超分子化学在药物共晶中的应用_陈嘉媚

超分子化学在药物研究中的应用超分子化学的出现极大地推动了现代化学和材料科学的发展，其效应主要通过分子间的相互作用实现。

在化学领域，人们已经开始将超分子化学应用于医药研究领域，以期发现更加优良的药物。

超分子化学在药物研究中的应用，注重的是通过构建分子之间的相互作用，实现药物的高选择性、高效率等特点。

本文将从超分子化学的概念、药物的设计原则以及分子间相互作用等方面入手，分析其在药物研究中的应用。

超分子化学的概念超分子化学是一门研究分子间非共价相互作用的学科，其研究内容主要是分子装配，例如分子间的氢键、疏水作用等非共价相互作用，可以通过衍生超分子周期性结构、自组装平面或三维结构的形式来实现。

超分子化学对了解生命体系中的重要涉及到的诸多领域，例如催化、纳米科技、材料科学、物理学等等，是目前化学学科中的高速发展领域。

药物设计原则药物是互化物质本身或其代谢产物，用于疾病的治疗、诊断或预防。

药物的设计应依据疾病的性质、患者的生理状况以及药物的剂量等因素进行。

药物的设计应考虑多种原则，以便在治疗疾病的同时，最小限度地影响正常细胞和身体各部位的功能。

1. 目标选择性：药物应特异地作用于疾病靶标，避免对正常组织和器官的影响。

2. 剂量选择性：药物应该能够在使用适宜的剂量时发挥最佳的功效。

同时，应该避免产生致命的毒副反应。

3. 生物可利用性：药物应该最大程度地进入目标组织，从而发挥其治疗效果。

4. 药物受体亲和力：药物应具有高的受体亲和力，以确保在特异性选择目标细胞时发挥效果。

分子间相互作用超分子化学的实际应用是基于分子性质之间的特异性识别方面。

分子通常会发生特异性的物理化学作用，从而导致一些性质的变化。

例如：分子之间的相互作用是通过分子间的互相吸引作用实现的。

分子间可以形成氢键、范德华作用、疏水作用、离子-离子作用、配位作用等多种作用，以实现对分子的特异性识别。

超分子化学在药物研究中的应用是基于分子间相互作用，其重要性可以从以下几个方面进行分析。

超分子化学在药物设计中的应用超分子化学是近年来发展迅速的一门学科，它研究的是由分子之间的非共价相互作用所构成的超分子体系。

在药物设计领域，超分子化学的应用正逐渐被广泛探索和应用。

本文将从超分子化学在药物分子识别、药物传递和药物释放等方面进行论述，展示超分子化学在药物设计中的重要性和应用前景。

一、药物分子识别药物分子识别是药物设计中一个非常重要的环节，它能够帮助科研人员确定合适的配体和靶蛋白，从而实现高效的药物靶向性。

超分子化学中独特的配位作用和自组装能力使得其在药物分子识别中具有独特的优势。

例如，通过设计和合成特定的超分子主体和配体，可以实现对药物分子的有效识别和结合，从而提高药物的生物利用度和选择性。

此外，通过构建自组装的超分子体系，可以将分子内部的药物分子与其外部环境分离开来，从而避免了药物分子间的不必要相互作用，提高了药物的稳定性和存储性能。

二、药物传递药物传递是指将药物有效地输送到病患体内需要治疗的部位，以达到治疗与控制疾病的效果。

超分子化学在药物传递过程中的应用主要表现在以下几个方面。

首先，通过构建超分子胶束和纳米粒子等载体系统，可以实现药物的高荷载性和稳定性，并且可以通过调控载体的性质来实现药物的缓慢释放和靶向输送，提高药物的治疗效果。

其次，超分子化学中的非共价作用能够实现药物与载体之间的强相互作用，从而提高药物的稳定性和溶解度，同时减少药物在传递过程中可能发生的降解和氧化等问题。

最后，超分子化学在药物传递过程中的应用还可以通过构建具有特定功能的超分子材料来实现对药物的控制释放、降解或选择性释放，从而提高药物的治疗效果和降低毒副作用。

三、药物释放药物释放是指药物在体内被释放出来的过程，它与药物的溶解性、稳定性以及药物在载体中的包埋程度等因素密切相关。

超分子化学在药物释放领域中的应用主要体现在以下几个方面。

首先，超分子化学可以通过构建含有特定结构的释放通道来控制药物的释放速度和方式。

