核磁共振方法研究瓜環[n](n=7,8)與枸櫞酸西地那非的相互作用

摘 要 利用.1H NMR技術、電噴霧質譜、紅外光譜以及紫外吸收光譜法等手段研究了瓜環［n］（n＝7，8）與枸櫞酸西地那非的相互作用。結果表明： 枸櫞酸西地那非與兩種瓜環都形成了1∶1的包結配合物， 但是其配合物的作用模式隨瓜環的大小而不同。通過計算得出瓜環［n］（n＝7，8）與枸櫞酸西地那非的包結常數分別為958和1530 L/mol， 說明瓜環對枸櫞酸西地那非具有潛在的緩釋作用。

關鍵詞 瓜環； 枸櫞酸西地那非； 包結配合物； 作用模式； 核磁共振技術

2011-07-27收稿；2011-09-23接受

* E-mail: zdp@zzu.edu.cn

1 引 言

超分子藥物化學是超分子化學在藥學領域的新發展。該領域研究活躍， 發展迅速， 是一個充滿活力的新興交叉學科領域[1，2]。瓜環（Cucurbit[n]urils， n＝5～8， 10， CB[n]）[3～6]作為一類新型具有特定內腔的穴狀化合物已成為超分子藥物化學中備受關注的新主體化合物， 在藥物的轉運、吸附或緩釋、定點靶向給藥、改善藥物的藥代動力學性質、提高生物利用度和療效等方面應用廣泛[7～10]。

枸櫞酸西地那非（Sildenafil citrate， SCT）的化學名稱是1-[4-乙氧基-3-[5-（6，7-二氫-1-甲基-7-氧代-3-丙基-1H-吡唑并[4，3d]嘧啶）]苯磺酰]-4-甲基哌嗪枸櫞酸鹽（圖解1）， 是一種研發治療心血管疾病藥物時意外發明出的治療男性勃起功能障礙藥物， 對治療陽痿有特殊效果， 其療效和安全性已被廣泛證實。由于其半衰期較短， 使患者受到藥效時間的局限[11]。 因此，需要采用緩釋和控釋技術以延長其藥效。本研究運用核磁技術[12]、電噴霧質譜、紅外光譜、紫外吸收光譜[13]等方法對CB[7]和CB[8]與SCT的相互作用模式進行了系統的研究， 為開發更多潛在的藥物緩釋劑奠定了理論基礎。

圖解1 瓜環[n]（n＝7，8）和枸櫞酸西地那非的結構示意圖

Scheme 1 Structures of cucurbit[n]uril（CB[n]）（n＝7，8） and sildenafil citrate （SCT）

2 實驗部分

2.1 儀器與試劑

1100 Series LC/MSD Trap液-質聯用儀（美國Agilent公司）；Nicolet NEXUS-470型紅外光譜儀， KBr壓片（美國Thermo Electron公司）； AVANCE Ⅲ400 MHz超導核磁共振儀（D2O為溶劑， 以溶劑峰定標， 瑞士Bruker 公司）；UV2550紫外-可見分光光度計（日本Shimadzu公司）。

瓜環[17]及枸櫞酸西地那非為本實驗室自制；氘代水購自Aldrich公司， 其它試劑均為分析純。

2.2 固體混合物及包合物的制備

按照SCT與瓜環的物質的量為1∶1的比例稱取混合物兩份， 一份加水振蕩使之完全溶解， 并于室溫下攪拌30 min， 蒸干， 得包結物; 另一份于瑪瑙研缽內混合研磨均勻， 得固體混合物。

2.3 核磁共振譜和紫外吸收光譜的測定

采用摩爾比法即固定客體的濃度， 加入不同量的瓜環， 配制一系列不同物質的量之比的溶液（1∶0， 1∶0.5， 1∶1， 1∶1.5， 1∶2）， 室溫下測定上述溶液的.1H NMR譜。

