紫外光譜法研究環(huán)糊精與噴昔洛韋的包合作用

王曉霞，于 洋，馬力通，劉金彥，王正德，閆 慧

（內(nèi)蒙古科技大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院，內(nèi)蒙古 包頭 014010）

紫外光譜法研究環(huán)糊精與噴昔洛韋的包合作用

王曉霞，于 洋，馬力通，劉金彥，王正德，閆 慧

（內(nèi)蒙古科技大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院，內(nèi)蒙古 包頭 014010）

采用紫外光譜法研究了幾種環(huán)糊精（甲基-β-環(huán)糊精、磺丁基-β-環(huán)糊精、2,6-二甲基-β-環(huán)糊精）與噴昔洛韋（PVC）的包合作用。結(jié)果表明室溫下，3種環(huán)糊精與PVC的包合常數(shù)的大小依次為K2,6-DM-β-CD＞KM-β-CD＞KSEB-β-CD，且隨著溫度的升高，M-β-CD、SEB-β-CD的包合常數(shù)升高，2,6-DM-β-CD的包合常數(shù)降低。熱力學(xué)參數(shù)ΔG＜0，ΔH＜0，M-β-CD、SEB-β-CD的ΔS為負(fù)值，2,6-DM-β-CD的ΔS為正值，說(shuō)明包合過(guò)程是自發(fā)進(jìn)行的放熱過(guò)程，且為熵和焓聯(lián)合驅(qū)動(dòng)的過(guò)程。

紫外光譜；環(huán)糊精；噴昔洛韋；包合作用

噴昔洛韋（Penciclvir，PCV），化學(xué)名為 9-[4-羥基-3(羥甲基)丁基]鳥(niǎo)嘌呤，是抗病毒藥伐昔洛韋（Famiciclovir，F(xiàn)CV)的活性代謝產(chǎn)物，是第三代核苷類(lèi)光譜抗病毒藥物。其制劑為1%噴昔洛韋乳膏，體外對(duì)Ⅰ型和Ⅱ型單純皰疹病毒有抑制作用，臨床上主要用于治療唇皰疹。在我國(guó)，噴昔洛韋原料藥已實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，其乳膏、注射液已廣泛用于臨床，凝膠、滴眼液等新劑型正在研究開(kāi)發(fā)中[1]。

環(huán)糊精（cyclodextrin，又稱 schardinger dextrin，CD）是一系列由若干葡萄糖單元以α-1,4-糖苷鍵連接而成的環(huán)狀低聚糖，由葡萄糖轉(zhuǎn)糖基酶作用于淀粉產(chǎn)生，常見(jiàn)的環(huán)糊精是6、7、8個(gè)葡萄糖分子，是良好的天然合成包合物。環(huán)糊精是超分子化學(xué)中最重要的主體物質(zhì)之一，其外部邊緣是具有疏水性空腔的親水性分子，使環(huán)糊精主體分子成為超分子化學(xué)的重要主體之一，能以氫鍵、范德華力、疏水性作用力及靜電作用力[2]等與客體分子形成超分子包合物，并改變客體小分子的物理化學(xué)性質(zhì)，在醫(yī)藥、食品、化妝品和分析化學(xué)等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用[3]。

本文用紫外光譜法研究3種環(huán)糊精與噴昔洛韋的包合作用，對(duì)紫外吸收光譜的結(jié)果進(jìn)行研究并計(jì)算得出包合常數(shù)，比較其包合能力及驅(qū)動(dòng)力并得出結(jié)論。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

儀器：Specord50雙光束紫外分光光度計(jì)，SHA-B恒溫振蕩器。

試劑：噴昔洛韋（PCV，C10H15N5O3），甲基 -β-環(huán)糊精（M-β-CD，≥ 98%），磺丁基 -β-環(huán)糊精（SEB-β-CD，≥ 98%)，2,6-二甲基 -β-環(huán)糊精（2,6-DM-β-CD，≥98%）。無(wú)水乙醇（分析純），實(shí)驗(yàn)用水為二次蒸餾水。

配制1×10-4mol·L-1的噴昔洛韋乙醇溶液，3種環(huán)糊精均配成2×10-2mol·L-1的水溶液。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 噴昔洛韋在不同環(huán)糊精溶液中的光譜測(cè)定

準(zhǔn)備10只干凈的容量瓶，準(zhǔn)確移取1mL噴昔洛韋溶液于每只容量瓶中，然后向每只容量瓶中分別加入0～9mL的M-β-CD溶液，最后用二次蒸餾水定容，搖勻，則M-β-CD的最終濃度為0、0.002、0.004、0.006、0.008、0.01、0.012、0.014、0.016、0.018mol·L-1。在室溫下進(jìn)行紫外測(cè)量，吸收波長(zhǎng)選擇在190～500nm，狹縫寬度為1nm，用二次蒸餾水作參比。記錄每次測(cè)量在波長(zhǎng)254nm（吸光度最大）附近的最大吸光度值A(chǔ)。同樣的方法測(cè)定噴昔洛韋在SEB-β-CD、2,6-DM-β-CD溶液中的紫外吸收光譜，其中 SEB-β-CD、2,6-DM-β-CD 的濃度梯度與M-β-CD的濃度梯度相同。相同的條件下進(jìn)行紫外測(cè)量并記錄254nm附近的最大吸光度值。

