楊梅素溶解度測(cè)定與關(guān)聯(lián)

于 帥，程 燕，薛富民，李賽鈺，李 劍，郝郁文，劉玉智，孫蕓蕓

(1.齊魯工業(yè)大學(xué)(山東省科學(xué)院) 山東省分析測(cè)試中心，山東 濟(jì)南 250014；2.山東藍(lán)城分析測(cè)試有限公司，山東 濟(jì)南 250102)

楊梅素(CAS號(hào)：529-44-2，分子式C15H10O8)，又名楊梅黃酮，屬于黃酮類藥物，其結(jié)構(gòu)式如圖1所示。楊梅素為黃色針狀晶體，多存在于蔬菜、水果、草藥中。由于楊梅素具有抗氧化性，其常被應(yīng)用于食品和藥物中，此外，研究表明楊梅素還具有抗病毒、抗菌作用和抗癌功效[1-2]。

圖1 楊梅素分子結(jié)構(gòu)式Fig.1 Molecular formula of myricetin

結(jié)晶過(guò)程工藝條件的選取對(duì)于產(chǎn)物的性質(zhì)具有重要的影響，溶解度數(shù)據(jù)則是尋找結(jié)晶操作空間的重要前提。由于楊梅素溶解性較差，目前對(duì)于楊梅素溶解度的報(bào)道非常少。本文對(duì)楊梅素在純?nèi)軇┲械娜芙舛冗M(jìn)行了測(cè)定和關(guān)聯(lián)，為后期楊梅素結(jié)晶過(guò)程的優(yōu)化提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)試劑與儀器

實(shí)驗(yàn)試劑包括楊梅素(純度大于99.5%)、正丙醇(AR)、正丁醇(AR)、異丁醇(AR)、仲丁醇(AR)、丙酮(AR)、甲醇(HPLC級(jí))和超純水(實(shí)驗(yàn)室超純水機(jī)制備)。

實(shí)驗(yàn)儀器包括超級(jí)恒溫水浴(寧波新芝生物科技股份有限公司，DC-2020，精確度為0.1 K)、磁力攪拌器(DLAB，MS-H-S)、夾套反應(yīng)器、分析天平(梅特勒，ME104)、高效液相色譜儀(HPLC，島津，LC-20AT，C18柱)、X射線粉末衍射儀(XRD，日本理學(xué)，D/max-rB)、熱分析儀(NETZSCH，SAT499F3-QMS403C)、真空干燥箱(上海一恒科學(xué)儀器有限公司，DZF-6050)等。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

楊梅素的溶解度測(cè)定采用HPLC法：將過(guò)量被測(cè)物放置于100 mL夾套反應(yīng)器中，向反應(yīng)器中加入80 mL初始溶劑，夾套中接通恒溫水浴(冷卻介質(zhì)為50% vol的乙二醇水溶液)，開(kāi)啟磁力攪拌，在某指定溫度下恒溫6 h(預(yù)實(shí)驗(yàn)已確定平衡時(shí)間)。之后停止攪拌使體系靜置1 h，用一次性醫(yī)用注射器吸取一定量的上清液，過(guò)0.22 μm有機(jī)相針式過(guò)濾器，之后迅速用移液槍移取一定量過(guò)濾后的溶液并用甲醇定容，通過(guò)液相色譜進(jìn)行溶解度測(cè)定。

用一次性膠頭滴管吸取每個(gè)溫度點(diǎn)的殘留固體，經(jīng)過(guò)濾、真空干燥后進(jìn)行XRD分析表征。本實(shí)驗(yàn)液相色譜條件為進(jìn)樣體積5～25 μL，檢測(cè)波長(zhǎng)為360 nm，流動(dòng)相甲醇∶水=85∶15，流速0.5 mL/min，柱溫為35℃。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中要保證每次測(cè)量的HPLC積分面積落在建模時(shí)面積范圍內(nèi)，本實(shí)驗(yàn)所建立的HPLC外標(biāo)模型的R2為0.9998，符合預(yù)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。

1.3 系統(tǒng)適用性驗(yàn)證

以槲皮素在水中的溶解度數(shù)據(jù)[3]作為對(duì)比，驗(yàn)證了本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的適用性，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與文獻(xiàn)數(shù)據(jù)的相對(duì)偏差均小于3.40%(公式5)，說(shuō)明本實(shí)驗(yàn)的方法符合溶解度測(cè)定的標(biāo)準(zhǔn)。

2 溶解度模型與計(jì)算方法

2.1 溶解度模型

2.1.1 van't Hoff 模型

van't Hoff 模型[4]是通過(guò)對(duì)數(shù)方程將溶解度與溫度關(guān)聯(lián)起來(lái)的

(1)

其中，x1為溶質(zhì)的摩爾分率溶解度，A和B為模型的參數(shù)，T是溶液的平衡溫度。

2.1.2 Apelblat模型

Apelblat模型[5]是根據(jù)固液平衡理論提出的，該半經(jīng)驗(yàn)方程可以表示為

(2)

其中x1為溶質(zhì)的摩爾分率溶解度，a,b和c為模型的參數(shù)，T是溶液的平衡溫度。由于修正項(xiàng)clnT的引入使得Apelblat模型具有了更廣泛的適用性。

2.1.3λh模型

λh模型是由Buchowski等人[6]提出的一個(gè)兩參數(shù)模型，其形式為

其中，x1為溶質(zhì)的摩爾分率溶解度，λ和h為模型的參數(shù)，T是溶液的平衡溫度，Tm為溶質(zhì)的熔點(diǎn)溫度。

2.2 計(jì)算方法

楊梅素的溶解度采用摩爾分率表示(x1):

