β-环糊精与乳酸超分子低共熔溶剂：可持续芳香吸收的绿色溶剂设计与结构解析

为解决挥发性有机物(VOCs)封装效率低及传统有机溶剂环境危害问题，研究人员通过分子动力学(MD)模拟和X射线散射技术，首次解析了β-环糊精(β-CD)与乳酸(LA)形成的超分子低共熔溶剂(SUPRADES)的微观结构，证实其通过氢键和分散相互作用实现β-CD均匀分散，显著提升难溶性反式茴香脑(AN)的包封能力，为绿色溶剂设计提供新范式。

　　

在食品、医药和化妆品领域，挥发性有机物(VOCs)的稳定封装一直面临两大挑战：传统有机溶剂的环境毒性，以及环糊精(CD)在水溶液中易聚集导致包封效率降低。尽管环糊精因其独特的疏水空腔结构能通过主客体相互作用包合疏水分子，但其在水中的低溶解度和自聚集倾向严重限制了应用。近年来，深共熔溶剂(DES)因其可设计性和环境友好性备受关注，但如何将其与环糊精的包合能力结合仍是未解难题。

为此，来自意大利国家研究委员会和法国滨海大学的研究团队在《Carbohydrate Polymers》发表了一项突破性研究。他们首次设计了一种由天然β-环糊精(β-CD)与乳酸(LA)按1:30摩尔比组成的超分子低共熔溶剂(SUPRADES)，通过多尺度表征揭示了其稳定机制，并证实其对反式茴香脑(AN)的卓越包封性能。这项研究不仅为绿色溶剂开发提供了新思路，更实现了在非水介质中保持环糊精包合能力的重大突破。

研究团队采用分子动力学(MD)模拟结合广角/小角X射线散射(WAXS/SAXS)解析溶剂结构，通过静态顶空气相色谱(SH-GC)测定分配系数和包合常数，并利用2D ROESY核磁共振确认包合物形成。密度、粘度和表面张力测试用于评估溶剂物理性质，所有实验均在303.15K下进行。

β-CD:LA的结构特征
通过MD模拟和实验数据比对，发现LA分子在β-CD周围形成稳定的"鞘层"结构，平均每个β-CD与35个LA分子相互作用，完美匹配设计配比。氢键分析显示β-CD的Ha位羟基与LA羧基(O3)形成最强相互作用，而弱分散力则防止了CD聚集。能量分解显示范德华力(E_disp=-16,800 kJ/mol)与静电作用(E_Coul=-14,650 kJ/mol)近乎均衡，证实了"氢键-分散力协同稳定"的创新机制。

SUPRADES-水混合物的特性
随着含水量从10wt%增至75wt%，体系粘度从1.82 Pa·s呈指数下降，而表面张力从44.97 mN/m线性上升。值得注意的是，含25wt%水的混合物在保持高AN吸收能力(K=1.81×10^-4)的同时，粘度显著降低，实现了流动性与包封效率的平衡。

反式茴香脑吸收性能
纯SUPRADES对AN的分配系数(K=8.88×10^-5)比纯水低306倍，即使含25wt%水仍保持150倍优势。包合常数(K_f=57 M^-1)虽低于水相体系，但ROESY NMR确证AN苯环进入了β-CD空腔，说明溶剂化环境改变而非包合能力丧失是K_f降低的主因。

这项研究开创性地证明，通过精确调控β-CD与LA的化学计量比，可构建兼具超分子包合功能和低共熔特性的绿色溶剂。其核心价值在于：首次阐明SUPRADES中"氢键鞘层-分散力屏障"的双重稳定机制；开发出全生物基(源自玉米/马铃薯淀粉)的可降解溶剂；为VOCs封装提供了比传统DES更可持续的解决方案。尤其值得注意的是，该体系在保持β-CD浓度高达纯水溶液200倍的同时，仍能有效阻止其聚集，这一发现为高浓度环糊精应用开辟了新途径。未来，这种设计策略可延伸至药物递送、食品保鲜等领域，推动绿色化学的实质性进展。