通过调控超分子体系的物理、化学属性，可以实现药物的缓慢释放、快速释放或者特定条件下的释放。

超分子化学研究及其在材料科学中的应用超分子化学是一门关注分子间相互作用、自组装以及群体性质等问题的学科。

通过将分子组织起来形成一定的结构，超分子化学为材料科学提供了全新的思路和途径。

超分子化学在许多领域都有广泛应用，这篇文章将针对超分子化学的研究及其在材料科学中的应用进行一些探讨。

一、超分子化学的研究超分子化学的研究始于上世纪60年代，后来逐渐成为一门独立的学科。

从母体分子到超分子体系，超分子化学的研究涉及到多种分子间相互作用及其自组装过程。

超分子化学的研究领域很广泛，涵盖了诸如环化合物、多孔材料、化学传感器、光电材料等众多领域。

在超分子化学的研究中，分子间相互作用是重要的研究对象。

该领域中有很多种分子间相互作用，包括氢键、静电作用、范德华力等。

这些相互作用形成的超分子体系可用于制备各种功能化分子材料，这些材料可应用于金属催化、药物传递、光学传感器等领域。

二、超分子化学在材料科学中的应用超分子化学应用于材料科学，主要是把分子按照一定的方式组装成具有特殊性质的材料。

这种方法不仅可以用于制备纯有机材料，而且可以在无机材料中引入分子组分，从而创造出具备优异性能的复合材料。

此外，基于超分子化学还可以制备具有自修复能力的材料。

在材料科学的领域中，超分子化学的应用广泛，下面简要介绍其中的几个方面。

1、化妆品化妆品中的超分子化学应用主要是利用分子间相互作用来调节化妆品的性质。

比如，利用超分子相互作用可改变复合体的溶解度，提高颜色强度等，从而提高化妆品的质量和效果。

2、电子材料电子材料是超分子化学应用的主要领域之一，超分子材料在电子器件中有广泛应用。

例如，具有高导电性和高可逆性的多孔材料可用于薄膜电极和电池等电子器件。

3、分离材料由于分子间结构复杂并且相对稳定，超分子化学可用于制备高效分离材料。

超分子材料可以通过分子识别、分子尺寸限制等方式分离不同性质的化合物。

这种材料可用于分离、富集、纯化和检测各种生物分子和化学物质。

2006 高等学校化学学报 Vol． 32 差但渗透性好，属于 BCS Ⅱ类药物，安体舒通较难［56 ］电离，不能成盐．因此 Takata 等通过生成共晶来提高其溶解度．通过一系列共晶筛选发现，安体舒通可与糖精（ SAC ）通过超分子合成子Ⅴ生成共晶水合物 SPI / SAC / H2 O（ 1∶ 1 ∶ 0. 5 ，摩尔比），其结构见 1 个水分子桥连 2 个 SPI 分子，SPI 分子沿着图 23 ， Fig． 22 Structures of SPI（ A） and ART（ B） c 轴堆积成 1 个一维孔道，水分子占据在这个孔道内．去除水分子后得到的晶体结构的骨架不变．实验证明，相比于 SPI 晶型Ⅱ，SPI / SAC / H2 O在模拟肠液中的溶解性得到改善，最大饱和浓度增加了 1 倍．但 SPI / SAC / H2 O 较高的溶解度促使水合物 SPI·1 /3H2 O 成核，浓度随之降低，甚至低于 SPI 晶型Ⅱ．为了提高溶解度，制剂时要防止 SPI ·1 / 3H2 O 的生成． Fig． 23 Crystal structure（ A） and packing arrangement（ B） of cocrystal SPI / SAC / H2 O［56］3． 5． 2 青蒿素的共晶研究青蒿素（ Artemisinin，ART）是一类倍半萜内酯抗疟药． ART 分子没有电［57 ］离中心，含有过氧化基团，遇强酸或强碱都不稳定． Karki 等利用 SDG 法研究了青蒿素与 75 种不同 3， 5二共晶试剂（包括环糊精、羧酸化合物、维生素、糖类、氨基酸和人工甜味剂）的作用，结果发现，（ ORC ）（ RES ） ART / ORC （ 1 ∶ 1 ，） ART / 羟基甲苯和间苯二酚能够与青蒿素形成共晶化合物摩尔比和 RES（ 2∶ 1 ）．