β-環(huán)糊精、 羥丙基-β-環(huán)糊精對(duì)馬錢子堿的增溶作用及熱力學(xué)研究

潘 婭， 蔡文曦

（華南理工大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院， 綠色化學(xué)產(chǎn)品技術(shù)廣東省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 廣東 廣州 510640）

β-環(huán)糊精、 羥丙基-β-環(huán)糊精對(duì)馬錢子堿的增溶作用及熱力學(xué)研究

潘 婭， 蔡文曦

（華南理工大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院， 綠色化學(xué)產(chǎn)品技術(shù)廣東省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 廣東 廣州 510640）

目的 研究 β-環(huán)糊精 （β-CD）、 羥丙基-β-環(huán)糊精 （HP-β-CD） 對(duì)馬錢子堿的增溶作用， 采用熱力學(xué)方法考察溫度、 pH對(duì)包合反應(yīng)的影響。 方法 采用相溶解度法測(cè)定在不同溫度、 pH條件下 β-CD、 HP-β-CD對(duì)馬錢子堿溶解度、包合常數(shù)和熱力學(xué)性質(zhì)的影響。 結(jié)果 馬錢子堿的溶解度隨 β-CD、 HP-β-CD濃度的增加呈線性增加， 其相溶解度曲線均為 AL型， 可形成摩爾比為 1 ∶1 的穩(wěn)定包合物。 β-CD在中性條件下其包合常數(shù)及增溶作用較大， 而 HP-β-CD在酸性條件下包合常數(shù)及增溶解作用較大。 結(jié)論 β-CD、 HP-β-CD均對(duì)馬錢子堿有較好的增溶作用， HP-β-CD的包合作用要優(yōu)于 β-CD。

馬錢子堿； β-環(huán)糊精； 羥丙基-β-環(huán)糊精； 增溶； 熱力學(xué)

馬錢子是馬錢科植物馬錢 Strychnos nuxvomica L的成熟種子［1-2］，有散結(jié)消腫、通絡(luò)止痛之功效，馬錢子堿 （ brucine） 為吲哚類生物堿，是馬錢子的主要有效成分之一，具有顯著的鎮(zhèn)痛、抗炎、免疫抑制、關(guān)節(jié)修復(fù)等作用，是治療類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎的有效藥物［3］。 馬錢子堿在水中溶解性差 （ 室溫下水中的溶解度為 143 mg/L）， 其硫酸鹽、 鹽酸鹽在水中的溶解度也很小，口服給藥生物利用度低，盡管其藥理療效顯著，仍限制了其在臨床的運(yùn)用。環(huán)糊精是淀粉經(jīng)酶解環(huán)合后得到的環(huán)狀低聚糖化合物［4-5］， 能顯著改善藥物理化性 質(zhì)， 增加難 溶性藥物的溶解度和生物利用度，是一種新型的藥物載體。 其 中 β-環(huán) 糊 精 （ β-CD）、羥 丙 基-β-環(huán) 糊 精（HP-β-CD） 具有空洞適中、包合工藝簡(jiǎn)單、 價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，是近年來(lái)生產(chǎn)、應(yīng)用最多的藥用輔料。

本研究采用相溶解度法以 β-CD、HP-β-CD為包合材料對(duì)馬錢子堿進(jìn)行包合，研究其增溶作用及熱力學(xué)特征，為馬錢子堿劑型的合理選擇提供理論依據(jù)。

1 儀器與材料

DF-101B型集熱式恒溫磁力攪拌器 （鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司）； KQ5200DE型數(shù)控超聲波清洗器 （昆山市超聲儀器有限公司）； LSHZ-300型恒溫振蕩器 （太倉(cāng)市實(shí)驗(yàn)設(shè)備廠）； UV-2450 紫外分光光度計(jì) （日本島津公司）。

馬錢子堿 （ 瑞士 AIDRICH-SIGMA公司）； 馬錢子堿對(duì)照品 （中國(guó)食品藥品檢定研究院， 供含量測(cè)定用，批號(hào) 110706-200505）；β-環(huán)糊精、 HP-β-環(huán)糊精 （陜西省佳縣生物化學(xué)工業(yè)公司）； 其余試劑均為分析純。

