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三、包合的機理和方法

環糊精（主體）最重要性能之一，是可與客體分子形成包合物，這種超分子結構的產生是由于若干個不同物的分子通過非共價鍵相互形成新的聚集體。對環糊精來說具有廣泛的客體，如有機分子、無機離子、絡合物，甚至稀有氣體。在溶液中形成這類超分子時，主體分子會與溶劑分子競爭客體分子，這就要求主、客體分子之間有選擇性地相互作用，如范德華力、氫鍵、親水/疏水性以及某些基團或局部的電荷和空間等共同決定的選擇性分子間的力，或稱謂分子識別性能。環糊精的結合位在空間呈同一方向排列的，而客體分子的結合位是非同向性的。所以形成包合物，主客體分子的結合必須空間上是互補。而主體的空腔尺寸和形狀保持不變是包合物一個突出的特征。

（一）包合物的類型

如果客體分子的整體或部分處于環糊精的空腔中，則屬于包合物（Inclusion Compounds），如果客體分子躺在環糊精空腔某一端則屬締合物（Association Compounds），如圖2(19)所示.圖2中（a）表示主、客體分子1：1完全包合，如苯分子被β-環糊精包合；（b）表示部分包合，如偶氮染料分子的偶氮基（-N=N-）被α-或β-環糊精包合；（c）表示端基部分包合，如萘紅分子用α-環糊精包合只能形成這種包合；（d）是2個γ-環糊精分子包合單一的C60富勒烯分子的是2：1包合物實例之一；（e）（f）分別表示1：2包合物及橋連型2：2主客體包合物；而（g）表示一種締合物，如多極性基的大環化合物，諸如冠醚、氮雜冠醚與環糊精容易形成締合物。

環糊精包合客體分子的比率一般為1：1、1：2等，但較大的客體分子可以有不同的包合部位其包合分子也可能是2：1、3：1等情況。

（二）包合物的穩定性

在溶液中環糊精（CD）和客體分子（G）以及其形成的包合物（CDm·Gn）之間，存在如下平衡反應(2)(20)：

包合物平衡常數可以下式(1)表示：

上式中：a、b是環糊精和客體分子的總濃度；

m，n是形成包合物的環糊精和客體的分子數；

X是CDmGn包合物濃度。

平衡常數Km：n（或稱穩定常數）是描述溶液中環糊精包合物的穩定性指標，通常可用紫外光譜、X射線衍射法和核磁共振等方法測定。其中核磁共振能可直接觀測主客體分子中各個原子的變化，因而對包合物的結構分析，主客體結合部位的推定，以及包合機理等方面的研究發揮巨大的作用。核磁共振氫譜對客體分子在環糊精的空腔中包合位置能提供最直接的證據。而客體分子在環糊精空腔中方位取向，可以用測定客體分子的核磁共振氫譜和碳譜，由包合前后的化學位移變化來推定。例如：α-環糊精與對硝基酚的包合結晶構，其主、客體分子的位置如圖3所示。客體分子的疏水性硝基進入了主體分子的中空內腔，而親水性的羥基則露出于腔口外。主體分子內腔側的氫原子和客體分子的苯環上的氫原子之間距離，比氫原子的通常的范德華力半徑之和要小些，這顯示主、客體之間存在較強的相互作用。