在 ART / ORC 的结构中，ORC 先通过分子间 O—H … O 氢键桥连为一维链，ART 分子再通．在 ART / RES 结构中，1 个 RES 分子通过分子间过O…H—O 氢键与 ORC 一维链相连［图24 （ A）］ O—H…O 氢键桥连 2 个 ART 分子［． DSC 测试结果表明，形成共晶化合物 ART / ORC 和图 24 （ B）］ ART / RES 后，ART 的熔点降低了四十多度． Fig． 24 Crystal structures of cocrystals ART / ORC（ A） and ART / RES（ B）［57］ 3． 6 其它药物的共晶研究 HCl）、米诺地尔（ Minoxidil，MD）和 PPC ｛ 2［ 4（ 4Chloro盐酸氟西汀（ Fluoxetine hydrochloride，FTpyrimidine4carboxamide｝是另外 3 种在共晶方面具有良好应用的药物，其分子2fluorophenoxy） phenyl］结构见图 25． Fig． 25 Structures of FTHCl（ A），MD （ B） and PPC（ C）No． 9 陈嘉媚等：超分子化学在药物共晶中的应用 2007 3． 6． 1 ［58 ］盐酸氟西汀的共晶研究盐酸氟西汀是一类常用的抗抑郁药． Childs 等通过溶液蒸发法，利用羧酸类化合物与 Cl 离子的氢键作用，得到盐酸氟西汀与苯甲酸（ BA ）、丁二酸（ SA ）及富马酸（ FA）的共晶化合物．在 FTHCl / BA（ 1∶ 1 ，摩尔比）中，2 个盐酸氟西汀与 2 个苯甲酸通过 N—H … Cl， O—H…Cl 和 N—H…O 氢键连接成四聚体结构［；在 FTHCl / SA （ 2∶ 1 ）与FTHCl / FA （ 2∶ 1 ）图 26 （ A ）］ 1 个丁二酸或富马酸通过 N—H…Cl，O—H…Cl 和 N—H…O 氢键桥连 2 个盐酸氟西汀分子形成一中，．溶解度和溶出实验表明，与盐酸氟西汀相比，FTHCl / BA 水溶性降低了一半，维链［图 26 （ B）］ FTHCl / SA 的水溶性基本无变化，而 FTHCl / FA 的水溶性增加了 2 倍．这一研究结果表明，盐类药物也可以通过形成共晶改变其溶解性质． Fig． 26 Crystal structures of cocrystals FTHCl / BA（ A） and FTHCl / SA（ B）［58］ 3． 6． 2 米诺地尔的共晶研究米诺地尔是一类抗高血压药，分子结构中含有多重氢键位点，包括 4 个氢键给体和 3 个氢键受体，与 CCF 作用时，有可能形成多种不同的氢键超分子合成子． Schultheiss ［59 ］等通过高通量结晶法进行米诺地尔与各种羧酸化合物的共晶筛选以探讨米诺地尔的 3 个氢键受体的等级排序，结果发现，米诺地尔与苯甲酸（ BA ）生成共晶，与 L酒石酸、富马酸、丁二酸、己二酸（ AA）、 42羟基苯甲酸及 1羟基奈酸则成盐．在 MD / BA 的结构中，二者通过 O—H … O 和 N—H … O ．在 MD / AA 结构中， 1 个己二酸氢键形成一维带状结构［图 27 （ A）］羧酸质子转移到氮氧化物的氧上，．在所有得到的共晶和盐阴离子通过O…H—O 和O…H—N 氢键桥连 2 个米诺地尔阳离子［图 27 （ B）］氮氧化物氢键超分子合成子，而吡啶和哌啶中的 N 原子都没有生成氢键，一类化合物中，都存在羧基方面原因在于氮氧化物的碱性最强，另一方面原因在于吡啶和哌啶中的 N 原子存在位阻效应． Fig． 27 Crystal structures of cocrystals MD / BA（ A） and MD / AA（ B）［59］ 3． 6． 3 PPC 的共晶研究 PPC 是一类预防手术、慢性及神经性疼痛的候选药物，极难溶于水（＜0. 1 ［32 ］μg / mL），属于 BCS Ⅱ类药物，比格犬口服给药的血药浓度低． McNamara 等通过热台显微镜法对其进行共晶筛选，结果发现，PPC 可与戊二酸（ GA）生成共晶化合物 PPC / GA，在该结构中，戊二酸通过 O—H…N 和羧酸酰胺氢键合成子桥连 PPC 分子形成一维链（图 28 ）．