青蒿素-β-環(huán)糊精包合物的制備及表征＊

譚清華，楊江靜，唐艷輝，段友構(gòu)

（吉首大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，湖南吉首 416000）

青蒿素-β-環(huán)糊精包合物的制備及表征＊

譚清華，楊江靜，唐艷輝，段友構(gòu)

（吉首大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，湖南吉首 416000）

研究青蒿素－β－環(huán)糊精包合物的制備與性質(zhì)，通過相溶解度法、紅外光譜（IR）對其包合物進(jìn)行表征.結(jié)果表明，β－環(huán)糊精可增加青蒿素的溶解度；相溶解度法測定青蒿素與β－環(huán)糊精的包合常數(shù)為77.44L／mol；IR檢測到青蒿素的特征吸收峰，受包合物形成的影響其強(qiáng)度降低、峰形變寬、發(fā)生位移或消失等現(xiàn)象，青蒿素與β－環(huán)糊精可以形成穩(wěn)定的包合物.

青蒿素；β－環(huán)糊精；包合物；包合常數(shù)；紅外光譜

環(huán)糊精（cyclodextrin，CD）是直鏈淀粉在由環(huán)糊精葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶（cyclodexrtin glucosyl transefrase，CGTaes）作用于淀粉后經(jīng)水解生成的環(huán)狀低聚糖的總稱［1］，由6～12個(gè)葡萄糖基構(gòu)成的環(huán)狀化合物，常見的有α，β，γ3種.β－環(huán)糊精具有親水的外圍及疏水的內(nèi)腔［2－3］，在溶液中可與不同系列的客體分子形成包合物.因β－環(huán)糊精對客體分子的形狀、大小和極性等具有選擇性，從而可能形成不同物質(zhì)的量之比的結(jié)構(gòu)模型包合物，使其包合物分子在物理、化學(xué)及生物活性等方面上會(huì)發(fā)生很大改變［4－6］.目前，β－環(huán)糊精的這種包合特性已廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、食品和保健品等領(lǐng)域［7］，有提高其穩(wěn)定性、溶解度、生物利用率等作用［8］.

菊科植物黃花蒿（即中藥青蒿素）在中國用作抗瘧中藥已有2 000多年的歷史.中國科學(xué)工作者在20世紀(jì)70年代首次分離出一個(gè)含有過氧基團(tuán)的新型倍半萜內(nèi)酯藥物，是無色針狀結(jié)晶，其結(jié)構(gòu)式為C15H22O5［9－11］.青蒿素在進(jìn)行大量的藥理學(xué)研究后，結(jié)果表明它具有結(jié)構(gòu)上的新穎性和藥理作用中高效低毒等特點(diǎn)，有抗瘧、抗感染、增強(qiáng)抗體免疫和提高淋巴細(xì)胞轉(zhuǎn)化率等功能，臨床上主要用于治療腦型瘧疾、抗氯喹瘧疾及艾滋病等［12－13］.隨著對青蒿素研究的不斷深入，其藥理作用愈來愈受到重視.但青蒿素水溶性差，生物利用率低，且在光、氧、還原性物質(zhì)及受熱的作用下易氧化分解而變質(zhì)［14－15］.青蒿素的這些缺點(diǎn)對其作為藥品、食品及保健品的貯存和應(yīng)用帶來阻礙.筆者根據(jù)β－環(huán)糊精分子的獨(dú)特結(jié)構(gòu)及特性對青蒿素分子進(jìn)行包合，采用飽和水溶液法制備β－環(huán)糊精與青蒿素的包合物，通過紅外光譜（IR）技術(shù)對青蒿素－β－環(huán)糊精包合物成品進(jìn)行表征，并采用相溶解度法測定青蒿素和β－環(huán)糊精的包合常數(shù)，為青蒿素制劑的研究與改進(jìn)提供參考.

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料與設(shè)備

1.1.1儀器與設(shè)備 DF－101S集熱式恒溫磁力攪拌器（鄭州長城科工貿(mào)有限公司），GZX－9070MBE數(shù)顯鼓風(fēng)干燥箱（上海博迅實(shí)業(yè)有限公司），抽濾裝置，電子天平（上海民橋精密科學(xué)儀器有限公司），紫外分光光度計(jì)（上海金力電器有限公司），傅里葉變換紅外光譜儀Nicolet IS10（美國Thermo fisher）.

