蔗糖鐵中糖、鐵復(fù)合物降解特性研究

方 文，胡良明，湯傳飛，熊守軍

南京生命能科技開發(fā)有限公司，南京 210016

蔗糖鐵中糖、鐵復(fù)合物降解特性研究

方 文，胡良明，湯傳飛，熊守軍

南京生命能科技開發(fā)有限公司，南京 210016

本文基于酸性條件下蔗糖鐵復(fù)合物中糖、鐵解離，利用其反應(yīng)動(dòng)力學(xué)建立了其數(shù)學(xué)模型，并將不同溫度下反應(yīng)體系溶液濁度、pH值相關(guān)聯(lián)，計(jì)算出蔗糖鐵解離反應(yīng)的能量變化（ΔE）及游離糖緩沖系數(shù)（n）。結(jié)果表明：蔗糖鐵中糖、鐵的氫鍵鍵合特性，而對(duì)蔗糖鐵復(fù)合物類藥物的保存及其進(jìn)一步深加工等有一定的理論指導(dǎo)意義。

蔗糖鐵；糖鐵復(fù)合作用；pH；濁度；活化能；游離糖緩沖系數(shù)

糖-氧化鐵顆粒是目前臨床廣泛使用的一類靜脈補(bǔ)鐵劑，現(xiàn)常用品種有：右旋糖酐鐵、葡萄糖酸鈉鐵、蔗糖鐵等[1]。20世紀(jì)80年代，發(fā)現(xiàn)右旋糖酐鐵的嚴(yán)重副反應(yīng)，使得這一類產(chǎn)品在臨床上無法獲得足夠重視[2]。2000年以后，蔗糖鐵在美國(guó)成功獲批，因其快速高效、定位準(zhǔn)確、危險(xiǎn)性低的優(yōu)點(diǎn)，逐漸成為了靜脈補(bǔ)鐵劑的主流品種[3]。蔗糖鐵的成功臨床使用助推了糖-氧化鐵顆粒新品種開發(fā)，其相關(guān)基礎(chǔ)研究也逐漸成為熱點(diǎn)。

本文研究了氫離子作用下蔗糖鐵復(fù)合物解離過程，并使用反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的研究方法建立了其數(shù)學(xué)模型，將不同溫度下反應(yīng)體系溶液濁度、pH值進(jìn)行關(guān)聯(lián)，并進(jìn)而計(jì)算出蔗糖鐵酸降解反應(yīng)過程的能量變化（ΔEa）和游離糖緩沖系數(shù)（n）等參數(shù)，對(duì)蔗糖鐵結(jié)合力類型、性質(zhì)和分子穩(wěn)定性特性進(jìn)行了探討。本文為糖-氧化鐵納米顆粒的穩(wěn)定性研究提供了一個(gè)新的思路和方法。

1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和數(shù)學(xué)模型建立

蔗糖鐵是氫氧化鐵和蔗糖的復(fù)合物，結(jié)構(gòu)式見圖1。

在蔗糖鐵酸降解過程中，隨著鹽酸的加入，氫離子會(huì)進(jìn)攻蔗糖鐵分子（I）中的糖-鐵結(jié)合鍵，而造成結(jié)合鍵斷裂，蔗糖分子擺脫鐵核的束縛，形成一個(gè)自由的蔗糖分子（G），并同時(shí)形成一個(gè)丟失了一個(gè)蔗糖分子（G）的降解蔗糖鐵分子（I1）。隨著鹽酸不斷加入，蔗糖鐵溶液的pH持續(xù)下降，溶液中氫離子濃度不斷增加，上述過程重復(fù)進(jìn)行，溶液中逐步出現(xiàn)丟失2個(gè)、3個(gè)乃至i個(gè)蔗糖分子的降解蔗糖鐵分子（I2、I3…Ii）。見圖2。

圖1 蔗糖鐵結(jié)構(gòu)式

而蔗糖鐵丟失蔗糖分子的數(shù)量，決定了其在溶液體系中的溶解性，當(dāng)蔗糖鐵丟失蔗糖分子個(gè)數(shù)達(dá)到某臨界值n時(shí)，其產(chǎn)生的降解蔗糖鐵分子（In）變成了不溶性分子，從而引起溶液濁度增加，這個(gè)濁度的變化可以用濁度儀測(cè)得[3-4]。以上所述臨界值n代表了蔗糖鐵分子對(duì)抗氫離子攻擊的緩沖能力，也反映了蔗糖鐵從可溶物質(zhì)轉(zhuǎn)換成不溶性分子的緩沖能力，一定程度上表征了蔗糖鐵的分子穩(wěn)定性，此處定義為游離糖緩沖系數(shù)。