溶出速率测试和动物实验结果表明，与原药相比，PPC / GA 的溶出速率增加了 18 倍，比格犬口服给药的血药浓度增加了 3 倍．这一实验结果证明，通过共晶改善药物的溶出，进而提高其生物利用度是可行的． Fig． 28 Crystal structure of cocrystal PPC / GA ［32］ 4 结论与展望基于超分子化学原理的药物共晶研究可以从分子水平上控制药物分子的结晶过程，调控药物分子在晶体中的排列方式，从而达到改善药物性质的目的．在药物研发领域中，共晶筛选已成为继多晶型2008 高等学校化学学报 Vol． 32 筛选和盐类筛选之后的又一项常规前期研究开发程序．目前药物共晶放大生产的相关研究也已展开，其产品的上市指日可待．然而迄今为止，对药物共晶的研究还处于起步阶段，大部分研究工作主要是进行药物共晶的设计、筛选及结构解析，对于药物共晶性质的系统研究及药物共晶结构与性能之间的相关性研究尚很少涉及．因此，深入探讨药物共晶形成的机理以提高共晶的筛选效率，通过药物共晶调控药物分子之间相互作用和堆积排列方式以达到定向改变药物熔点、溶出速率、溶解度和生物利用度等性质的目的，以适应药物开发的需要，将是药物共晶这一新兴研究领域将要面临的主要任务．参考文献［1 ］ Lehn J．． Angew． Chem． Int． Ed． Engl．［ J］，1988 ， 27 ： 89 —112 ［2 ］ Numata M．，ShinkaiS．． Chem． Commun．［J］， 2011 ， 47 （ 7 ）： 1961 —1975 ［3 ］ Steed J． W．． Chem． Soc． Rev．［J］， 2010 ， 39 ： 3686 —3699 ［4 ］ Delbosc N．，Reynes M．，Dautel O． J．，Wantz G．，LerePorte J．，MoreauJ． J． E．． Chem． Mater．［ J］， 2010 ， 22 ： 5258 —5270 ［5 ］ Joyce L． A．，Shabbir S． H．，Anslyn E． V．． Chem． Soc． Rev．［ J］，2010 ， 39 ： 3621 —3632 ［6 ］ Uhlenheuer D． A．，Petkau K．，Brunsveld L．． Chem． Soc． Rev．［ J］， 2010 ， 39 ： 2817 —2826 ［7 ］ MaZ． B．，Moulton B．． Mol． Pharm．［J］， 2007 ， 4 ： 373 —385 ［8 ］Foster J． A．，Piepenbrock M． M．，Lloyd G． O．，Clarke N．，Howard J． A． K．，Steed J． W．． Nature Chemistry［ J］， 2010 ， 2 （ 12 ）：1037 —1043 ［9 ］ Bielecki P．，Wasiak W．． Curr． 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constructed through hydrogen bonding supramolecular synthons，in which the physical and chemical properties（ solubility，dissolution，bioavailability， melting point，stability，etc．） of APIs can be changed by pharmaceuticalcocrystal． Keywords Supramolecular chemistry； Pharmaceutical cocrystal；Hydrogen bond； Supramolecular synthon （ Ed．： H，J，Y，A）。

