鹽酸巴馬汀的光譜性質(zhì)研究

張躍淑，史文波，李俊芬

（1.中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘察中心山西總隊，山西 太原 030031；2.山西大學化學化工學院，山西 太原 030006）

鹽酸巴馬汀的光譜性質(zhì)研究

張躍淑1，史文波1，李俊芬2*

（1.中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘察中心山西總隊，山西 太原 030031；2.山西大學化學化工學院，山西 太原 030006）

在不同極性和不同酸度介質(zhì)中考察并探討了巴馬汀的熒光光譜和紫外光譜特性.隨著溶劑極性的增加，巴馬汀的溶解性增大，吸收峰強度明顯增大且紅移.巴馬汀的熒光發(fā)射光譜受溶劑極性的影響也很顯著.隨著溶劑極性的降低，源于醇式巴馬汀的第二個熒光發(fā)射帶紫移且熒光強度顯著提高，而第一個發(fā)射帶對極性不敏感.pH對巴馬汀溶液的吸收和熒光光譜影響都較小.量子產(chǎn)率在二氯甲烷溶劑中達到最大.結(jié)果表明，巴馬汀對周圍介質(zhì)環(huán)境的敏感程度較高.

鹽酸巴馬??；光譜性質(zhì)

0 引言

許多中草藥中提取出的生物堿類化合物為抗癌藥物，異喹啉生物堿是其中最大的一類，有關(guān)研究已引起人們的廣泛關(guān)注[1～3].巴馬汀（Pal）是一種典型的異喹啉生物堿，是中藥黃柏、黃連、三棵針和南天竹等許多藥用植物的有效成分，具有抗菌、降壓、利膽及抗癌等生物活性.

關(guān)于巴馬汀的分離提取、藥理性質(zhì)和毒性等已有很多報導[4～6].如由鹽酸巴馬汀制成的黃藤素軟膠囊，具有較強的抑制霉菌、葡萄球菌、淋球菌、支原體、衣原體和抗酸性分析桿菌的作用，臨床常用于婦科炎癥、呼吸道炎癥、外科感染、菌痢、腸炎及結(jié)膜炎等疾病的治療.熒光光譜法對于揭示物質(zhì)的內(nèi)在性質(zhì)有著特殊的地位[7].熒光的激發(fā)光譜、發(fā)射光譜、量子產(chǎn)率和熒光壽命等參數(shù)不僅和分子內(nèi)熒光發(fā)色基團的本身結(jié)構(gòu)有關(guān)，而且還對周圍環(huán)境十分敏感.通過測定上述有關(guān)熒光參數(shù)的變化可研究熒光發(fā)色團所在部位的微環(huán)境特征及其變化.巴馬汀的吸收和熒光性質(zhì)僅偶見文獻中[8～10]，未見系統(tǒng)報導.因此研究介質(zhì)環(huán)境對巴馬汀的吸收和熒光光譜性質(zhì)的影響對于理解生物堿分子的藥理性質(zhì)和功能具有重要意義.

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

CaryEcl i ps型熒光光譜儀（美國VARIAN公司）；TU-1901型雙光束紫外可見分光光度計（北京普析通用儀器有限責任公司）；pH S-29A型酸度計（上海雷磁創(chuàng)益儀器儀表有限公司）；

鹽酸巴馬?。ɑ瘜W對照品，中國藥品生物制品鑒定所），用二次蒸餾水配制成1×10-3mol/L儲備液；Bri t t on-Robi son緩沖溶液配制方法：在100 mL的三酸混合液中（H3BO3，H3PO4，H Ac，濃度均為0.04 mol/L），加入相應體積的NaOH（0.2 mol/L）按比例配制pH 1.81～11.80之間的緩沖溶液；pH 12.80使用氫氧化鈉飽和溶液；其余試劑均為分析純；所有水溶液均為二次亞沸蒸餾水.

1.2 實驗方法

1.2.1 紫外吸收光譜測量

準確稱取5份等質(zhì)量的鹽酸巴馬汀，置于10 mL容量瓶中，分別加入不同溶劑溶解，稀釋至刻度并搖勻.另吸取一定體積的巴馬汀儲備液至10 mL比色管中，以不同pH值的緩沖溶液稀釋到刻度，充分搖勻，然后將上述溶液分別轉(zhuǎn)移至1 cm比色皿中，以相應的溶劑或緩沖溶液做空白，掃描吸收光譜.實驗溫度為25±0.5℃.

