a在加热过程中发生熔融分解，T_P=64.7℃；包结物的DTA 曲线表示熔融分解吸热峰T_P=322.3℃，主客体间分子作用力使得β-环糊精包结物的熔融分解温度比单纯主体β-环糊精的熔融分解温度向高温区迁移了大约5℃，由于β-CD的包合作用，在包结物中PEG分子链的运动被β-CD的空腔所限制，呈伸直链的构象，因而包结物中未出现聚乙二醇6000苯氧乙酸酯的熔融行为，使客体分子的热稳定性显著提高，说明形成了新的超分子包结物。

下面以β-环糊精-聚乙二醇6000苯氧乙酸酯（2a~2h）为例，对本发明包结物的生物活性进行测试。

采用平皿培养法，将聚乙二醇6000苯氧乙酸酯（2a~2h）、β-环糊精-聚乙二醇芳氧乙酸酯包结物（IC-2a ~ IC-2h）及β-环糊精分别配成100、10、1、0.1、0.01、0.001 mg/L六个浓度的溶液，研究其对油菜幼苗根系的生长调节作用，用蒸馏水做空白试验，相同浓度的β-环糊精溶液做标准对照，室温生长并测量油菜根系的长度，用以下公式计算调节活性百分比：

A=(N-N₀)/N₀×100％

A ——为样品调节活性

N ——在化合物溶液中培养测得的根的长度

N_0 ———在蒸馏水中培养测得的根长度

本发明制备的聚乙二醇芳氧乙酸酯（2a~2h）及β-环糊精-聚乙二醇芳氧乙酸酯固体包结物（IC-2a ~ IC-2h）对植物生长调节活性的数据件表1、2。

表1

表2

上述生物活性实验表明： 

1、随着浓度的降低，本发明制备的包结物对根的生长调节活性表现出一定的递变规律，大部分包结物在高浓度l00mg/L下时对作物的生长都显示抑制作用；而在 0.1、0.01、0.001 mg/L三个浓度下时，包结物β-环糊精-聚乙二醇芳氧乙酸酯对作物的生长有促进作用，且分别都优于主体分子β-CD。

2、在浓度0.1~0.001mg/L时，包结物（IC-2a、IC-2b、IC-2e、IC-2f、IC-2g、IC-2h）对油菜根长的促进作用均好于聚乙二醇芳氧乙酸酯（2a、2b、2e、2f、 2g、2h）及β-CD，其中，包结物（IC-2g、IC-2h）对油菜根长的促进作用明显好于2g、2h及β-CD，促进率分别达到81.3%，81.7%。

3、由于PEG链的引入使得其生物活性极大提高的同时，使得同浓度的植物生长调节剂中苯环取代基的比例减少，减少了芳香族基团对环境的污染，同时良好的水溶性，使得植物生长调节剂的配制过程无需有机溶剂，且β-环糊精本身水解为葡萄糖单元，给植物补充了糖成分，更有效的促进植物生长，因而β-环糊精与聚乙二醇芳氧乙酸酯形成的β-环糊精-聚乙二醇芳氧乙酸酯包结物是一类环境相容性好，毒性低、活性高的新型超分子植物生长调节剂。

综上所述，我们用芳氧乙酸、聚乙二醇6000及β-环糊精制备了一系列β-环糊精-聚乙二醇芳氧乙酸酯包结物。初步的生物活性试验表明，由于兼备芳氧乙酸、聚乙二醇及β-环糊精三种活性单元，具有活性子叠加的功效，该系列大部分包合物在一定浓度时对油菜籽的生根发芽有明显的促进作用，是一类环境相容性好，毒性低、活性高的新型超分子植物生长调节剂。

附图说明

图1为聚乙二醇苯氧乙酸酯(2a)、β-CD及包结物(IC-2a)的DTA曲线。

具体实施方式

实施例1、包结物β-环糊精-聚乙二醇苯氧乙酸酯（IC-2a）的制备

（1）客体聚乙二醇苯氧乙酸酯2a的合成  

将8mmol苯氧乙酸与10mL氯化亚砜在80℃下回流10h，停止反应，减压蒸馏除去过量氯化亚砜，制得苯氧乙酰氯8mmol。将苯氧乙酰氯（1.36g，8mmol）溶于6mL的二氯甲烷中，配制成浓度为1.333mol/L 的苯氧乙酰氯的二氯甲烷溶液。

