氧化槐果堿溶解行為之熱力學研究

張澎釗

摘 要：在常壓，298.15 K條件下，用RD 496-CK 2000 微量量熱計測量氧化槐果堿在蒸餾水中的溶解焓，得到氧化槐果堿在蒸餾水中的微分和積分溶解熱，建立熱量與溶質的量之間的關系式，由動力學方程知其溶解過程為一級反應，在吸熱過程中半衰期t=66.48 min，摩爾焓變△H=-4.28 KJ·mol-1，吉布斯自由能△G =94.48 KJ·mol-1，摩爾熵變△S=-331.24 J·mol-1·K-1;在放熱過程中，半衰期t=60.04 min，摩爾焓變△H=10.40 KJ·mol-1，摩爾吉布斯自由能△G=224.79 KJ·mol-1，摩爾熵變△S= -719.06 J·mol-1·K-1 。

關鍵詞：熱力學;動力學;溶解;氧化槐果堿

1. 引言：

藥用植物是人類生存與發展的重要自然資源。我國藥用植物資源豐富，有記載的藥用植物11020種，隸屬于383科，2313屬，約占藥用植物資源總數的87%，是植物藥種植和出口大國。

苦參是一種常用的中藥材，主要產于我國山西，河南，河北及西北各省。臨床研究也證實，苦參含有多種化學成分，如苦參堿，氧化苦參堿，N-氧化槐根堿，槐定堿，并都具有廣泛的生物活性，其中苦參中70%左右為氧化苦參堿[1]。氧化槐果堿是苦參苦豆子等豆科植物中的生物堿[2]，是這些中草藥的有效成分，藥理作用較廣，能升高白細胞數，加強機體免疫力，而起抗痢疾桿菌，皮膚真菌，滴蟲等感染的作用。

氧化槐果堿是槐果堿的氮氧化物，在水、甲醇、乙醇、氯仿、苯等溶劑中溶解性較好，難溶于乙醚，水合物熔點162℃-163℃，無水物C15H22N2O2 為207℃，分子量：364.36，形狀：白色或類白色結晶性粉末，無臭、味苦。

氧化槐果堿可溶于多種有機溶劑和水中，本次實驗采用微熱量熱法，只研究了在298.15 K下其在蒸餾水中的溶解，經計算得出其溶解過程的動力學方程和熱力學數據。

2. 實驗

2.1 試劑

氧化槐果堿：寶雞市方晟生物科技開發有限公司;蒸餾水

2.2 儀器及條件

RD 496微量量熱計（四川綿陽中物熱分析有限公司）;CK 2000測控儀（四川綿陽中物熱分析有限公司）;AB 135-S電子天平。

2.3 實驗條件

在常壓及298.15 K條件下，分別取質量為10.20 mg、11.65 mg、13.36 mg、15.37 mg氧化槐果堿，溶解在同體積（1.5 ml）蒸餾水中。用微熱量熱儀測出溶解熱。

3. 結果與討論

3.1在蒸餾水中的熱力學溶解行為

本次實驗所取質量小于20 mg時，298.15 K下，在蒸餾水中的溶解為吸熱過程，用RD 496-2000微量量熱計平行測量四次，每次測量結果比較接近，精密度也好。

下表1.1描述不同質量的氧化槐果堿在1.5 ml蒸餾水中溶解所吸收的熱量

從上表中，可看到隨質量不斷增加，吸收熱量增加，摩爾焓變大體保持不變，所以不同質量下計算的摩爾焓變的平均值也可以認為是氧化槐果堿在蒸餾水中無限稀釋溶解的摩爾焓變。

由上表中的物質的量n和吸收的熱量Q之間良好線性關系，根據分析可以確定其在蒸餾水中的摩爾焓變為-4.28 kJ·mol-1。

3.2在蒸餾水中溶解過程的動力學

動力學方程描述的是在蒸餾水中的溶解速率，根據動力學方程及數據經計算查詢可得到：

298.15 K下氧化槐果堿在蒸餾水中溶解吸熱過程的反應級數n=1.39速率常數k= 10-3.76 ，可以近似認為此溶解過程為準一級反應，則此溶解過程的半衰期t1/2=66.48 min

3.3在蒸餾水中的熱力學計算

本次試驗在CK 2000微量量熱計里進行，控溫298.15 K，是等溫等壓等容的環境，符合熱力學公式計算條件。經計算匯總，t1/2（min）= 64.48，ΔS（J·mol-1·K-1）= -331.24，ΔH（kJ/mol）= -4.28，ΔG（kJ·mol-1）= 94.48

由以上數據計算得到表觀摩爾焓和偏摩爾焓如下表2.1所示

4.小結

（1）氧化槐果堿在蒸餾水中的溶解度大，質量太小可能會造成不可避免的誤差，由于實驗儀器本身容量的局限性此次試驗選擇了質量為10 mg到16 mg 的4個梯度進行，但由于該藥物分子結構在水中溶解的特殊性，線性關系良好。

（2）經計算得在298.15 K下其在蒸餾水中的溶解動力學方程為吸熱時，可以近似認為是準一級反應，其半衰期為吸熱時t1/2=66.48 min，速率常數k=10-3.76 s-1，其熱力學數據分別為摩爾焓變△solH=-4.28 kJ·mol-1， 摩爾熵變△solS=-331.24 J·mol-1·K-1，摩爾吉布斯自由能△solG=94.48 kJ·mol-1。

（3）氧化槐果堿（OSC）和槐果堿（SC）都是苦參中的重要化學物質，且它們的分子結構非常相近，比槐果堿多一個氧原子，從分子結構判斷兩者可能具有相似的藥理活性。

參考文獻

[1] 王紅程，姜新道. 苦參素藥理作用研究進展[J]. 齊魯藥事，2008， 2 （27）：106-107.

[2] 楊清娥，張宏利，韓崇選，楊學軍，王明春.氧化槐果堿的提取分離工藝及其毒性研究[J].西北林學院院報，2006， 5 （30）：123.