對(duì)磺酸基杯[6]芳烴與葛根素相互作用的熒光光譜研究

王 芳，張 浩，王天怡，李晶晶，馬 靜，卞 偉

(山西醫(yī)科大學(xué), 山西 太原 030001)

杯芳烴被譽(yù)為“第三代超分子化合物”，是苯酚環(huán)在酚羥基鄰位由亞甲基連接而成的一類新型大環(huán)化合物，實(shí)質(zhì)上是特殊的環(huán)番，具有結(jié)構(gòu)靈活多變(特別是構(gòu)象變化)、易于修飾的特點(diǎn)，可以借助氫鍵、靜電作用、分子間作用力、堆積力等非共價(jià)鍵作用來(lái)識(shí)別客體分子，同時(shí)還具備冠醚和環(huán)糊精的優(yōu)點(diǎn). 此外，它還是一類合成低聚物，易于衍生化，有較高的熔點(diǎn)而且不易揮發(fā). 現(xiàn)已有多種杯芳烴商品化，它們能選擇性的包結(jié)眾多分子和離子客體，特別是在藥物釋控的應(yīng)用方面引起了人們極大的關(guān)注[1-4].

葛根素(結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1)具有β-腎上腺素受體阻滯作用，可以擴(kuò)張血管，使血壓及眼內(nèi)壓降低，改善微循環(huán)；保護(hù)心肌細(xì)胞，增強(qiáng)心肌收縮力；保護(hù)紅細(xì)胞的變形能力，增強(qiáng)造血系統(tǒng)功能；對(duì)腎炎有保護(hù)作用. 但其水溶性和脂溶性都比較差，生物利用度低，從而限制了其更廣泛的應(yīng)用. 因此可利用超分子結(jié)構(gòu)對(duì)其進(jìn)行包合，對(duì)控制、檢測(cè)其在體內(nèi)的含量以達(dá)到最佳治療效果具有重要意義[5-8].

圖1 葛根素的結(jié)構(gòu)Fig.1 The structure of puerarin

熒光光譜法快速簡(jiǎn)便、靈敏度高，因而應(yīng)用范圍廣，基于熒光猝滅和熒光增強(qiáng)的熒光分析法已成為研究大的主體分子與有機(jī)小分子、離子及無(wú)機(jī)化合物之間相互作用的重要方法[6，9]. 作者采用熒光光譜法研究對(duì)磺酸基杯[6]芳烴與葛根素之間的相互作用，從濃度、溫度等方面探討了影響其包合過(guò)程的因素，并采用非線性擬合方法計(jì)算了包合物的包合比和包合常數(shù)，以拓展其在分子識(shí)別中的應(yīng)用，改善葛根素的水溶性和脂溶性，從而增強(qiáng)它的藥理活性和藥效[10-11].

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

Eclipse熒光分光光度計(jì)(VARIAN CARY)；pHS-3C型精密酸度計(jì)(上海雷磁儀器廠)；葛根素(中國(guó)藥品生物制品檢定所)；對(duì)磺酸基杯[6]芳烴(SCX6)(Alfa Aesar Company)；其他試劑均為分析純. 實(shí)驗(yàn)用水為二次蒸餾水.

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

c(葛根素)=25 μmol·L-1; c(SCX6)/(mmol·L-1)(1)0,(2)5,(3)7.5,(4)10.0,(5)12.5,(6)17.5,(7)22.5,(8)27.5,(9)30.0;pH=6圖2 25 ℃,不同濃度SCX6存在下葛根素的熒光光譜(A)及擬合圖(B)Fig.2 At 25 ℃, fluorescence spectra(A) and the nonlinear curve(B) of inclusion complexes of puerarin and various concentrations of calix[6]arene

葛根素配制成濃度為1×10-3mol/L的水溶液,SCX6配制成濃度為1×10-2mol/L的水溶液. 準(zhǔn)確量取250 μL 1×10-3mol/L的葛根素溶液于10 mL容量瓶中，分別加不同體積的SCX6溶液，用磷酸緩沖液定容至刻度搖勻，靜置，然后置于1 cm×1 cm熒光比色皿中，固定葛根素?zé)晒饧ぐl(fā)波長(zhǎng)為340 nm，入射和出射狹縫均為5 nm，掃描熒光光譜并測(cè)量熒光強(qiáng)度[8].