将2mmol聚乙二醇溶于12mL二氯甲烷中，加入8mmol三乙胺，充分混合后，将体系冷却到0~5℃。

再缓慢加入上述苯氧乙酰氯的二氯甲烷溶液，慢慢升温至室温搅拌反应24小时；用质量浓度1~5%NaHCO₃溶液洗涤，除去未反应完的苯氧乙酰氯，分离，有机相用饱和食盐水洗涤至接近中性，无水Na₂SO₄干燥，过滤，蒸除溶剂。所得产物用二氯甲烷溶解后，再用无水乙醚沉淀，得到聚乙二醇6000苯氧乙酸酯2a。产率为84%。

（2）β-环糊精-聚乙二醇苯氧乙酸酯包结物（IC-2a）的制备

将1mmolβ-CD完全溶于87ml 质量浓度50％的乙醇溶液，再加入0.5mmol聚乙二醇6000苯氧乙酸酯，于60~80℃搅拌反应12h~16h，缓慢冷却至室温，静置析出粗产品，粗产品用少量蒸馏水分别洗涤3次，抽滤，烘干得白色产物即为包结物产品IC-2a。

实施例2、包结物β-环糊精-聚乙二醇邻甲基苯氧乙酸酯（IC-2b）的制备

（1）客体聚乙二醇邻甲基苯氧乙酸酯2b的合成  

将8mmol邻甲基苯氧乙酸与10mL氯化亚砜在80℃下回流10h，停止反应，减压蒸馏除去过量氯化亚砜，制得邻甲基苯氧乙酰氯8mmol。将邻甲基苯氧乙酰氯（1.48g，8mmol）溶于6 mL的二氯甲烷中，用二氯甲烷配制成的邻甲基苯氧乙酰氯的二氯甲烷溶液。

将2mmol聚乙二醇溶于12mL二氯甲烷中，加入8mmol三乙胺，充分混合后，将体系冷却到0~5℃。再缓慢加入上述邻甲基苯氧乙酰氯的二氯甲烷溶液，慢慢升温至室温搅拌反应24小时；用质量浓度1~5%NaHCO₃溶液洗涤，除去未反应完的邻甲基苯氧乙酰氯，分离，有机相用饱和食盐水洗涤至接近中性，无水Na₂SO₄干燥，过滤，蒸除溶剂。所得产物用二氯甲烷溶解后，再用无水乙醚沉淀，得到聚乙二醇6000邻甲基苯氧乙酸酯2b。产率为79%。

（2）β-环糊精-聚乙二醇邻甲基苯氧乙酸酯包结物（IC-2b）的制备

将1mmolβ-CD完全溶于87ml 质量浓度50％的乙醇溶液，再加入0.5mmol聚乙二醇6000邻甲基苯氧乙酸酯，于60~80℃搅拌反应12h~16h，缓慢冷却至室温，静置析出粗产品，粗产品用少量蒸馏水分别洗涤3次，抽滤，烘干得白色产物即为包结物产品IC-2b。

实施例3、包结物β-环糊精-聚乙二醇间甲基苯氧乙酸酯（IC-2c）的制备

（1）客体聚乙二醇间甲基苯氧乙酸酯2c的合成  

将8mmol间甲基苯氧乙酸与10mL氯化亚砜在80℃下回流10h，停止反应，减压蒸馏除去过量氯化亚砜，制得间甲基苯氧乙酰氯8mmol。将间甲基苯氧乙酰氯（1.48g，8mmol）溶于6 mL的二氯甲烷中，配制成间甲基苯氧乙酰氯的二氯甲烷溶液。

将2mmol聚乙二醇溶于12mL二氯甲烷中，加入8mmol三乙胺，充分混合后，将体系冷却到0~5℃。再缓慢加入上述间甲基苯氧乙酰氯的二氯甲烷溶液，慢慢升温至室温搅拌反应24小时；用质量浓度1~5%NaHCO₃溶液洗涤，除去未反应完的间甲基苯氧乙酰氯，分离，有机相用饱和食盐水洗涤至接近中性，无水Na₂SO₄干燥，过滤，蒸除溶剂。所得产物用二氯甲烷溶解后，再用无水乙醚沉淀，得到聚乙二醇6000间甲基苯氧乙酸酯2c。产率为79%。

（2）β-环糊精-聚乙二醇间甲基苯氧乙酸酯包结物（IC-2c）的制备

将1mmolβ-CD完全溶于87ml 质量浓度50％的乙醇溶液，再加入0.5mmol聚乙二醇6000间甲基苯氧乙酸酯，于60~80℃搅拌反应12h~16h，缓慢冷却至室温，静置析出粗产品，粗产品用少量蒸馏水分别洗涤3次，抽滤，烘干得白色产物即为包结物产品IC-2c。