2 實(shí)驗(yàn)與方法

2.1 馬錢子堿分析方法的建立

2.1.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線的建立 精密稱取重結(jié)晶 2 次的馬錢子堿 （純度 99.7%） 適量， 置于 25 mL的量瓶中，用甲醇溶解，并稀釋至刻度，搖勻，分別精密量取0.1、0.2、0.4、0.6、0.8、 1 mL至 10 mL量瓶中，加甲醇定容，以溶劑為空白，置于紫外分光光度計(jì)下， 于 254 nm處測(cè)定吸光度。 以馬錢子堿質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)，吸光度為縱坐標(biāo)進(jìn)行線性回歸， 得線性回歸方程：Y=27.014X+0.011 5， r= 0.999 3， 表明馬錢子堿在 0.001 ～0.010 mg/mL范圍內(nèi)線性關(guān)系良好。

2.1.2 精密度試驗(yàn) 分別吸取同濃度對(duì)照品溶液，重復(fù)測(cè)定 5 次， 結(jié)果 RSD為1.21%。

2.1.3 回收率試驗(yàn) 精密吸取馬錢子堿對(duì)照品適量， 加入等摩爾比的 β-CD、 HP-β-CD中， 加甲醇超聲溶解， 過(guò)濾， 取續(xù)濾液， 在波長(zhǎng) 254 nm處測(cè)定吸光度，計(jì)算回收率。結(jié)果加入 β-CD樣品溶液的平均回收率為 99.3% （n=5，RSD為 0.37%），加入 HP-β-CD樣 品 溶液的平均回收率 為 98.7%（n=5， RSD為0.59%），

2.2 β-CD、 HP-β-CD對(duì)馬錢子堿的增溶作用

2.2.1 相溶解度試驗(yàn)［6-7］精密稱取 β-CD、 HP-β-CD適量， 加蒸餾水分別配制成濃度為 0、 1、 2、4、 6、 8、 10 mol/L的溶液。 取上述溶液各 10 mL，加入過(guò)量的馬錢子堿，分別于25 ℃、 37 ℃、45 ℃水浴振蕩 （100 次 /min） 48 h。 飽和溶液離心， 取上清液用 0.45 μm微孔濾膜過(guò)濾， 取續(xù)濾液 1 mL于 10 m L量瓶中， 用甲醇溶液定容， 在 254 nm處測(cè)定吸光度， 以馬錢子堿濃度對(duì) β-CD、 HP-β-CD濃度作圖，繪制相溶解度圖，判斷兩者的包合比及包合類型。

2.2.2 pH值的影響 稱取 β-CD、 HP-β-CD適量加入 pH為 4.0、 6.8、 10.0 緩沖溶液中配制成濃度為 2、 4、 6、 8、 10 mol/L溶液。 取上述溶液各10 mL， 加入過(guò)量馬錢子堿， 置超聲波清洗器中，于 40 ℃下水浴振蕩 （100 次 /min） 48 h。 飽和溶液離心， 取上清液用 0.45 μm微孔濾膜過(guò)濾， 除去未溶固體。 取續(xù)濾液 1 mL于10 mL量瓶中， 用甲醇溶液定容， 在 254 nm處測(cè)定吸光度， 以馬錢子堿濃度為縱坐標(biāo)， β-CD、 HP-β-CD濃度為橫坐標(biāo)，繪制相溶解度圖，獲得回歸方程，研究不同pH值對(duì)包合常數(shù) Kc的影響。

3 結(jié)果與討論

3.1 包合比的確定 不同溫度下，β-CD、 HP-β-CD的相溶解度曲線如圖1所示。各溫度下，馬錢子堿的溶解度均隨著 β-CD、 HP-β-CD濃度的增加而增加，由相溶解度曲線判斷［9］，兩種包合體系類型均屬于 AL型， 表明馬錢子堿與 β-CD、 HP-β-CD分子均能以摩爾比 1 ∶1 的比例形成穩(wěn)定包合物［10-11］。

圖 1 不同溫度 A （β-CD）、 B （HP-β-CD） 的相溶解圖Fig.1 Phase solubility curves of A （ β-CD） 、 B （HP-β-CD） at different tem peratures

3.2 增溶倍數(shù)和包合常數(shù)的測(cè)定 包合平衡常數(shù)（Kc） 是衡量包合物穩(wěn)定性的重要參數(shù)［12］， Kc越大表明環(huán)糊精對(duì)藥物的穩(wěn)定作用越強(qiáng)， β-CD、HP-β-CD增大馬錢子堿溶解度的能力也越強(qiáng)。 不同溫度下馬錢子堿與 β-CD、 HP-β-CD的線性方程、 包合常數(shù) Kc、 增溶倍數(shù)見表 1。

表1 不同溫度下的回歸方程、 包合常數(shù)和增溶倍數(shù)Tab.1 Inclusion constants ofβ-CD and HP-β-CD inclusion com pound at different tem peratures