分別稱取20 mg SCT配制成3.0×10

Symbolm@@ 4和6.0×10

Symbolm@@ 4 mol/L溶液， 并分別配制6.0×10

Symbolm@@ 5 mol/L CB[7]溶液， 1.2×10

Symbolm@@ 4 mol/L CB[8]溶液。量取1.0 mL SCT溶液于10 mL容量瓶中， 加入不同量的瓜環溶液， 用水定容，配制成系列不同主客體物質的量比的溶液， 待作用達到平衡后， 在室溫下測定其紫外吸收光譜。

3 結果與討論

3.1 SCT與CB[7]、CB[8]相互作用體系的.1H NMR譜圖分析

圖1A為SCT與CB[7]在物質的量比為1∶0， 1∶0.5， 1∶1時的.1H NMR譜圖。與SCT的譜圖比較， 隨著CB[7]量的逐漸增加， 質子H8， H9， H10， H10′， H11， H11′， H12， H12′， H13和H13′的化學位移均不同程度向高場移動， 表明這些質子進入到CB[7]的空腔內; 而H7， H14及H2， H₃， H₄， H5向低場移動， 說明它們受端口羰基的去屏蔽效應而處于瓜環端口外側。在CB[8]與SCT相互作用的.1H NMR譜（圖1B）中， 隨著CB[8]量的增加，H8， H9， H10， H10′， H11， H11′， H12， H12′， H13， H13′和H14的共振峰都向高場有較大移動， 說明這幾組質子處于CB[8]的空腔內。 與CB[7]相互作用體系不同的是， SCT與CB[8]的作用體系中哌嗪環上的NCH₃也進入了CB[8]空腔， 這主要是因為CB[8]的空腔及端口較大， 包結的基團在里面可以扭曲，從而使更多的基團進入其空腔。根據主客體相關質子積分強度可以得知， 相互作用的SCT與CB[7]、CB[8]的化學計量比都是1∶1。根據以上分析，推測SCT與CB[7]、CB[8]的作用模式如圖解2所示。

Fig．1 .1H NMR spectra （400 MHz， D2O） of SCT alone （a）， after addition of 0.5 equiv of CB[7] （b）/CB［8］， after addition of 1.0 equiv of CB[7] （c）/CB［8］

Scheme 2 Related interaction models of SCT and CB[7]/CB[8]

3.2 ESI-MS分析

將SCT與CB[7]按照物質的量比為1∶2配成水溶液做ESI-MS譜， 得到一個m/z 1637.8的峰（計算值：[SCT＋CB[7]＋H.＋].＋， m/z 1637.7）和m/z 818.8的峰（計算值：[SCT＋CB[7]＋2H.＋]2＋， m/z 819.3）。同樣將SCT與CB[8]按照物質的量比為1∶2配成水溶液做ESI-MS譜， 得到m/z 902.5峰（計算值：[SCT＋CB[8]＋2H.＋]2＋， m/z 902.8）， ESI-MS的結果進一步驗證了SCT與CB[7]及CB[8]只能形成1∶1的包結物。

3.3 IR分析

圖2a為SCT的紅外光譜， 3000～2800 cm

Symbolm@@ 1處為SCT的烷基吸收峰， 在2750～2250 cm

Symbolm@@ 1處的中強吸收峰為SCT與枸櫞酸形成銨鹽后NH.＋的特征吸收峰。CB[7]和CB[8]具有相同的結構單元， 因此其紅外光譜十分相似，

圖2 SCT與CB[7]，CB[8]作用體系的紅外光譜圖

Fig．2 IR spectra of SCT （a）， CB[7] （b）， SCT-CB[7] physical mixture （c） and SCT-CB[7] inclusion complex （d）， SCT-CB[8] inclusion complex （e）

在此選擇CB[7]的紅外譜圖（圖2b）及SCT與CB[7]形成1∶1（摩爾比）物理混合物時的紅外譜圖（圖3c）進行分析。

從圖3c可見， 其物理混合物包含瓜環SCT和兩者的特征吸收峰， 是兩種物質譜圖的疊加。比較圖2d與2e可知，SCT與CB[7]及CB[8]形成的包結物的紅外光譜極為近似， 其中3000～2800 cm

