葫芦素

葫芦素是大环状分子，由亚甲基桥（-CH2-）连接的乙二醇（=C4H2N4O2=）单体组成。氧原子位于带的边缘并向内倾斜，形成一个部分封闭的空腔。该名称来自于该分子与葫芦科南瓜的相似性。葫芦科南瓜通常被写成cucurbit[n]uril，其中n是glycoluril单元的数量。两个常见的缩写是CB[n]，或简单的CBn。这些化合物对化学家特别有趣，因为它们是一系列中性和阳离子物种的合适宿主。这种结合模式被认为是通过疏水相互作用发生的，在阳离子客体的情况下，也是通过阳离子-偶极相互作用发生的。葫芦丝的尺寸一般在10埃左右的规模。例如，葫芦巴[6]脲的空腔高度为9.1埃，外径为5.8埃，内径为3.9埃。葫芦脲于1905年由RobertBehrend首次合成，通过将乙二醇与甲醛缩合，但其结构直到1981年才被阐明。随着2000年KimKimoon发现并分离出CB5、CB7和CB8，该领域得到了扩展。到目前为止，由5、6、7、8、10和14个重复单元组成的葫芦丝都已被分离出来，它们的内腔体积分别为82、164、279、479和870埃3。一个由9个重复单元组成的葫芦丝还没有被分离出来（截至2009年）。其他与葫芦丝有类似分子形状的常见分子囊包括环糊精、卡里沙林和柱状沙林。

葫芦素是酰胺类化合物（更准确地说是酰胺类化合物），由尿素1和一个二甲醛（如乙二醛2）通过亲核加成合成，得到中间物乙二醛3。该中间体与甲醛缩合，在110℃以上得到六聚体葫芦巴脲。通常情况下，像3这样的多功能单体会进行阶梯式生长聚合，从而得到分布的产物，但由于有利的应变和丰富的氢键，六聚体是沉淀后分离的xxx反应产物。将反应的温度降低到75到90℃之间，可以用来获得其他尺寸的葫芦丝，包括CB、CB、CB和CB。CB仍然是主要的产品；其他环形尺寸的产品产量较小。隔离除CB以外的其他尺寸需要分次结晶和溶解。CB、CB、CB和CB目前都有商业用途。较大的尺寸是一个特别活跃的研究领域，因为它们可以结合更大和更有趣的客体分子，从而扩大其潜在的应用。

脲是特别难以分离的。它是由Day和同事在2002年通过葫芦素反应混合物的分层结晶首次发现的，是一种含有CB的包合物。通过单晶X射线结构分析，CB-CB被明确地确定，该复合物类似于一个分子陀螺仪。在这种情况下，CB[5]在CB腔内的自由旋转模仿了陀螺仪框架内飞轮的独立旋转。由于纯CB对CB[5]有如此高的亲和力，所以无法通过直接分离方法分离出纯CB。由于CB与CB的空腔有互补的大小和形状，因此可以理解其强大的结合亲和力。2005年，Isaacs和同事通过引入能够取代CB的结合力更强的三聚氰胺客体，分离了纯CB。然后，三聚氰胺客体通过与醋酸酐反应，将带正电的胺基转化为带中性电的酰胺，从CB中分离。

葫芦丝强烈地结合阳离子客体，但通过去除三聚氰胺客体的正电荷，将结合常数降低到可以通过甲醇、DMSO和水的洗涤来去除。CB有一个异常大的空腔（870埃3），它是自由的，能够结合特别大的客体，包括阳离子卡里克斯烯。

葫芦素已被化学家用于各种应用，包括药物输送、不对称合成、分子转换和染料调整。超分子宿主分子葫芦丝是分子识别中有效的宿主分子，对带正电或阳离子化合物有特别高的亲和力。与正电荷分子的高关联常数归因于腔体两端的羰基，并能以类似冠醚的方式与阳离子相互作用。葫芦素的亲和力可以非常高。