实施例4、包结物β-环糊精-聚乙二醇对氯苯氧乙酸酯（IC-2d）的制备

（1）客体聚乙二醇对氯苯氧乙酸酯2d的合成  

将8mmol对氯苯氧乙酸与10mL氯化亚砜在80℃下回流10h，停止反应，减压蒸馏除去过量氯化亚砜，制得对氯苯氧乙酰氯8mmol。将对氯苯氧乙酰氯（1.64g，8mmol）溶于6 mL的二氯甲烷中，用二氯甲烷配制成对氯苯氧乙酰氯的二氯甲烷溶液。

将2mmol聚乙二醇溶于12mL二氯甲烷中，加入8mmol三乙胺，充分混合后，将体系冷却到0~5℃。再缓慢加入上述对氯苯氧乙酰氯的二氯甲烷溶液，慢慢升温至室温搅拌反应24小时；用质量浓度1~5%NaHCO₃溶液洗涤，除去未反应完的对氯芳氧乙酰氯，分离，有机相用饱和食盐水洗涤至接近中性，无水Na₂SO₄干燥，过滤，蒸除溶剂。所得产物用二氯甲烷溶解后，再用无水乙醚沉淀，得到聚乙二醇6000对氯苯氧乙酸酯2d。产率为87%。

（2）β-环糊精-聚乙二醇芳氧乙酸酯包结物（IC-2d）的制备

将1mmolβ-CD完全溶于87ml 质量浓度50％的乙醇溶液，再加入0.5mmol聚乙二醇6000对氯苯氧乙酸酯，于60~80℃搅拌反应12h~16h，缓慢冷却至室温，静置析出粗产品，粗产品用少量蒸馏水分别洗涤3次，抽滤，烘干得白色产物即为包结物产品IC-2d。

实施例5、包结物IC-2e （β-环糊精-聚乙二醇邻氯苯氧乙酸酯）的制备

（1）客体聚乙二醇邻氯苯氧乙酸酯2e的合成  

将8mmol邻氯苯氧乙酸与10mL氯化亚砜在80℃下回流10h，停止反应，减压蒸馏除去过量氯化亚砜，制得邻氯苯氧乙酰氯8mmol。将邻氯苯氧乙酰氯（1.64g，8mmol）溶于6 mL的二氯甲烷中，配制成邻氯苯氧乙酰氯的二氯甲烷溶液。

将2mmol聚乙二醇溶于12mL二氯甲烷中，加入8mmol三乙胺，充分混合后，将体系冷却到0~5℃。再缓慢加入上述邻氯苯氧乙酰氯的二氯甲烷溶液，慢慢升温至室温搅拌反应24小时；用质量浓度1~5%NaHCO₃溶液洗涤，除去未反应完的邻氯芳氧乙酰氯，分离，有机相用饱和食盐水洗涤至接近中性，无水Na₂SO₄干燥，过滤，蒸除溶剂。所得产物用二氯甲烷溶解后，再用无水乙醚沉淀，得到聚乙二醇6000邻氯苯氧乙酸酯2e。产率为78%。

（2）β-环糊精-聚乙二醇邻氯芳氧乙酸酯包结物（IC-2e）的制备

将1mmolβ-CD完全溶于87ml 质量浓度50％的乙醇溶液，再加入0.5mmol聚乙二醇6000邻氯苯氧乙酸酯，于60~80℃搅拌反应12h~16h，缓慢冷却至室温，静置析出粗产品，粗产品用少量蒸馏水分别洗涤3次，抽滤，烘干得白色产物即为包结物产品IC-2e。

实施例6、包结物IC-2f （β-环糊精-聚乙二醇对硝基苯氧乙酸酯）的制备

（1）客体聚乙二醇对硝基苯氧乙酸酯2f的合成  

将8mmol对硝基苯氧乙酸与10mL氯化亚砜在80℃下回流10h，停止反应，减压蒸馏除去过量氯化亚砜，制得对硝基苯氧乙酰氯8mmol。将对硝基苯氧乙酰氯（1.72g，8mmol）溶于6 mL的二氯甲烷中，配制成对硝基苯氧乙酰氯的二氯甲烷溶液。