1.2.2 熒光光譜測量

將1.2.1中溶液置于石英杯中，在熒光儀上掃描熒光光譜.激發(fā)和發(fā)射狹縫設為10 nm，掃描速度為600 nm·m i n-1.實驗溫度為25±0.5℃.

1.2.3 熒光量子產(chǎn)率測量

以硫酸奎寧0.05 mol/L硫酸溶液的量子產(chǎn)率0.55為參比，測量不同溶劑中巴馬汀的熒光量子產(chǎn)率.

2 結(jié)果與討論

2.1 溶劑對鹽酸巴馬汀光譜的影響

2.1.1 溶劑對吸收光譜的影響

巴馬汀的基本結(jié)構(gòu)（圖1）為5，6-二氫二笨并［a,g］喹啉陽離子，并在2，3，9，10位上進行取代.乙氧基和甲氧基這些助色團上的氧原子上的孤對電子和芳環(huán)上的π電子體系相互作用，使得共軛體系增大，導致其吸收光譜較其基本結(jié)構(gòu)出現(xiàn)明顯紅移.巴馬汀在不同極性的水和醇溶劑中的吸收光譜如圖2所示.在200～500 nm范圍內(nèi)有四個明顯的吸收峰.隨著溶劑極性的降低，處于紫外區(qū)的三個吸收帶的吸收強度明顯增大，尤其是從水到甲醇，增大了近3倍.同時，第3個和第4個吸收帶的波長有8～9 nm的明顯紅移，而短波長的兩個吸收峰紅移則不明顯.以上現(xiàn)象說明巴馬汀在有機溶劑中有更好的溶解度，極性小的溶劑對其吸收更有利.

圖1 鹽酸巴馬汀的結(jié)構(gòu)式

圖2 巴馬汀（2×10-6mol/L）在不同溶劑中的吸收光譜

2.1.2 溶劑對熒光光譜的影響

在水和不同極性醇溶劑中掃描巴馬汀的熒光光譜，如圖3所示.其中左圖是巴馬汀在不同溶劑中的熒光激發(fā)光譜.四個激發(fā)峰分別為241，273，348，458 nm，與四個吸收蜂對應.隨溶劑極性的增大，巴馬汀的激發(fā)峰位置并不改變，但熒光強度迅速減弱.這是由于受激輻射時巴馬汀發(fā)生了π→π*躍遷，其電子激發(fā)態(tài)比基態(tài)有更大的極性所致.右圖是巴馬汀在不同溶劑中的熒光發(fā)射光譜，由415 nm和540 nm兩個發(fā)射帶組成，其短波長415 nm處的峰非常弱，與小檗堿類似[8].發(fā)射峰位置也不隨著溶劑極性的變化而變化.

巴馬汀在不同溶劑中的熒光參數(shù)見表1.由表可見，巴馬汀熒光光譜的兩個發(fā)射帶受溶劑的影響并不相同.第一個發(fā)射帶在甲醇溶劑中略為明顯，其余溶劑中不明顯.在水溶劑中無第二個發(fā)射帶.然而，隨著溶劑極性的減小，540 nm左右的發(fā)射帶熒光增強非常明顯，并且伴隨著熒光發(fā)射峰的紫移.顯然，該發(fā)射帶對其周圍介質(zhì)環(huán)境更敏感，這是因為二者激發(fā)態(tài)的極性差別較大，即第二個帶的激發(fā)態(tài)比第一個帶的激發(fā)態(tài)有更大的極性，弱極性環(huán)境更有利于巴馬汀的熒光發(fā)射.改變甲醇/水混合溶劑中二者的比例，巴馬汀的激發(fā)光譜位置幾乎不變，而發(fā)射光譜強度隨水的比例增大而減小.當水溶劑所占比例小于20%，能夠明顯看到長波長530 nm處的發(fā)射帶.當水溶劑所占的比例繼續(xù)增大，則此發(fā)射帶消失，僅有較弱的第一個發(fā)射帶.