2 結(jié)果與討論

2.1 葛根素與對(duì)磺酸基杯[6]芳烴包合物的熒光光譜

葛根素在水溶液中能發(fā)熒光，最大激發(fā)波長(zhǎng)為340 nm，最大發(fā)射波長(zhǎng)為466 nm. 在pH=6條件下，按照1.2中步驟，分別在25，35和45 ℃溫度下測(cè)定葛根素-SCX6包合物溶液的熒光光譜，可以觀察到隨著SCX6濃度的增加，葛根素的熒光強(qiáng)度有規(guī)律的降低，如圖2所示，這些光譜性質(zhì)的變化說(shuō)明葛根素與SCX6之間形成了主-客體超分子包合物.

2.2 化學(xué)計(jì)量比和包合常數(shù)的測(cè)定

包合常數(shù)可以定量反映磺酸基杯芳烴與客體分子之間結(jié)合力的強(qiáng)弱，其大小采用非線性擬合計(jì)算，方法快捷，結(jié)果可靠. 對(duì)于包合比為1∶1的平衡體系，利用最小二乘法進(jìn)行非線性擬合計(jì)算包合常數(shù)，方程如下：

公式中[H]0,[G]0分別代表主體杯芳烴和客體葛根素各自的起始濃度，均為2.5×10-5mol/L，K代表包合常數(shù)，ΔF表示隨著杯芳烴的加入，葛根素?zé)晒鈴?qiáng)度的變化值，α是在體系作用過(guò)程中所引起的被測(cè)定物構(gòu)型變化的敏感因子. 非線性最小二乘法通過(guò) OriginPro8.0計(jì)算機(jī)程序完成.

圖2、圖3和圖4分別給出了不同溫度(25, 35, 45 ℃)下葛根素溶液中加入SCX6前后熒光強(qiáng)度的變化情況，并分別將ΔF對(duì)SCX6的濃度作圖，從圖中良好的擬合結(jié)果證實(shí)SCX6與葛根素的包合體系可使用最小二乘法非線性擬合方程計(jì)算包合常數(shù)，同時(shí)也證實(shí)了二者1∶1的包合模式，相應(yīng)的結(jié)果如表1所示.

c(葛根素)=25 μmol·L-1; c(SCX6)/(mmol·L-1)(1)0,(2)2.5,(3)5.0,(4)10.0,(5)15.0,(6)17.5,(7)20.0,(8)25.0;pH=6圖3 35 ℃,不同濃度SCX6存在下葛根素的熒光光譜(A)及擬合圖(B)Fig.3 At 35 ℃, fluorescence spectra(A) and the nonlinear curve(B) of inclusion complexes of puerarin and various concentrations of calix[6]arene

c(葛根素)=25 μmol·L-1; c(SCX6)/(mmol·L-1)(1)0,(2)5.0,(3)10.0,(4)15.0,(5)20.0,(6)25.0;pH=6圖4 45 ℃,不同濃度SCX6存在下葛根素的熒光光譜(A)及擬合圖(B)Fig.4 At 45 ℃, fluorescence spectra(A) and the nonlinear curve(B) of inclusion complexes of puerarin and various concentrations of calix[6]arene

主體客體溫度包合比K/(L·mol-1)rαSCX6葛根素25 ℃1∶11 2840.996 16.536 7×106SCX6葛根素35 ℃1∶11 4690.996 57.456 61×106SCX6葛根素45 ℃1∶11 5900.994 36.546 54×106

根據(jù)范得霍夫方程，包合常數(shù)K與溫度T符合下面的關(guān)系式[12]：

以 lnK對(duì)1/T作圖，則由直線的斜率與截距計(jì)算得焓變值(ΔH)和熵變值(ΔS)分別為-8.4 kJ/mol和88 J/(K·mol)，不同溫度下的吉布斯自由能(ΔG=ΔH-TΔS)見(jiàn)表2.