為研究溫度對(duì)包合物形成的影響，做如下實(shí)驗(yàn)：分別取2mL噴昔洛韋于9個(gè)干凈的10mL容量瓶中，再分別加入0～8mL的M-β-CD，然后定容，搖勻。之后分別在（30±0.1）℃、（40±0.1）℃、（50±0.1）℃的水浴鍋中恒溫放置0.5h，最后用紫外分光光度計(jì)測(cè)量其吸光度A，且記錄每次測(cè)量在波長(zhǎng)254nm（吸光度最大）附近的最大吸光度值。同樣的方法測(cè)定噴昔洛韋在SEB-β-CD、2,6-DM-β-CD溶液中的紫外吸收光譜，其中 SEB-β-CD、2,6-DM-β-CD 的濃度梯度與M-β-CD的濃度梯度相同。相同的條件下進(jìn)行紫外測(cè)量并記錄254nm附近的最大吸光度值。

1.2.2 包合常數(shù)的測(cè)定方法

CDS與客體分子在水溶液中形成超分子復(fù)合物的過(guò)程是一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡過(guò)程，符合質(zhì)量作用定理[4]。用式（1）來(lái)表征該過(guò)程[5]：

式中[PVC]為噴昔洛韋的濃度，[PVC·CD]為包合物的濃度。由修飾的Hildebrand-Benesi方程可得到包合物的包合常數(shù)K[5]：

式中A0和A分別為自由客體及CDS存在時(shí)噴昔洛韋的吸光度，[CD]0為加入體系中的環(huán)糊精的初始濃度。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 噴昔洛韋在不同環(huán)糊精溶液中的紫外吸收光譜

消除介質(zhì)體系光譜的加和作用后，噴昔洛韋在不同濃度的 M-β-CD、SEB-β-CD、2,6-DM-β-CD 溶液中的紫外吸收光譜見(jiàn)圖1。

圖1 噴昔洛韋與3種環(huán)糊精作用的紫外光譜圖Fig.1 Effect of PVC on UV adsorption spectra of three kinds of CDS

從圖1可以看出，噴昔洛韋在3種環(huán)糊精中的吸收光譜表現(xiàn)出一致的趨勢(shì)，即隨著環(huán)糊精的加入，吸光度值增加。這說(shuō)明噴昔洛韋與CDS形成了穩(wěn)定的包合物，這種光譜變化是CDS空腔內(nèi)的高密度電子云誘導(dǎo)噴昔洛韋電子云移動(dòng)的結(jié)果。由圖1可知，該包合過(guò)程整體的峰形大致相同，最大吸收波長(zhǎng)的位置微有波動(dòng)，且吸光度值隨環(huán)糊精濃度的增加而增加。另外，由圖1可知，使噴昔洛韋吸光度達(dá)到相同值所需環(huán)糊精的量為：2,6-DM-β-CD＜M-β-CD＜ SEB-β-CD。

2.2 包合常數(shù)的測(cè)定

圖2 噴昔洛韋與不同環(huán)糊精形成包合物的線性曲線Fig.2 Liner fitting of PVC/CDS inclusion complexs

從圖 2 可以得出室溫下 M-β-CD、SEB-β-CD、2,6-DM-β-CD的包合常數(shù)值，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 室溫下噴昔洛韋/環(huán)糊精的包合常數(shù)KTable.1 Binding constants K value of PVC/CDS at room temperature

從包合常數(shù)的差異可以看出，不同環(huán)糊精與噴昔洛韋形成包合物的能力不同。同一溫度下，K2,6-DM-β-CD＞ KM-β-CD＞ KSEB-β-CD，即 2,6-DM-β-CD 的包合能力大于 M-β-CD，M-β-CD 大于 SEB-β-CD。

2.3 溫度對(duì)包合物形成的影響

包合物的形成是一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡過(guò)程，溫度會(huì)對(duì)包合常數(shù)產(chǎn)生重要影響[6]。根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)，由修飾的Hildebrand-Benesi方程通過(guò)作圖得雙倒數(shù)曲線，則包合常數(shù)K為直線的截距與斜率之比。環(huán)糊精與噴昔洛韋的包合物在不同溫度下的包合常數(shù)見(jiàn)表2。

表2 不同溫度下噴昔洛韋/環(huán)糊精的包合常數(shù)KTable.2 Binding constants K value of PVC/CDS at different temperatures