圖3 巴馬汀（1×10-5mol/L）在不同醇溶劑中的熒光激發(fā)光譜（λex=530 nm）和發(fā)射光譜（λem=350 nm）

小檗堿的兩個熒光發(fā)射帶分別來自于1La和1Lb帶的振動躍遷[9].小檗堿有季銨鹽式與醇式兩種形式，并可以相互轉(zhuǎn)化[10].基于兩種化合物的結(jié)構(gòu)和實驗現(xiàn)象的相似性，因此540 nm的發(fā)射譜帶可歸于醇式巴馬汀的熒光發(fā)射，而416 nm的熒光發(fā)射譜帶是其季銨鹽式的熒光發(fā)射所引起，該形式對溶劑極性不敏感.在水溶液中主要以季銨鹽形式存在，隨著溶劑極性的減弱，季銨鹽式會向醇式轉(zhuǎn)化，熒光顯著增強.

表1 溶劑極性對鹽酸巴馬汀的熒光光譜的影響

2.2 pH對鹽酸巴馬汀光譜的影響

2.2.1 pH對光譜的影響

圖4A為不同酸度條件下巴馬汀的吸收光譜.由圖可見，在pH=2.23時，吸光度最大.在整個pH范圍內(nèi)，巴馬汀吸收光譜的強度和位置變化都很小，表明巴馬汀在水溶液中是高度穩(wěn)定的.

選用巴馬汀熒光比較強的第二個熒光帶考察.實驗發(fā)現(xiàn)，在不同pH溶液中，巴馬汀的熒光強度和熒光光譜位置均未發(fā)生明顯的改變（圖4B）.這是由于巴馬汀的陽離子熒光體是極弱的酸（pKa=15.7），不能與溶液中的H+或OH-離子形成氫鍵.即在pH 1.20～12.80范圍內(nèi)都是巴馬汀陽離子在發(fā)光，故其熒光強度幾乎不隨溶液pH的變化而變化.

圖4 不同酸度條件下巴馬汀的吸收光譜（2×10-6mol/L，圖A）和熒光光譜（1×10-5mol/L，圖B）pH1-10：2.23,1.74,9.34,8.0,5.68,11.78,12.80,5.76,4.18,1.34

2.3 鹽酸巴馬汀的熒光量子產(chǎn)率（φf）

以硫酸奎寧作參比測定熒光量子產(chǎn)率（φf），結(jié)果見表2.在水溶液中生物堿的熒光量子產(chǎn)率很低.可能是N原子通過系間竄越或自旋/軌道相互作用引起電子激發(fā)態(tài)失活而導致熒光很弱.隨著溶劑極性的減小，巴馬汀的量子產(chǎn)率不斷增大.在正丙醇溶劑中，量子產(chǎn)率比水中提高了100多倍.尤其是在二氯甲烷中熒光量子產(chǎn)率可增大到0.29，熒光光譜見圖5.

圖5 巴馬汀在各種溶劑中的熒光發(fā)射光譜

3 結(jié)論

巴馬汀是很強的兩親陽離子，具有堿性，其四個甲氧基是電子給體基團，可以降低巴馬汀分子基態(tài)和激發(fā)單重態(tài)之間的電子轉(zhuǎn)移能量，從而影響其吸收和熒光強度.在不同極性和不同酸度介質(zhì)中考察了巴馬汀的熒光和紫外光譜特性.實驗表明，巴馬汀對周圍介質(zhì)環(huán)境的敏感程度較高，可作為熒光探針用于生命科學研究，為了解該藥物的抗癌活性及設計新型抗癌藥物提供依據(jù)和參考.

表2 不同極性溶劑中巴馬汀的熒光量子產(chǎn)率

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（編輯 楊樂中）

O657

A

1673-1808（2014）03-0037-04

2013-10-23

國家自然科學基金（No．21105060）

張躍淑（1968-），女，山西平陸人，中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘察中心山西總隊，高級工程師，研究方向：分析化學；

史文波（1968-），男，山西懷仁人，中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘察中心山西總隊，高級工程師，研究方向：分析化學；

李俊芬（1974-），女，山西大學化學化工學院，副教授，博士，研究方向：分子光譜分析.