将2mmol聚乙二醇溶于12mL二氯甲烷中，加入8mmol三乙胺，充分混合后，将体系冷却到0~5℃。再缓慢加入上述苯氧乙酰氯的二氯甲烷溶液（慢慢升温至室温搅拌反应24小时；用质量浓度1~5%NaHCO₃溶液洗涤，除去未反应完的对硝基芳氧乙酰氯，分离，有机相用饱和食盐水洗涤至接近中性，无水Na₂SO₄干燥，过滤，蒸除溶剂。所得产物用二氯甲烷溶解后，再用无水乙醚沉淀，得到聚乙二醇6000对硝基苯氧乙酸酯2f。产率为80%。

（2）β-环糊精-聚乙二醇芳氧乙酸酯包结物（IC-2f）的制备

将1mmolβ-CD完全溶于87ml 质量浓度50％的乙醇溶液，再加入0.5mmol聚乙二醇6000对硝基苯氧乙酸酯，于60~80℃搅拌反应12h~16h，缓慢冷却至室温，静置析出粗产品，粗产品用少量蒸馏水分别洗涤3次，抽滤，烘干得白色产物即为包结物产品IC-2f。

实施例7、包结物IC-2g （β-环糊精-聚乙二醇间硝基苯氧乙酸酯）的制备

（1）客体聚乙二醇苯氧乙酸酯2g的合成  

将8mmol间硝基苯氧乙酸与10mL氯化亚砜在80℃下回流10h，停止反应，减压蒸馏除去过量氯化亚砜，制得间硝基苯氧乙酰氯8mmol。将间硝基苯氧乙酰氯（1.72g，8mmol）溶于6 mL的二氯甲烷中，配制成间硝基苯氧乙酰氯的二氯甲烷溶液。

将2mmol聚乙二醇溶于12mL二氯甲烷中，加入8mmol三乙胺，充分混合后，将体系冷却到0~5℃。再缓慢加入上述间硝基苯氧乙酰氯的二氯甲烷溶液慢慢升温至室温搅拌反应24小时；用质量浓度1~5%NaHCO₃溶液洗涤，除去未反应完的间硝基苯氧乙酰氯，分离，有机相用饱和食盐水洗涤至接近中性，无水Na₂SO₄干燥，过滤，蒸除溶剂。所得产物用二氯甲烷溶解后，再用无水乙醚沉淀，得到聚乙二醇6000间硝基苯氧乙酸酯2g。产率为76%。

（2）β-环糊精-聚乙二醇间硝基苯氧乙酸酯包结物（IC-2g）的制备

将1mmolβ-CD完全溶于87ml 质量浓度50％的乙醇溶液，再加入0.5mmol聚乙二醇6000间硝基苯氧乙酸酯，于60~80℃搅拌反应12h~16h，缓慢冷却至室温，静置析出粗产品，粗产品用少量蒸馏水分别洗涤3次，抽滤，烘干得白色产物即为包结物产品IC-2g。

实施例8、包结物IC-2h （β-环糊精-聚乙二醇对甲基苯氧乙酸酯）的制备

（1）客体聚乙二醇苯氧乙酸酯2h的合成  

将8mmol对甲基苯氧乙酸与10mL氯化亚砜在80℃下回流10h，停止反应，减压蒸馏除去过量氯化亚砜，制得对甲基苯氧乙酰氯8mmol。将对甲基苯氧乙酰氯（1.36g，8mmol）溶于6 mL的二氯甲烷中，配制成对甲基苯氧乙酰氯的二氯甲烷溶液。

将2mmol聚乙二醇溶于12mL二氯甲烷中，加入8mmol三乙胺，充分混合后，将体系冷却到0~5℃。再缓慢加入上述对甲基苯氧乙酰氯的二氯甲烷溶液，慢慢升温至室温搅拌反应24小时；用质量浓度1~5%NaHCO₃溶液洗涤，除去未反应完的对甲基苯氧乙酰氯，分离，有机相用饱和食盐水洗涤至接近中性，无水Na₂SO₄干燥，过滤，蒸除溶剂。所得产物用二氯甲烷溶解后，再用无水乙醚沉淀，得到聚乙二醇6000对甲基苯氧乙酸酯2h。产率为82%。

（2）β-环糊精-聚乙二醇对甲基氧乙酸酯包结物（IC-2h）的制备

将1mmolβ-CD完全溶于87ml 质量浓度50％的乙醇溶液，再加入0.5mmol聚乙二醇6000苯氧乙酸酯，于60~80℃搅拌反应12h~16h，缓慢冷却至室温，静置析出粗产品，粗产品用少量蒸馏水分别洗涤3次，抽滤，烘干得白色产物即为包结物产品IC-2h。