由表 1 可知， 隨著溫度的升高， Kc也隨之增大，表明升溫有利于包合過(guò)程的形成。溫度升高，馬錢子堿的溶解度也隨之增大［13］， 兩種環(huán)糊精對(duì)馬錢子堿的增溶能力依次為： HP-β-CD＞β-CD。

3.3 熱力學(xué)參數(shù)的測(cè)定 由線性回歸方程計(jì)算 β-CD、 HP-β-CD在不同溫度下的熱力學(xué)參數(shù)， 結(jié)果見表2。

表 2 β-CD、 HP-β-CD包合物的熱力學(xué)參數(shù)Tab.2 Thermodynam ic parameters ofβ-CD and HP-β-CD inclusion com pound

由結(jié)果可知， β-CD、 HP-β-CD的 ΔH均大于零，表明包合反應(yīng)均為吸熱反應(yīng)，在不同溫度下隨著溫度的升高， β-CD、 HP-β-CD形成包合物的包合常數(shù)均增大，表明升溫有利于包合物的形成，制備包合物時(shí)可以選擇較高的溫度進(jìn)行包合。 ΔG＜0， 表明在恒溫恒壓條件下， 包合反應(yīng)均是自發(fā)進(jìn)行的， 且 ΔH＞0， ΔS ＞0，說(shuō)明包合反應(yīng)是一個(gè)熵效 應(yīng) 驅(qū) 動(dòng) 的 過(guò) 程［14-15］。 β-CD、 HP-β-CD 相 比，HP-β-CD的包合常數(shù)比 β-CD的大， 表明 HP-β-CD形成的包合物穩(wěn)定性更好，說(shuō)明疏水作用在包合過(guò)程中起重要的作用。

3.4 pH值對(duì)包合常數(shù)的影響 不同 pH條件下，β-CD、 HP-β-CD的相溶解度曲線如圖 2 所示。 各pH條件下， 馬錢子堿的溶解度均隨著 β-CD、 HP-β-CD濃度的增加而增大， 由相溶解度曲線判斷，兩種包合體系類型均屬于 AL型， 表明馬錢子堿與β-CD、 HP-β-CD分子均以摩爾比 1 ∶1 的比例進(jìn)行包合。

由相溶解度曲線計(jì)算不同pH條件下馬錢子堿與 β-CD、 HP-β-CD形成包合物的線性方程、 包合常數(shù)及增溶倍數(shù)見表3。

圖 2 不同 pH A （β-CD）、 B （HP-β-CD） 的相溶解圖Fig.2 Phase solubility curves of A （ β-CD） 、 B （ HP-β-CD） at d ifferent pH values

表 3 不同 pH下包合物的包合常數(shù)和增溶倍數(shù)Tab.3 Inclusion constants and solubilitization of inclusion compound at different pH values

從結(jié)果可知， 馬錢子堿在 β-CD低 pH溶液中反應(yīng)包合常數(shù) Kc值較小， 包合作用較弱， 在 pH6.8的 Kc值比 pH10 時(shí)大， 表明在中性環(huán)境下 β-CD與馬錢子堿形成包合物最穩(wěn)定，偏酸或偏堿都不利于馬錢子堿的包合過(guò)程。 而 HP-β-CD則相反， 其在pH 4 時(shí)， Kc值最大， 其溶解度隨 pH的增加而減小，表明偏酸性環(huán)境有利于包合物的生成，其原因可能與馬錢子堿的解離狀態(tài)相關(guān)， 在pH 4環(huán)境中，客體分子是電中性的， 而在 pH 10 時(shí)， 是負(fù)離子態(tài)的， HP-β-CD的疏水腔能與中性客分子牢固結(jié)合，而與負(fù)離子分子的結(jié)合力較弱。

4 討論

HP-β-CD是 β-CD的衍 生 物， 與 β-CD相比，具有水溶性好、熱穩(wěn)定性高，易與生物環(huán)境相容，不易引起溶血等優(yōu)點(diǎn)，是性能優(yōu)良的藥用輔料。本實(shí)驗(yàn)將 β-CD、 HP-β-CD與難溶性藥物馬錢子堿包合制備包合物，由相溶解度曲線可知，兩者均可與馬錢子堿形成摩爾比為1∶1的包合物， 其相溶解度圖類型均為 AL型， 隨溫度的升高能提高馬錢子堿的溶解 度， 其增溶能力表現(xiàn) 為： HP-β-CD＞β-CD。 而不同 pH對(duì)兩者的影響不同， β-CD在中性環(huán)境下其包合作用最穩(wěn)定， 而 HP-β-CD則是在酸性環(huán)境下包合作用最穩(wěn)定，隨 pH的增加其 Kc值降低，其原因可能與馬錢子堿的解離狀態(tài)相關(guān)，分子態(tài)比離子態(tài)更容易包合。由熱力學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，在不同溫度下， ΔG＜0， 表明在包合反應(yīng)均是自發(fā)反應(yīng)。

［ 1 ］ 徐金華， 陳 軍， 蔡寶昌.馬錢子堿的研究進(jìn)展［J］.中國(guó)新藥雜志， 2009， 18（3）： 213-217.