其中m1和m2分別為溶質(zhì)和溶劑的質(zhì)量，M1和M2分別為溶質(zhì)和溶劑的相對(duì)分子質(zhì)量。

采用平均相對(duì)偏差 (Average Relative Deviation,ARD)對(duì)溶解度模型的擬合效果評(píng)估。

3 結(jié)果與討論

3.1 物質(zhì)表征

楊梅素在不同溶劑體系和溫度下殘余固體的XRD圖譜均與圖2(a)相同，說(shuō)明在測(cè)定的溶劑體系中溶質(zhì)未發(fā)生晶型轉(zhuǎn)化。楊梅素的差式掃描熱分析如圖2(b)所示，熔點(diǎn)在620 K左右。

圖2 (a) 楊梅素X射線粉末衍射圖，(b) 楊梅素差式掃描熱圖Fig.2 (a) XRD pattern of myricetin,(b) DSC curve of myricetin

3.2 溶解度

表1 楊梅素在五種純?nèi)軇┲腥芙舛葦?shù)據(jù) (0.1 MPa)aTable 1 The solubility data of myricetin in five pure solvents (0.1 MPa)a

注：a溫度的不確定度u(T)=0.5 K，壓力的不確定度u(P)=5 kPa，溶解度測(cè)量的不確定度ur(xA)=0.01。

預(yù)實(shí)驗(yàn)中采用了水、甲醇、乙醇、正丙醇、異丙醇、正丁醇、異丁醇、仲丁醇、丙酮、乙腈、甲苯、DMF、DMSO作為溶劑。發(fā)現(xiàn)在乙醇中楊梅素溶解度很大，在測(cè)定過(guò)程中會(huì)形成膠體狀物質(zhì)；在水、異丙醇、甲苯中溶解度極小，所測(cè)得的數(shù)據(jù)無(wú)規(guī)律；在甲醇、乙腈中楊梅素發(fā)生了晶型轉(zhuǎn)化；在DMF和DMSO中溶質(zhì)變質(zhì)且與溶劑形成了膠狀物質(zhì)。所以，最終確定的實(shí)驗(yàn)溶劑為正丙醇、正丁醇、異丁醇、仲丁醇和丙酮。楊梅素在以上五種溶劑中的溶解度如表1所示，在實(shí)驗(yàn)選取的純?nèi)軇┲校瑮蠲匪厝芙舛染S著溫度的上升而增大。在溫度小于298.15 K時(shí)，不同溶劑中溶解度順序?yàn)橹俣〈?正丙醇>異丁醇>丙酮>正丁醇；在溫度大于等于298.15 K時(shí)，不同溶劑中溶解度順序?yàn)橹俣〈?正丙醇>異丁醇>正丁醇>丙酮；而溶劑的極性順序?yàn)檎?61.7)>正丁醇(60.2)>異丁醇(55.2)>仲丁醇(50.6)>丙酮(35.5)[7]，說(shuō)明極性并不是影響楊梅素溶解度的唯一因素，楊梅素中含有多個(gè)羥基并且含有雙鍵和苯環(huán)結(jié)構(gòu)，其與溶劑分子間的相互作用力以及氫鍵都會(huì)影響溶質(zhì)的溶解度。

3.3 模型擬合

楊梅素的溶解度較低，采用傳統(tǒng)的重量法或動(dòng)態(tài)法測(cè)量溶解度是不合適的，本研究中采用的HPLC法可以更為精確地測(cè)定溶解度較小的物系的溶解度。分別用van't Hoff方程、Apelblat方程和λh方程對(duì)溶解度數(shù)據(jù)進(jìn)行了擬合，擬合曲線與數(shù)據(jù)點(diǎn)如圖3所示。擬合結(jié)果如表2所示，三種模型對(duì)楊梅素溶解度的擬合相關(guān)性較好，就ARD值而言，Apelblat方程的平均相對(duì)偏差均小于0.37%，擬合效果要優(yōu)于van't Hoff方程和λh方程。原因是相比于van't Hoff方程，Apelblat方程存在一個(gè)clnT的修正項(xiàng)。

(a)van't Hoff 方程，(b) Apelblat方程，(c) λh方程 圖3 不同熱力學(xué)模型擬合的楊梅素溶解度圖 Fig.3 Solubility of myricetin fitted by different thermodynamic models 表2 在五種純?nèi)軇┲衯an't Hoff方程，Apelblat方程，與λh方程對(duì)楊梅素溶解度擬合的模型參數(shù)Table 2 Parameters for the van't Hoff,Apelblat and CNIBS/R-K models for the solubility of myricetin in five pure solvents

表2(續(xù))

4 結(jié)論

采用HPLC法測(cè)定了楊梅素在正丙醇、正丁醇、異丁醇、仲丁醇和丙酮五種純?nèi)軇┲械娜芙舛龋瑴y(cè)定的溫度范圍為283.15～308.15 K。發(fā)現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)選取的純?nèi)軇┲校瑮蠲匪厝芙舛染S著溫度的上升而增大。采用van't Hoff方程、Apelblat方程和λh方程對(duì)溶解度數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，Apelblat方程擬合效果最佳，其平均相對(duì)偏差均小于0.37%。該溶解度數(shù)據(jù)為楊梅素的結(jié)晶制備過(guò)程提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。