以上過程是多步反應(yīng)過程，不同pH下的蔗糖鐵溶液的濁度和溶液中的氫離子濃度存在定量關(guān)系[3]：

其中，N為溶液濁度，n為游離糖緩沖系數(shù)，[I]為蔗糖鐵濃度，[G]為游離蔗糖濃度mol·L-1，K′為表觀平衡常數(shù)，α為濁度儀常數(shù)。

由式（1），測(cè)定若干點(diǎn)的pH和溶液濁度值就可以求算出游離糖緩沖系數(shù)n。

而根據(jù)蔗糖與鐵核心結(jié)合鍵的均一性，和阿倫尼烏斯公式lnk=lnA-Ea/RT及式（2）可得：

其中k為速率常數(shù)，A為頻率因子，R為摩爾氣體常量，T為熱力學(xué)溫度，Ea為表觀活化能。

可見β是溫度的函數(shù)，測(cè)定不同溫度下的游離糖緩沖系數(shù)n和lnβ，并對(duì)作圖，可以求得ΔEa的值，而ΔEa的大小和正負(fù)對(duì)于認(rèn)識(shí)蔗糖鐵糖鐵結(jié)合力類型和性質(zhì)具有一定的意義。

2 材料和方法

2.1 實(shí)驗(yàn)樣品和試劑

森鐵能蔗糖鐵注射液[批號(hào)：130403，規(guī)格為5 mL∶100 mg（鐵），由南京恒生制藥有限公司生產(chǎn)]；鹽酸（500 mL/瓶，南京化學(xué)試劑有限公司生產(chǎn)）。

2.2 實(shí)驗(yàn)儀器

濁度儀：型號(hào)wgz-100，上海昕瑞儀器儀表有限公司；pH計(jì)：PB-10賽多利斯公司；恒溫槽（循環(huán)水浴型號(hào)SC-5，寧波新科生產(chǎn)，與控溫模塊SD-6相連，精度為±0.2℃）。

2.3 實(shí)驗(yàn)方法

加蔗糖鐵注射液1 g至300 mL燒杯中加水200 mL稀釋。分別控制溶液溫度0、10、20、25、30、40、50℃，溫度穩(wěn)定后，向持續(xù)攪拌的蔗糖鐵溶液中滴加0.1 mol·L-1的鹽酸溶液，測(cè)定不同pH處的溶液濁度。

3 結(jié)果和討論

3.1 數(shù)據(jù)擬合和游離糖緩沖系數(shù)求算

將試驗(yàn)測(cè)得的濁度值取以10為底的對(duì)數(shù)，并對(duì)pH做最小二乘擬合，得到不同溫度下的lgN= -npH+lgβ擬合方程（見圖3），相關(guān)參數(shù)見表1。

圖3 不同溫度下的pH和濁度N的擬合關(guān)系曲線圖

表1 不同溫度下線性方程的系數(shù)

根據(jù)以上結(jié)果，一定溫度下，蔗糖鐵溶液pH和濁度N的對(duì)數(shù)值呈一次函數(shù)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)均大于0.98，這說明本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和數(shù)學(xué)模型能夠較好地描述蔗糖鐵的酸降解過程，二者符合的較好。

另外，游離糖緩沖系數(shù)在293.15 K溫度附近其達(dá)到最大值，在此基礎(chǔ)上溫度增加或者降低，游離鐵緩沖系數(shù)均有所下降，這也說明蔗糖鐵對(duì)酸緩沖能力相對(duì)較優(yōu)溫度區(qū)間在20℃附近，在這個(gè)溫度區(qū)間蔗糖鐵具有較大的分子穩(wěn)定性。本研究結(jié)果對(duì)選擇蔗糖鐵存放溫度具有一定的指導(dǎo)意義，而產(chǎn)品蔗糖鐵注射液說明書中也載明本品不得冷凍，本研究成果從理論上說明了這個(gè)存儲(chǔ)條件的合理性。

而根據(jù)表2，同一批號(hào)相同濃度的蔗糖鐵溶液在pH 4.4條件下，不同溫度樣品的濁度存在一定的規(guī)律，即：在20℃～30℃溫度范圍附近其濁度相對(duì)較低，溫度更低或更高，其濁度均有所增加，這說明本文對(duì)溫度相關(guān)的蔗糖鐵穩(wěn)定性規(guī)律的推測(cè)具有一定合理性，但上述規(guī)律的準(zhǔn)確性和內(nèi)在機(jī)制還須進(jìn)一步考察。