1.1.2 材料與試劑 β－環(huán)糊精（分析純），丙酮（分析純），青蒿素（湘西華立制藥有限公司），二次蒸餾水，KBr（光譜純）.

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 測定波長選擇 取青蒿素、β－環(huán)糊精，加蒸餾水溶解，以蒸餾水作為對照，分別在紫外分光光度計(jì)200～400nm進(jìn)行掃描，β－環(huán)糊精在此范圍內(nèi)無吸收，青蒿素在264nm處有較大吸收，所以選擇264nm為青蒿素測定波長.

1.2.2 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制 精確稱取青蒿素0.028 2g溶于10mL丙酮中，用蒸餾水定容到100mL，作為儲(chǔ)備溶液.再用儲(chǔ)備溶液配制濃度為0.01～1mmol／L系列溶液，以蒸餾水為空白，在波長為264nm處測定吸光度，以吸光度（A）對青蒿素濃度（C）進(jìn)行線性回歸［16］.

1.2.3 β－環(huán)糊精對青蒿素的增溶作用 分別配制不同濃度梯度的β－環(huán)糊精溶液，將青蒿素加入使之達(dá)到飽和.溶液經(jīng)濾紙過濾，在264nm波長處測定各濾液的吸光度，通過測定青蒿素的含量考察環(huán)糊精的濃度對青蒿素溶解度的影響.

1.2.4 青蒿素與β－環(huán)糊精的包合常數(shù)測定 β－環(huán)糊精與客體分子形成包合物的包合常數(shù)計(jì)算方法有多種，通過測定包合常數(shù)可以深入探討β－環(huán)糊精分子對青蒿素的包合作用強(qiáng)度.經(jīng)查閱相關(guān)資料并結(jié)合本實(shí)驗(yàn)實(shí)際情況，選取相溶解度法測定青蒿素與β－環(huán)糊精包合物的包合常數(shù)［17－18］.分別配制不同濃度梯度的β－環(huán)糊精溶液，加青蒿素使之達(dá)到飽和.溶液經(jīng)濾紙過濾，室溫檢測，利用紫外吸收光譜在264nm處測定其吸光度.

包合常數(shù)的計(jì)算根據(jù)Higuchi和Connors等［19］提出的方法，穩(wěn)定常數(shù)可以由相溶解曲線的直線部分的斜率計(jì)算而得.

1.2.5 青蒿素－β－環(huán)糊精包合物的制備及紅外光譜測定 β－環(huán)糊精與青蒿素形成包合物的制備方法有多種，筆者利用飽和水溶液法制備青蒿素－β－環(huán)糊精包合物.25℃條件下，準(zhǔn)確稱取青蒿素56.4mg，溶于8mL的丙酮中，再準(zhǔn)確稱取β－環(huán)糊精227.0mg溶于60℃的10mL水中，溶液由乳白色變成澄清溶液，在不斷攪拌的條件下將丙酮溶液緩慢地加入β－環(huán)糊精溶液中，60℃條件下攪拌5h以確保包合反應(yīng)進(jìn)行完全.取出，靜置1晚，有晶體析出，再用抽濾器抽濾，用水洗滌3次，除去殘留的主體，將抽濾后得到的濾餅放入干燥箱中60℃干燥5h，即制得青蒿素－β－環(huán)糊精包合物晶體.

同時(shí)，按β－環(huán)糊精與青蒿素的物質(zhì)的量比為1∶1進(jìn)行簡單機(jī)械攪拌均勻，作為物理混合物，樣品經(jīng)干燥后備用.

采用KBr壓片法測定青蒿素、β－環(huán)糊精、兩者物理混合物和青蒿素－β－環(huán)糊精包合物的紅外光譜［20］，分辨率為2cm－1，4 000～400cm－1全譜掃描.

