β-環糊精對甲硝唑包合作用的熱力學研究

張亞安，豐久彪，季明星，周晶，徐瀅，任麗萍

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-環糊精對甲硝唑包合作用的熱力學研究

張亞安，豐久彪，季明星，周晶，徐瀅，任麗萍

（東南大學 成賢學院，江蘇 南京 210088）

采用Job′s法測定甲硝唑與-環糊精的包合比，并通過相溶解度法研究不同溫度下-環糊精與甲硝唑的包合常數、增溶倍數和熱力學函數．結果表明，甲硝唑與-環糊精包合比為1∶1，在不同溫度下，相溶解度圖呈現AL型，而包合常數和增溶倍數均隨著溫度升高而減小，包合過程的熵變、焓變及自由能變化均為負值，說明包合反應自發進行的放熱反應，焓變是包合反應的主要驅動力．

-環糊精；甲硝唑；相溶解度法；熱力學函數

-環糊精（-Cyclodextrin，-CD）含有7個葡萄糖單元，葡萄糖單元的氧原子以及C-3和C-5上的碳原子構成了環糊精的內表面，而外表面是由C-2，C-3及C-6上的羥基構成．因此，其有著內緣疏水外緣親水的特性[1]．利用這一性能來制備包合物可以改善藥物水溶性，減小藥物毒副作用和提高生物利用度等．甲硝唑（Metronidazole，MNZ）抗厭氧菌的范圍廣，殺菌力強，主要用于治療或預防厭氧菌引起的系統或局部感染，治療破傷風常與破傷風抗毒素聯用，但其穩定性比較差，微溶于水，味道苦澀，限制了藥物的應用．雖已有文獻報道[2-3]將MNZ與-CD制成包合物改變上述缺點，但有關-CD對MNZ包合作用機制的研究很少．本文測定-CD對MNZ包合反應的包合比、穩定常數及熱力學函數，通過對這些函數的分析進一步探討了包合過程．

1實驗部分

1.1儀器與試劑

UV-1100紫外可見分光光度計（上海美譜達儀器有限公司）；JA2003電子分析天平（上海精密科學儀器有限公司）；智能恒溫控溫儀（鞏義市英峪高科技儀器廠）；DL-120超聲波儀器（浙江象山縣石浦海天電子儀器廠）；甲硝唑（武漢紐拜爾醫藥科技有限公司）；-環糊精 （中國醫藥集團上海化學試劑公司）；其它試劑均為分析純．

1.2分析方法的建立

1.2.1測定波長的選擇精密測取MNZ對照品15 mg于100 mL容量瓶中，以0.1 mol/L鹽酸溶液溶解定容，搖勻作為標準溶液．精密測取標準液5.0 mL于50 mL容量瓶中，以0.1 mol/L鹽酸溶液稀釋至刻度，搖勻．按照分光光度法在200~400 nm范圍內進行掃描，從掃描結果可以得出甲硝唑最大吸收波長為277 nm，而-CD無吸收峰，故選擇277 nm為MNZ測定波長．

1.2.2標準曲線的建立精密量取標準溶液0，2.0，4.0，6.0，8.0，10.0 mL于50 mL容量瓶中，以0.1 mol/L鹽酸溶液稀釋至刻度，搖勻，以0.1 mol/L鹽酸溶液為空白，在最大波長277 nm處測定吸光度，通過線性回歸得到標準曲線方程，=22.495+0.00457（=0.9997，=5），其中：為吸光度；為質量濃度．

1.3Job′s法測定-CD與MNZ的包合比

采用Job′s法[4-5]將濃度為2×10-5mol/L的-環糊精、MNZ標準溶液按一定體積比混合，混合時保持兩者的濃度之和為2×10-5mol/L．測定混合溶液在277 nm處的吸光度，同時測定對應相同濃度的MNZ溶液的吸光度，計算兩者吸光度之差，值最大時對應的摩爾比即為包合比．

1.4相溶解度圖的繪制

分別配制濃度為0，5，10，20，40，60 mmol/L的-CD溶液，在配制好的溶液中分別加入過量的MNZ，然后將配制的各個樣品超聲震蕩5 min，之后分別在25，35，45 ℃的溫度下水浴攪拌24 h[6]2381．攪拌結束后，用0.8 μm微孔濾膜進行過濾，將溶液稀釋適當倍數后在波長277 nm測定各組的吸光度，并將測定的吸光度帶入標準曲線方程，求出對應的MNZ樣品濃度．以-CD濃度為橫坐標，MNZ的濃度為縱坐標，繪制相應的相溶解度曲線．

2結果與討論

2.1MNZ與-CD包合比的測定

圖1　β-CD與MNZ摩爾比對的影響

2.2相溶解度圖的分析

2.2.1穩定常數的計算MNZ在-CD相溶解度見圖2．由圖2可見，在25，35，45 ℃下，MNZ在-CD中的相溶解度曲線為AL型[7]74，表明MNZ與-CD以1∶1的比例進行包合，這與包合比的測定結果一致．