超分子化学在生物医学中的应用随着医疗技术的日益发展，生物医学领域的研究正在越来越深入。

在这个领域中，超分子化学有着广泛的应用。

超分子化学是指由多个分子通过非共价相互作用形成的高级结构。

这种化学方式能够帮助研究人员更好地理解和改善生物医学领域中的许多问题。

以下是一些关于超分子化学在生物医学中的应用的案例，以及这些应用的重要性。

1. 纳米药物纳米药物可以通过超分子化学技术制备而成。

这些药物由多个分子单元组成，这些单元可以通过非共价相互作用结合在一起。

利用这种化学方式，研究人员可以制备出更为稳定的纳米药物，这些药物可以更好地被人体吸收和分解，从而提高了药物疗效。

2. 生物传感器生物传感器可以通过超分子化学制备出来，这些传感器由多个分子单元组成，通过非共价相互作用保持在一起。

这种方法可以制备出更为灵敏和高效的生物传感器，这些传感器可以用于诊断和治疗多种疾病。

3. 靶向性药物输送系统靶向性药物输送系统可以通过超分子化学制备而成。

这些系统由多个分子单元组成，这些单元可以通过非共价相互作用结合在一起。

这种方法可以制备出更为准确的药物输送系统，这些系统可以更好地到达目标组织和细胞，从而提高了药物疗效。

4. 蛋白质折叠研究超分子化学可以用于研究蛋白质折叠。

通过利用分子间的非共价相互作用，可以制备出具有多个折叠构象的蛋白质结构。

这种方法可以帮助研究人员更好地理解蛋白质的折叠过程，从而开发出更为准确的治疗方法。

5. 新型生物材料超分子化学可以用于制备出新型生物材料。

通过利用分子间的非共价相互作用，可以制备出新型生物材料，这些材料可以用于构建人工器官和其他生物组织。

这种方法可以提高生物医学领域中的治疗效果，同时也有助于减少依赖于供体器官的需求。

总结：超分子化学在生物医学中的应用非常广泛。

这种化学方式可以用于制备出更为稳定、灵敏和高效的纳米药物、生物传感器和靶向性药物输送系统。

此外，超分子化学也可以用于研究蛋白质折叠和制备新型生物材料。

材料科学中的超分子化学超分子化学是一门相对较新的跨学科学科，主要研究分子间的相互作用及其对宏观性质的影响。

超分子化学涉及的领域十分广泛，在生物学、化学、物理学等不同学科都有广泛的应用。

而在材料科学中，超分子化学也扮演着十分重要的角色。

1. 超分子化学在材料科学中的应用在材料科学领域中，超分子化学主要应用于：聚合物合成、表面功能化和材料组装等方面。

超分子化学研究所得到的结论能够有效地指导材料的设计和制备过程，有助于提高材料的性能和功能。

聚合物材料的设计和制备过程中，超分子化学起到了重要的作用。

超分子化学中独特的非共价相互作用，例如氢键、离子键、π-π相互作用等，能够较好地调控聚合物的结构和性质。

超分子化学也可以用于提高聚合物材料的稳定性，防止聚合物的分解和老化。

另外，超分子化学的概念也常常应用于材料表面的修饰和功能化中。

通过表面修饰，可以使材料呈现出不同的化学性质和物理性质，从而拓宽其应用范围。

例如，通过超分子化学方法在表面修饰含氟聚合物，可以使其具备超疏水性质，形成自清洁效果。

材料组装也是超分子化学在材料领域中的应用之一。

在组装过程中，超分子化学提供了一种有效的方法，既可以控制组合单元的数量和排列方式，同时又保证了组装后材料的形貌和性质。

组装所得材料能够在不同的领域中得到应用，如能源、传感和微电子学等。

2. 材料的设计和制备在材料科学中，超分子化学的研究对于材料的设计和制备过程起到了关键的作用。

超分子化学能够有效地增强材料的稳定性和性能，同时也可以对材料的结构和形貌进行调控。

对于材料的设计，通过超分子化学方法可以实现对分子结构、相互作用和性质的精准控制。