Symbolm@@ 1處的吸收峰明顯減弱， 而2750～2250 cm

Symbolm@@ 1處的吸收峰幾乎完全消失， 說明SCT的銨鹽及部分烷基被包結在CB[7]或CB[8]的空腔中。客體的其它吸收峰強度也有不同程度的變化， 是由于客體分子被CB[7]， CB[8]包結后所處的微環境變化引起的， 進一步證實了包結物的形成。

3.4 UV-Vis 分析

圖3A為CB[7]與客體SCT相互作用的紫外吸收光譜。隨著CB[7]濃度的增加， SCT的最大吸收峰226 nm處有明顯的紅移， 強度逐漸增強。 當其物質的量比達到1∶1時， 最大吸收峰不再紅移， 329 nm處SCT的吸光度隨著瓜環的加入而逐漸減弱。這說明主客體相互作用形成了包結配合物。圖3B為CB[8]與SCT相互作用體系的紫外吸收光譜圖。由于CB[8]的空腔較大， 因此允許分子中較多的部分進入到空腔內部， 隨著CB[8] 濃度的增加， 226 nm吸光度逐漸增加， 329 nm吸光度逐漸減弱， 這說明SCT與CB[8]形成了包結配合物。比較圖3A和圖3B可見，SCT與CB[7]及CB[8]作用后的紫外-可見吸收光譜明顯不同， 說明SCT與兩種瓜環的包結位置有差異， 這與.1H NMR譜的研究結果一致。

圖3 SCT（0.3 mmol/L）分別與CB[7]（A）和CB[8]（B）作用體系的紫外可見光譜圖

Fig．3 UV-Vis absorption spectra of SCT （0.3 mmol/L） with CB[7] （A） and CB[8] （B） in water

A: n（CB[7]）/n（SCT）: a. 0; b. 0.2; c. 0.6; d. 1.0; e. 1，2; f. 1.4; g. 1.6; B: n（CB[8]）/n（SCT）: a. 0; b. 0.2; c. 0.4; d. 0.6; e. 0.8; f. 1.0; g. 1.2; h. 1.4

根據Hildebrand-Benesi法[15]， 利用方程1/ΔA＝b/（K［H］）＋b， （其中， ΔA為SCT加入瓜環前后吸光度的差值， K為包結穩定常數， [H]為瓜環的濃度， b為常數）可以計算其包結常數， 并再次確定包結比為1∶1， 通過1/ΔA對1/[H]作圖的斜率和截距，計算得到SCT與CB[7]、CB[8]的包結常數分別為958和1530 L/mol。

實驗表明， SCT與CB[7]、CB[8]的作用比均為1∶1。由于CB[8]的空腔及端口較CB[7]大， 因此CB[8]與SCT相互作用時允許更多的基團進入到其空腔。其包結物較穩定， 包結常數在200～10000 L/mol之間時，則有利于釋放和增加生物利用度。 因此， CB[7]和CB[8]是枸櫞酸西地那非的潛在緩釋劑。

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Interaction of Cucurbit[n]uril（n＝7，8） with

Sildenafil Citrate Using .1H NMR

YANG Chun-Xue， ZHU Wei-Guo， JIANG Song， LI Xin-Jian， ZOU Da-Peng.*

（Department of Chemistry， Key Laboratory of Chemical Biology and Organic Chemistry of Henan Province，

Zhengzhou University， Zhengzhou 450052， China）

Abstract The host-guest chemistry of systems containing Sildenafil Citrate （denoted as SCT） and cucurbit［n］uril （denoted as CB［n］， n＝7，8） was investigated by .1H NMR， ESI-MS， IR， and UV-vis spectra. The results revealed that the sildenafil citrate guest and CB［n］（n＝7，8） host could form a stable 1∶1 （molar ratio） inclusion complex， in which the position of CB［n］（n＝7，8） was different due to the size of their cavity. The inclusion constant of sildenafil citrate with CB［7］ and CB［8］ was 958 L/mol and 1530 L/mol， respectively. The binding constant which located from 10.2 L/mol to 10.3 L/mol indicates that CB［7］ and CB［8］ could be used as a potential slow-released agent.

Keywords Cucurbit［n］uril; Sildenafil sitrate; Inclusion complex; Interreaction model; Nulear magnetic resonance technique

（Received 27 July 2011; accepted 23 September 2011）