表2 葛根素與對(duì)磺酸基杯[6]芳烴包合的熱力學(xué)參數(shù)Table 2 The thermodynamic parameters of puerarin and p-sulfocalix[6]arene

3 結(jié)論

通過(guò)熒光光譜法研究了SCX6與葛根素形成包合物的作用過(guò)程. 結(jié)果表明，在pH=6，不同溫度下，葛根素溶液中加入不同體積的對(duì)磺酸基杯[6]芳烴(SCX6)時(shí)，葛根素溶液的熒光強(qiáng)度有規(guī)律的降低，說(shuō)明葛根素與SCX6是通過(guò)一定的作用力結(jié)合而使其熒光強(qiáng)度降低的. 由葛根素的結(jié)構(gòu)可知，葛根素含有多個(gè)羥基，可與SCX6中的磺酸基形成氫鍵，從而使葛根素進(jìn)入SCX6的空腔內(nèi)，另外SCX6本身具有緊密相鄰的多個(gè)羥基和一個(gè)大小可調(diào)節(jié)疏水空腔的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，使其可以與客體分子發(fā)生多種作用，所以推測(cè)葛根素與SCX6之間以氫鍵作用力為主，并兼有靜電作用力、范德華力、疏水及尺寸匹配等共同作用的結(jié)果使葛根素的熒光強(qiáng)度降低. 通過(guò)非線性擬合得出了SCX6與葛根素的包合比和包合常數(shù). 初步驗(yàn)證了它們?cè)赑BS緩沖溶液中為1∶1的包合模式，且SCX6與葛根素包合反應(yīng)的ΔH為負(fù)值，表明包合過(guò)程為放熱過(guò)程. ΔG在3種溫度下均為負(fù)值，說(shuō)明該包合過(guò)程可自發(fā)進(jìn)行，且隨著溫度的升高，ΔG的絕對(duì)值增大，表明包合越易發(fā)生. 本研究有利于拓展杯芳烴在藥物領(lǐng)域中的應(yīng)用范圍，同時(shí)也可以提高該種藥物的生物利用度.

參考文獻(xiàn)：

[1] PERRIN R, LAMARTINE R, PERRIN M. The potential industrial applications of calixarenes [J]. Pure Appl Chem, 1993, 65(7): 1549-1559.

[2] 林 琳, 吳采櫻. 杯芳烴衍生物在分析化學(xué)中的應(yīng)用[J]. 分析化學(xué), 1997, 25(7): 850-856.

[3] 陳素萍. 第三代超分子化合物——杯芳烴的研究[J]. 南通職業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2005, 19(4): 104-106.

[4] 傅崇崗, 劉愛(ài)林, 張立云, 等. 羧基苯偶氮基杯[4]芳烴衍生物的合成、表征及光譜特性[J].化學(xué)世界, 2003(3): 40-43.

[5] 覃開(kāi)羽, 吳 敏. 葛根素的藥理作用及不良反應(yīng)分析[J]. 中國(guó)藥業(yè), 2007, 16(3): 60-61.

[6] 梅 林, 程正學(xué), 石開(kāi)云, 等. 熒光光譜法研究分子間相互作用的進(jìn)展[J]. 激光雜志, 2007, 28(3): 84-85.

[7] 顏承農(nóng), 上官云鳳, 劉 義, 等. 吡羅昔康與牛血清白蛋白結(jié)合反應(yīng)的熒光光譜研究[J]. 分析化學(xué), 2004, 32(3): 317-319.

[8] 阮毅銘. HPLC法測(cè)定葛根配方顆粒中葛根素的含量[J]. 黑龍江醫(yī)藥, 2008, 21(5): 19-21.

[9] INOUE Y, YAMAMOTO K, WADA T, et al. Inclusion complexation of (cyclo)alkanes and(cyclo)alkanols with 6-O-modified cyclodextrins [J]. J Chem Soc Perkin Trans, 1998, 8: 1807-1816.

[10] MEGYESI M, BICZOK L. Considerable fluorescence enhancement upon supra-molecular complex formation between berberine andp-sulfonated calixarenes [J]. Chem Phys Lett, 2006, 424: 71-76.

[11] 弓書勝, 許雪姣, 劉紅霞, 等. 杯芳烴及其衍生物在色譜和和毛細(xì)管電泳中的應(yīng)用[J]. 化學(xué)通報(bào), 2001, 64(4): 226-330.

[12] 陳國(guó)廣, 陳振華, 劉伯成, 等. 黃芪甲苷-羥丙基-β-環(huán)糊精包合物的制備[J]. 中國(guó)醫(yī)藥工業(yè)雜志, 2007, 38(1): 30-31.