由表2可知，隨著溫度的升高，PVC與M-β-CD、SEB-β-CD的包合常數(shù)升高，說(shuō)明溫度的升高有利于包合物的形成；PVC與2,6-DM-β-CD的包合常數(shù)下降，表明隨著溫度升高，分子熱運(yùn)動(dòng)增加，不利于包合物的形成。根據(jù)表中不同溫度下的包合常數(shù)，結(jié)合 Van’t Hoff方程[7]：

通過(guò)lnK對(duì)1/T作圖，由直線斜率和截距計(jì)算熱力學(xué)參數(shù)ΔH和ΔS，結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 不同溫度下 PVC/CDS的熱力學(xué)常數(shù)Table.3 Thermodynamics constant value of PVC/CDS at different temperatures

在實(shí)驗(yàn)溫度內(nèi)，ΔG、ΔH均為負(fù)值，說(shuō)明CDS與PVC的包合反應(yīng)均為能自發(fā)進(jìn)行的放熱過(guò)程[8]。PVC與M-β-CD、SEB-β-CD的ΔS為負(fù)值，表明包合物形成后，整個(gè)體系的有序性增加；2,6-DM-β-CD的ΔS為正值，表明包合物形成后體系的有序性降低。整個(gè)包合過(guò)程為熵和焓聯(lián)合驅(qū)動(dòng)的過(guò)程，驅(qū)動(dòng)力為范德華作用力和氫鍵等。

3 結(jié)果與討論

[1] 鄒尚榮，洪鳴.抗病毒藥噴昔洛韋的合成工藝改進(jìn)[J].海峽藥學(xué)，2009，21(4)：92-94.

[2] 張有明，彭曉霞，魏太保，等.β-環(huán)糊精與兩性表面活性劑相互作用[J].無(wú)機(jī)化學(xué)學(xué)報(bào)，2002(18)：773-776.

[3] Szente L, Mikuni K, Hashimoto H, et al. Journal of Inclusion Phenomena and Molecular Recognition in Chemistry, 1998,32: 81.

[4] 張安平，羅凡，劉維屏.紫外光譜法研究環(huán)糊精/精唑禾草靈超分子復(fù)合體[J].光譜學(xué)與光譜分析，2006，26(12)：2298-2301.

[5] 童林薈.環(huán)糊精化學(xué)-基礎(chǔ)與應(yīng)用 [M].北京：科學(xué)出版社，2001：135.

[6] 文先紅，郭明.光譜法研究環(huán)糊精與艾地苯醌的超分子作用[J].光譜實(shí)驗(yàn)室，2009，26(1)：1-4.

[7] 李俊芬，許志成，董川.隱丹參酮與環(huán)糊精包結(jié)物的制備與光譜研究[J].分析科學(xué)學(xué)報(bào)，2004，20(3)：229-232.

[8] Szejtli J. Complex dissociation-association equilibria and methods for determination of the stability constants-Spectroscopic methods [J] .Cyclodextrins Technology,1988(2): 148-156.

[9] 楊克迪，彭盼，葛利，等.β-環(huán)糊精對(duì)葉酸的包合作用研究[J].高校化學(xué)工程學(xué)報(bào)，2011，25(4)：699-702.

Inclusion Interaction of Cyclodextrin with Penciclvir

WANG Xiaoxia, YU Yang, MA Litong, LIU Jinyan, WANG Zhengde, YAN Hui
(School of Chemistry and Chemical Engineering, Inner Mongolia University of Science and Technology, Baotou 014010, China）

The inclusion interaction of various cyclodextrins (M-β-CD, SEB-β-CD, 2,6-DM-β-CD) with penciclvir was studied by UV spectra technique. The results showed that the order of binding constants of three types cyclodextrins with penciclvir was K2,6-DM-β-CD＞KM-β-CD＞ KSEB-β-CDunder room temperature, and the binding constants of M-β-CD，SEB-β-CD increased, the binding constants of 2,6-DM-β-CD decreased as the temperature increased. The thermodynamics parameter ΔG＜0, ΔH＜0, ΔS＜0 of M-β-CD and SEB-β-CD were negative, 2,6-DM-β-CD was positive, suggested that the inclusion interaction was exothermic and spontaneously occurred by balance of enthalpy and entropy driven.

UV spectra; cyclodextrin; penciclvir; inclusion interaction

R 978.1

A

1671-9905(2017)10-0001-04

國(guó)家自然科學(xué)基金（21463016）；內(nèi)蒙古自然科學(xué)基金（2013MS0209）；內(nèi)蒙古高等學(xué)?？茖W(xué)研究項(xiàng)目（NJZZ14160）；內(nèi)蒙古科技大學(xué)創(chuàng)新基金資助項(xiàng)目（2012NCL034）；內(nèi)蒙古科技大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新基金項(xiàng)目

王曉霞（1984-），女，內(nèi)蒙古包頭市人，碩士，講師，主要從事熒光光譜分析

2017-06-26