核磁共振方法研究瓜環(huán)[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(shù)、電噴霧質(zhì)譜、紅外光譜以及紫外吸收光譜法等手段研究了瓜環(huán)［n］（n＝7，8）與枸櫞酸西地那非的相互作用。結(jié)果表明： 枸櫞酸西地那非與兩種瓜環(huán)都形成了1∶1的包結(jié)配合物， 但是其配合物的作用模式隨瓜環(huán)的大小而不同。通過計算得出瓜環(huán)［n］（n＝7，8）與枸櫞酸西地那非的包結(jié)常數(shù)分別為958和1530 L/mol， 說明瓜環(huán)對枸櫞酸西地那非具有潛在的緩釋作用。

關(guān)鍵詞 瓜環(huán)； 枸櫞酸西地那非； 包結(jié)配合物； 作用模式； 核磁共振技術(shù)

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(lǐng)域的新發(fā)展。該領(lǐng)域研究活躍， 發(fā)展迅速， 是一個充滿活力的新興交叉學科領(lǐng)域[1，2]。瓜環(huán)（Cucurbit[n]urils， n＝5～8， 10， CB[n]）[3～6]作為一類新型具有特定內(nèi)腔的穴狀化合物已成為超分子藥物化學中備受關(guān)注的新主體化合物， 在藥物的轉(zhuǎn)運、吸附或緩釋、定點靶向給藥、改善藥物的藥代動力學性質(zhì)、提高生物利用度和療效等方面應(yīng)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(fā)治療心血管疾病藥物時意外發(fā)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(shù)以延長其藥效。本研究運用核磁技術(shù)[12]、電噴霧質(zhì)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(tǒng)的研究， 為開發(fā)更多潛在的藥物緩釋劑奠定了理論基礎(chǔ)。

圖解1 瓜環(huán)[n]（n＝7，8）和枸櫞酸西地那非的結(jié)構(gòu)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(zhì)聯(lián)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(huán)[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(huán)的物質(zhì)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(jié)物; 另一份于瑪瑙研缽內(nèi)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(huán)， 配制一系列不同物質(zhì)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(huán)溶液， 用水定容，配制成系列不同主客體物質(zhì)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(jié)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(zhì)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(zhì)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(zhì)子進入到CB[7]的空腔內(nèi); 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(yīng)而處于瓜環(huán)端口外側(cè)。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(zhì)子處于CB[8]的空腔內(nèi)。 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(huán)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(jié)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(jù)主客體相關(guān)質(zhì)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(jù)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(zhì)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(zhì)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(jié)果進一步驗證了SCT與CB[7]及CB[8]只能形成1∶1的包結(jié)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(jié)構(gòu)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(huán)SCT和兩者的特征吸收峰， 是兩種物質(zhì)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(jié)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(jié)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(jié)后所處的微環(huán)境變化引起的， 進一步證實了包結(jié)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(zhì)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(huán)的加入而逐漸減弱。這說明主客體相互作用形成了包結(jié)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(nèi)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(jié)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(huán)的包結(jié)位置有差異， 這與.1H NMR譜的研究結(jié)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(jù)Hildebrand-Benesi法[15]， 利用方程1/ΔA＝b/（K［H］）＋b， （其中， ΔA為SCT加入瓜環(huán)前后吸光度的差值， K為包結(jié)穩(wěn)定常數(shù)， [H]為瓜環(huán)的濃度， b為常數(shù)）可以計算其包結(jié)常數(shù)， 并再次確定包結(jié)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(jié)常數(shù)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(jié)物較穩(wěn)定， 包結(jié)常數(shù)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。

References

1 LIU Yu， YOU Chang-Cheng， ZHANG Heng-Yi. Supermolecular Chemistry—Molecular Recognition and Assembly of Synthetic Receptors． Tianjin: Nankai University Press， 2001: 385～400

劉 育， 尤長城， 張衡益. 超分子化學—合成受體的分子識別與組裝. 天津: 南開大學出版社， 2001: 385～400

2 ZHOU Cheng-He， ZHANG Fei-Fei， GAN Lin-Ling， ZHANG Yi-Yi， GENG Rong-Xia. Science in China Series B:Chemistry， 2009， 39（3）: 208～252

周成合， 張飛飛， 甘淋玲， 張奕奕， 耿蓉霞. 中國科學B輯: 化學， 2009， 39（3）: 208～252

3 Lagona J， Mukhopadhyay P， Chakrabarti S， Isaacs L． Angew. Chem. Int. Ed.， 2005， 44（31）: 4844～4870

4 Kim J， Jung I S， Kim S Y，Lee E， Kang J K， Yamaguchi K， Kim K. J. Am. Chem. Soc.， 2000， 122（3）: 540～541

5 Ding Z J， Zhang H Y， Wang L H， Ding F， Liu Y. Org. Lett.， 2011， 13（5）: 856～859 

6 Xiao X， Liu J X， Fan Z F， Chen K， Zhu Q J， Xue S F， Tao Z. Chem. Commun.， 2010， 46（21）: 3741～3743

7 McInnes F J， Anthony N G， Kennedy A R， Wheate N J. Org. Biomol. Chem.， 2010， 8（3）: 765～773

8 YANG Xiao-Na， JIANG Song， LI Xin-Jian， ZHU Wei-Guo， KANG Jian-Xun， ZOU Da-Peng. Chem. J. Chinese Universities， 2010， 31（12）: 2425～2430

楊曉娜， 姜 松， 李新建， 朱衛(wèi)國， 康建勛， 鄒大鵬. 高等學校化學學報， 2010， 31（12）: 2425～2430



9 Wyman I W， Macartney D H. Org. Biomol. Chem.， 2010， 8（1）: 253～260

10 YANG Ji-Yuan， SHEN Ai-Zhuo， DU Li-Ming， LI Chang-Feng， WU Hao， CHANG Yin-Xia. Chinese J. Anal. Chem.， 2010， 38（12）: 1813～1816

楊吉元， 申愛卓， 杜黎明， 李常風， 吳 昊， 常銀霞. 分析化學， 2010， 38（12）: 1813～1816

11 DENG Shu-Min. National Journal of Andrology， 2008， 14（9）: 857～860

鄧庶民.中華男科學雜志， 2008， 14（9）: 857～860

12 Zou D P， Andersson S， Zhang R， Sun S G， kermark B， Sun L C. J.Org. Chem.， 2008， 73（10）: 3775～3783

13 Pérez E M， Snchez L， Fernndez G， Martin N. J. Am. Chem. Soc.， 2006， 128（22）: 7172～7173

14 Day A I， Arnold A P， Blanch R J， Snushall B. J. Org. Chem.， 2001， 66（24）: 8094～8100

15 Connors K A. Binding Constants. New York: Willy Press， 1987: 141～161

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）