表2 不同溫度和相同pH（4.4）條件下溶液濁度測(cè)定結(jié)果

3.2 ΔEa的求算

根據(jù)以上數(shù)據(jù)，不同溫度下的游離糖緩沖系數(shù)n和絕對(duì)溫度T倒數(shù)的乘積 n/T和對(duì)應(yīng)的lnβ呈一次函數(shù)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)r2大于0.98，這也從另一個(gè)方面說明本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和數(shù)學(xué)模型的合理性。

圖4 n/T和lnβ的關(guān)系曲線圖

4 結(jié) 論

4.1 一定溫度下，蔗糖鐵溶液pH和濁度N的對(duì)數(shù)值呈一次函數(shù)關(guān)系；不同溫度下的游離糖緩沖系數(shù)n和絕度溫度T倒數(shù)的乘積n/T和對(duì)應(yīng)的lnβ呈一次函數(shù)關(guān)系。上述函數(shù)關(guān)系相關(guān)系數(shù)r2均大于0.98，這說明本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和數(shù)學(xué)模型能夠較好地描述蔗糖鐵的酸降解過程，二者符合的較好。

4.2 蔗糖鐵對(duì)酸緩沖能力存在相對(duì)較優(yōu)溫度區(qū)間，這個(gè)溫度區(qū)間在20℃附近，在這個(gè)溫度區(qū)間蔗糖鐵具有較大的分子穩(wěn)定性，較高或較低的溫度均不利于本品的穩(wěn)定，這點(diǎn)與常見化合物在低溫下溶液較穩(wěn)定的情況存在一定的差異，也間接說明此糖鐵復(fù)合物結(jié)構(gòu)的特殊性。本文所述規(guī)律的準(zhǔn)確性和內(nèi)在機(jī)制還須進(jìn)一步深入研究。

4.3 蔗糖鐵在氫離子作用下脫掉蔗糖分子的反應(yīng)為放熱反應(yīng)，所放出的能量為23.7 kJ·mol-1，說明蔗糖與鐵核心的結(jié)合鍵為氫鍵；而且，上述結(jié)合鍵的斷裂在克服活化能壘后所到達(dá)的反應(yīng)終態(tài)其能量更低，這對(duì)進(jìn)一步認(rèn)識(shí)糖-氧化鐵顆粒的化學(xué)結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定性、酸解離過程具有一定的借鑒意義，對(duì)于藥物的保存溫度的選擇和蔗糖鐵制劑工藝的開發(fā)和優(yōu)化具有一定的指導(dǎo)意義。

[1]Horl WH.Clinical aspects of iron use in the anemia of kidney disease[J].J Am Soc Nephrol,2007,18(2): 382-93.

[2] Faich G,Strobos J.Sodium ferric gluconate complex in sucrose:Safer intravenous iron therapy than iron dextrans[J].Am J Kidney Dis,1999,33(3):464-70.

[3] 方 文，花傳政.一種測(cè)定鐵-碳水化合物絡(luò)合物濁點(diǎn)和游離糖緩沖系數(shù)的方法，中國(guó)專利：101710113B[P]. 2009-12-09.

[4] Nissim JA,Robson JM.Preparation and standardization of saccharated iron oxide for intravenous administration [J].Lancet,1949,1(6556):686-9.

[5] Structure and chemistry of iron-carbohydrate complexes used as parenteral preparations By Kudasheva,Dina Sergeyevna,Ph.D.,Polytechnic University,2003,140 pages;AAT3086395.

Study on Iron-saccharide Complex Degradation of Iron Sucrose

FANG Wen,HU Liang-ming,TANG Chuan-fei,XIONG Shou-jun
Nanjing Lifenergy R&D Co.Ltd,Nanjing 210016

Reaction kinetics of Iron-saccharide acid dissociation is studied.With the mathematical regression approach of turbidity and pH,reaction activation energy (ΔEa)and free sugar buffering coefficient (n)at different temperatures are obtained.Meanings of ΔEa and n on iron-sucrose complex bond characteristic and stability of iron sucrose molecule are discussed in detail.This paper provides a new study method on iron oxyhydroxide nanoparticles'chemical structure and stability,which can be used for the development of iron oxyhydroxide nanoparticle injection process and the determination of storage conditions.

Iron sucrose;Iron-saccharide complex bond;Turbidity;Activation energy;Free sugar cushioning coefficient;pH

R927.1

A

1673-7806（2015）01-039-03

方文，男，生物化工專業(yè)，現(xiàn)從事藥品研發(fā)工作E-mail:fwnj@163.com

2014-07-08

2014-08-14