圖2　MNZ在β-CD相溶解度

以MNZ的溶解度對-CD濃度進行線性回歸，得到回歸方程．根據回歸方程計算出不同溫度下穩定常數C，得出表1，計算公式為：C=斜率/[截距·（1-斜率）][6]2381．

表1　MNZ在不同溫度下的穩定常數Kc

2.2.2-環糊精在不同溫度下對甲硝唑的增溶作用MNZ被-CD包合后，溶解度都有所增加（見圖2），說明形成-CD對MNZ具有增溶作用[7]74，經實驗測得MNZ在25，35，45 ℃水中的溶解度分別為0.387，0.729，0.901 mmol/L，則25，35，45 ℃時不同濃度的-CD對MNZ的增溶效果見表2．由表2可見，在同溫下，增溶作用隨-CD濃度的增加而增加；在相同主體濃度下，溫度升高，仍然是增溶，但是增溶效果卻有所下降．

表2　25，35，45 ℃時不同濃度的β-CD對MNZ的增溶效果

2.3熱力學函數的研究

表3　β-CD對MNZ包合過程的熱力學函數

由表3可見，MNZ在不同溫度-CD溶液反應中包合物穩定常數隨溫度的升高而降低．在包合反應中，說明包合反應是自發進行的反應；，說明整體能量下降，表明MNZ被-CD包合后能夠使兩者形成的包合物比原料藥更加穩定，也說明該反應為放熱反應．因此，溫度升高不利于放熱反應的進行，而導致包合常數降低，形成的包合物的穩定性也隨溫度升高而降低．表明包合物形成以后，整個體系的有序性增加，推測可自由運動的MNZ分子進入-CD分子空腔后，自由運動受到限制，故熵值變小，說明焓變是包合反應的主要驅動力[8]．

3結論

本文利用相溶解度圖分析甲硝唑與-CD的包合作用，得出相溶解度曲線為AL型，確定兩者的包合比為1∶1，與Job′s法所得結果一致．并得知包合物的穩定常數隨溫度的增加而減小，且低溫時增溶倍數較高溫時大．計算得出熱力學函數，和均小于零，從而得出包合過程是一個放熱的自發反應，且升高溫度不利于包合反應的發生．

[1] 劉紅．-環糊精衍生物的包合作用及緩釋性能研究[D]．西安：西北大學，2011

[2] 王霄，馬偉偉，楊利敏．正交實驗法制備甲硝唑--環糊精包合物[J]．新鄉醫學院學報，2010，27（5）：450-452

[3] 郭留城，杜利月，王飛．甲硝唑--環糊精包合物的制備及鑒定[J]．國際醫藥衛生導報，2014，20（19）：3010-3012

[4] Keisuke Y，Hideo O，Yoshihisa M，et al．Complexation of a disulfide-linked-cyclodextrin dimer with 1-alkanols [J]．Journal of Molecular Structure，2008，819（1-3）：420-422

[5] 楊克迪，彭盼，葛利，等．-環糊精對葉酸的包合作用研究[J]．高校化學工程學報，2011，25（4）：699-702

[6] 陳圓圓，劉佳佳，唐課文．-環糊精與佐司匹隆包合作用研究[J]．光譜學與光譜分析，2008，28（10）：2380-2382

[7] 李獻文．相溶解度法研究羥丙基--環糊精包合撲熱息痛的熱力學性質[J]．高師理科學刊，2014，34（1）：73-75

[8] 李瀟，洪海龍，陳秋月，等．羥丙基--環糊精與格列齊特包結作用的熱力學研究[J]．廣州化工，2015（18）：58-59

Study on the complexation thermodynamics of the-cyclodextrin with metronidazole

ZHANG Ya-an，FENG Jiu-biao，JI Ming-xing，ZHOU Jing，XU Ying，REN Li-ping

（School of Chengxian，Southeast University，Nanjing 210088，China）

The molar ratio of metronidazole with-CD were investigated by Job′s method．The thermodynamic parameters and stability constants during the inclusion process were investigated by the phase solubility method at different temperatures．It was suggested that complexation should be formated in solution at 1∶1 molar ratio．The phase diagram was ALtype．The stability constants and the solubilities decrease with the temperature increasing．，，were all of negative value，illustrating the complexation of metronidazole with-CD is enthalpy driven which could proceed spontaneously along with the release of heat．

-cyclodextrin；metronidazole；phase-solubility method；thermodynamic parameters

1007-9831（2016）07-0049-03

R914.4

A

10.3969/j.issn.1007-9831.2016.07.012

2016-04-15

江蘇省高等學校大學生實踐創新訓練計劃項目（scx1623）；東南大學成賢學院教學改革項目（1101300341）

張亞安（1984-），女，江蘇南京人，講師，碩士，主要從事藥物化學方面的研究．E-mail：yaanamm@126.com