2 結(jié)果與討論

2.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

將1.2.2節(jié)中的不同樣品經(jīng)紫外分光光度計(jì)檢測后，以吸光度（A）對濃度（C，mol／L）進(jìn)行線性回歸（圖1），回歸方程為A＝6 282.5C＋0.003 4，r＝0.998 8.結(jié)果表明，青蒿素在0.01～1mmol／L范圍內(nèi)，濃度和吸光度線性關(guān)系良好，β－環(huán)糊精存在時(shí)，青蒿素吸收強(qiáng)度不受影響，故標(biāo)準(zhǔn)曲線可以用于青蒿素與β－環(huán)糊精共軛體系下青蒿素的測定.

2.2 β－環(huán)糊精對青蒿素的增溶作用

將1.2.3節(jié)中不同樣品經(jīng)紫外分光光度計(jì)檢測后所得β－環(huán)糊精對青蒿素的增溶作用的光譜，如圖2所示.從圖2可知，隨著β－環(huán)糊精濃度的增加，青蒿素的溶解度逐漸增大，β－環(huán)糊精對青蒿素有明顯的增溶作用.

圖1 青蒿素的標(biāo)準(zhǔn)曲線

圖2 青蒿素在不同濃度β－環(huán)糊精溶液中的紫外光譜

2.3 青蒿素與β－環(huán)糊精的包合常數(shù)測定

由圖3可知，青蒿素的溶解度隨β－環(huán)糊精的加入呈線性增加.根據(jù)Benesi－Hildebrand公式，確定青蒿素與β－環(huán)糊精的包合計(jì)量比為1∶1，則相溶解度方程為

其中：［CD］為β－環(huán)糊精的總濃度；Y為β－環(huán)糊精存在下客體青蒿素分子的總濃度；S0為客體青蒿素分子的固有溶解度（曲線的截距）；K為包合物的形成常數(shù).以客體濃度對β－環(huán)糊精濃度作圖（圖3），由圖中的斜率和截距可獲得包合物的形成常數(shù)K，K＝斜率／截距（1－斜率）.

青蒿素與β－環(huán)糊精形成的包合常數(shù)由表1給出，K＝7 7.44L／mol.

圖3 青蒿素在β－CD溶液中的相溶解度（25℃）

表1 青蒿素－β－環(huán)糊精的包合常數(shù)

2.4 青蒿素－β－環(huán)糊精包合物的紅外光譜分析

對青蒿素、β－環(huán)糊精、兩者物理混合物和青蒿素－β－環(huán)糊精包合物進(jìn)行紅外光譜分析，所得圖譜見圖4.

圖青蒿素、環(huán)糊精、兩者物理混合物和青蒿素環(huán)糊精包合物的紅外光譜

從β－環(huán)糊精（β－CD）的紅外光譜圖4a）可以看出主要特征吸收峰：3 400cm－1，多締合體—OH的彎曲振動(dòng)；2 937cm－1，甲基、亞甲基C— H的伸縮振動(dòng)；718cm－1，亞甲基的平面搖擺振動(dòng)；1 647cm－1，結(jié)合水伸縮振動(dòng)；1 417cm－1和1 259cm－1，—OH的平面彎曲振動(dòng)；1 367cm－1和1 336cm－1，C— H彎曲振動(dòng)；1 085cm－1，醚C—O—C鍵的伸縮振動(dòng).

從青蒿素的紅外光譜圖4b）可以看出主要特征吸收峰：1 738cm－1，內(nèi)酯中C== O的伸縮振動(dòng)；1 116cm－1C—O—C的伸縮振動(dòng)；724cm－1，O— O的伸縮振動(dòng)；2 870～3 000cm－1，C— H的伸縮振動(dòng)；1 450～1 380cm－1，有C— H鍵的彎曲振動(dòng)峰；1 116cm－1的C—O—C伸縮振動(dòng)附近有其他吸收峰，而7 24cm－1的O— O伸縮頻率吸收強(qiáng)度較弱，只有1 738cm－1的C== O伸縮振動(dòng)峰強(qiáng)度較大，峰形較好，周圍無其他干擾峰.