例如，通过合理设计分子结构和相互作用，可以得到性能更优良的聚合物材料或纳米材料。

同时，超分子化学技术也能够帮助材料科学家提高材料的制备效率和制备质量，提高材料的产业化应用。

3. 超分子化学对材料科学研究的启示材料科学中的超分子化学研究给我们带来了许多启示。

超分子化学在材料科学中的应用探究超分子化学是物质科学中的一个重要分支，通过研究分子之间的相互作用，探究它们在结构、性能和功能等方面的变化规律。

近年来，随着纳米科学、新型材料和生物医药领域的发展，超分子化学在材料科学中的应用越来越重要。

本文将对超分子化学在材料科学中的应用进行探究和分析。

第一章超分子化学的基本概念和原理1．超分子化学的基本概念超分子化学是分子间相互作用的研究领域，主要关注分子间的非共价相互作用，如范德华力、氢键、离子对等。

超分子化学主要包括结构、功能和化学动力学等方面的研究，其研究成果广泛应用于化学、生物学、药学、物理学和材料科学等领域。

2．超分子化学原理超分子化学的主要原理是非共价相互作用的强化和调控。

非共价相互作用的强化可以通过多个分子间的相互作用来实现，如分子间的氢键、π-π相互作用、金属配位等。

非共价相互作用的调控主要包括两个方面，即外部环境的影响和分子本身的结构。

第二章超分子化学在材料科学中的应用1．超分子化学在材料纳米技术中的应用材料科学领域的一个重要分支是材料纳米技术。

超分子化学作为材料纳米技术的一项重要工具，在材料结构调控和性能提升方面具有广泛应用。

例如，超分子化学可以实现材料表面的功能化修饰，也可以通过控制分子之间的相互作用来调控材料的光电性能，还可以通过超分子自组装形成具有特殊结构和性能的纳米材料，如超分子聚集物和纳米孔材料等。

2．超分子化学在生物医药领域中的应用超分子化学在生物医药领域的应用主要是通过分子间的相互作用实现药物的载体设计和生物分子的识别。

例如，通过超分子自组装形成的纳米粒子可以作为药物载体，提高药物的生物利用度和靶向性。

另外，超分子化学也可以用于生物分子的识别和分离，例如，超分子化学可以通过对生物分子的特定识别实现快速捕获和分离。

3．超分子化学在新型材料设计中的应用超分子化学作为材料科学的一个重要工具，在新型材料设计中具有广泛应用。

例如，通过超分子化学可以实现材料的自组装和自组装控制，形成新型的复合材料和仿生材料，这些材料具有特殊的结构和性能，在能源、环保、信息技术等领域都有广泛应用。

国内在超分子化学中的贡献
超分子化学是化学领域中的一个重要分支，国内在超分子化学方面也有着不少的贡献。

首先，国内科研机构和科研人员在超分子化学领域开展了大量的研究工作，涉及到超分子化学的基本理论、新型超分子材料的设计合成、超分子催化、生物医药领域的应用等多个方面。

在超分子化学的基本理论方面，国内的科研人员在超分子相互作用、分子识别、自组装等方面做出了一系列重要的贡献，推动了超分子化学的发展。

在新型超分子材料的设计合成方面，国内科研人员利用超分子化学的原理，设计合成了一系列具有特殊功能和性能的超分子材料，如超分子纳米材料、超分子晶体材料等，这些材料在光电、催化、传感等领域具有重要的应用价值。

在超分子催化方面，国内科研人员也进行了大量的工作，利用超分子化学原理设计合成了一系列高效的超分子催化剂，用于有机合成、环境保护等领域。

此外，国内在超分子化学在生物医药领域的应用方面也取得了一些重要的进展，如利用超分子化学原理设计合成了具有药物载体、靶向输送等功能的超分子材料，为药物输送、肿瘤治疗等领域提供了新的思路和方法。

总的来说，国内在超分子化学领域的贡献是多方面的，涉及到基础理论研究、新材料的设计合成、催化应用、生物医药领域的应用等多个方面，为超分子化学的发展做出了重要的贡献。