［ 2 ］ 匡海學(xué).中藥化學(xué)［M］.北京： 中國(guó)中醫(yī)藥出版社， 2003：358-359.

［ 3 ］ 雷載權(quán).中藥學(xué)［M］.上海： 上海科學(xué)技術(shù)出版社， 1995：215-216.

［ 4］ 何仲貴.環(huán)糊精包合物技術(shù)［M］.北京： 人民衛(wèi)生出版社， 2008： 69-70.

［ 5 ］ Tsuneji N.Developments in cyclodextrin app lications in drug formulations［ J］ .J Inclusion Phenom， 1987， 4（5） ： 29-38.

［6］ 陳 卉.陳燕忠.謝清春，等.相溶解度法研究?jī)煞N不同類型環(huán)糊精對(duì)吲達(dá)帕胺的包合作用［J］.中國(guó)藥師， 2012，15（9）： 1281-1283.

［7］ 鄧 媛，毛 勇，李 皎，等.相溶解度法研究環(huán)糊精對(duì)納他霉素的包合作用［J］.食品工業(yè)科技， 2011， 32（3）：181-184.

［ 8 ］ Brewster M E， Simpkins JW， Hora M S， et al.The potential use of cyclodextrins in parenteral formulations［ J］ .J Parent Sci Tech， 1989， 4（5） ： 234-240.

［ 9 ］ Takeru H， Kenneth A.Connors phase-solubility techniques［J］ .Adv Anal Chem Instr， 1965， 4： 117.

［10 ］ 馬君義， 張 繼， 李佳佳， 等.β-羥丙基-環(huán)糊精對(duì)高烏甲素的包合作用及其熱力學(xué)穩(wěn)定性［J］.西北師范大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版， 2012， 48（4）： 66-70.

［11］ 王 釗， 王 欣， 楊 靜， 等.磺丁基-β-環(huán)糊精與齊墩果酸的熱力學(xué)穩(wěn)定性研究 ［ J］.中國(guó)藥師， 2013， 16 （5 ）：635-638.

［12］ 王亞娜， 孫俊梅， 余麗麗， 等.環(huán)糊精及衍生物/藥物包合常數(shù)的測(cè)定方法及其應(yīng)用 ［ J］.藥學(xué) 進(jìn)展， 2004， 28（1）： 23-28.

［13］ 陳 軍， 李 磊， 祁 艷， 等.羥丙基-β-環(huán)糊精對(duì)馬錢子堿貼膏劑藥劑學(xué)性質(zhì)的影響［J］.中草藥， 2012， 43（11）：2168-2172

［14］ 馬君義， 王寶生， 黃玉龍， 等.羥丙基-β-環(huán)糊精對(duì)百里香揮發(fā)油包合作用的研究［J］.食品工業(yè)科技， 2013， 34（1）： 258-262.

［15］ Wen C， Li JY， Shui X M， et al.Crassicauline A/β-cyclodextrin host-guest system： Preparation， characterization，inclusion mode， solubilization and stability［ J］.Carbohydr Poly， 2011， 84（4） ： 1321-1328.

Solubilization and thermodynam ics of brucine w ith β-cyclodextrin and hydroxypropyl-β-cyclodextrin

PAN Ya， CAIWen-xi
（School of Chemistry and Chemical Engineering， South China University of Technology， Guangzhou 510640， China）

brucine； β-cyclodextrin； hydroxypropyl-β-cyclodextrin；solubilization； thermodynamics

R944.9

： A

： 1001-1528（2014）03-0506-05

10.3969/j.issn.1001-1528.2014.03.013

2013-05-18

國(guó)家自然科學(xué)基金 （81001648）； 中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金 （2009ZM0137、 2012ZZ0045）； 國(guó)家大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃 （2010 年）； 廣東省大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃 （2011 年）

潘 婭 （ 1976—）， 女， 博 士， 講 師， 主 要 從 事 藥 物 新 劑 型 與 新 技 術(shù) 的 研 究。 Tel： （ 020 ） 87110234， E-mail： tanpy@ scut.edu.cn