從青蒿素和β－環(huán)糊精的混合物紅外光譜圖4c）可以看出主要特征峰：3 400cm－1，多締合體—OH的彎曲振動(dòng)；2 870～3 000cm－1，甲基、亞甲基C— H的伸縮振動(dòng)；1 738cm－1，羧酸酯的C== O鍵伸縮振動(dòng)；1 450～1 380cm－1，有C— H鍵的彎曲振動(dòng)峰；1 116cm－1的C— O伸縮振動(dòng)和1 085cm－1的醚C—O—C鍵伸縮振動(dòng)疊加.總之，青蒿素的吸收峰基本上都明顯存在，只是疊加了β－CD的某些吸收峰.

從青蒿素－β－環(huán)糊精包和物的紅外光譜圖4d）可以看出主要特征峰：3 400cm－1，多締合體—OH的彎曲振動(dòng)；1 738cm－1，羧酸酯的C== O鍵伸縮振動(dòng)；還有在1 390，1 116，724cm－1等處出現(xiàn)吸收峰.

比較圖4c）與4d）可發(fā)現(xiàn)2紅外光譜圖明顯不同.這表明青蒿素進(jìn)入β－環(huán)糊精的疏水腔中，主客體分子間相互作用，由于三維空間排列的相互匹配性、范德華力、色散力、靜電作用力、氫鍵、疏水作用等因素的影響，沒有形成新的化學(xué)鍵，因此青蒿素－β－環(huán)糊精包合物的客體分子的吸收強(qiáng)度降低，峰形變寬，并有較弱的吸收峰消失，表明青蒿素與β－環(huán)糊精可以形成穩(wěn)定的包合物.

3 結(jié)語

通過相溶解度法測定了青蒿素與β－環(huán)糊精的包合常數(shù)為77.44L／mol，并用飽和水溶液法制備青蒿素－β－環(huán)糊精包合物，對其包合物進(jìn)行紅外光譜測定.結(jié)果表明，青蒿素與β－環(huán)糊精可以形成較穩(wěn)定的包合物，β－環(huán)糊精可提高青蒿素的溶解度，并進(jìn)一步通過紅外光譜表征方法分析確定了青蒿素－β－環(huán)糊精包合物已經(jīng)形成.實(shí)驗(yàn)結(jié)果對青蒿素制劑的研究和改進(jìn)具有重要的指導(dǎo)意義.

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（責(zé)任編輯 易必武）

Preparation and Characterization of Inclusion Complex Arteannuin withβ－Cyclodextrin

TAN Qing－h(huán)ua，YANG Jiang－jing，TANG Yan－h(huán)ui，DUAN You－gou
（College of Chemistry and Chemical Engineering，Jishou University，Jishou 416000，Hunan China）

The preparation and characterizations of the inclusion complex of arteannuin（ART）withβ－cyclodextrin（β－CD）were investigated.The properties of arteannuin withβ－cyclodextrin were characterized and analyzed by phase solubility analysis and infrared spectrography（IR）.Results showed thatβ－cylcodextrin could increase the solubility of arteannuin；the inclusion constants of arteannuin withβ－cylcodextrin（β－CD）was calculated as 77.44L／mol；IR spectra showed that the intensity of a few characteristic absorption peak of ART decreased，the peak shape was widened and the displacement changed or disappeared under the influence of inclusion complex.It is concluded arteannuin andβ－cylcodextrin can form stable inclusion complexes.

arteannuin；β－cyclodextrin；inclusion complex；inclusion constant；infrared spectrum（IR）

R283.6

A

10.3969／j.issn.1007－2985.2013.04.016

1007－2985（2013）04－0072－05

2013－03－15

吉首大學(xué)研究性學(xué)習(xí)和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃項(xiàng)目（2012ZXJJ06）；湖南省教育廳資助項(xiàng)目（JG2011B041）；湖南省普通高等學(xué)校教改項(xiàng)目（2012）；吉首大學(xué)重點(diǎn)科研項(xiàng)目（201205－2）

段友構(gòu)（1954－），男，吉首大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院教授，碩士生導(dǎo)師，E－mail duanyougou＠126.com.