利多卡因分子結構研究

張碧涵 ，王 倩 ，李萌萌 ，吳夢謠 ，孟 露 ，張 勇 ，常 明

（1.河北科技大學 化學與制藥工程學院，河北 石家莊 050018；2.石家莊學院 化工學院，河北 石家莊 050035）

0 引言

利多卡因是一類重要的酰胺類局麻藥，廣泛應用于高血壓[1]、膝關節手術[2]、帶狀皰疹[3]及小兒包皮環切[4]等重要臨床醫學領域. 室溫下，利多卡因為白色晶狀，而在不同使用溫度下，利多卡因的理化性能會發生改變. 中紅外（MIR）光譜具有方便、快捷、靈敏度高的優點，廣泛應用于化合物結構研究領域[5-16]. 因此，本研究采用MIR 及變溫MIR（TD-MIR）光譜進一步研究溫度變化對利多卡因分子結構的影響，具有一定的應用研究價值.

1 實驗

1.1 材料

利多卡因（分析純，上海麥克林生化科技有限公司）.

1.2 儀器

Spectrum100 型紅外光譜儀（美國PE 公司），單反射變溫附件和變溫控件（英國Specac 公司）.

1.3 方法

1.3.1 紅外光譜儀操作條件

每次實驗以空氣為背景，對信號進行8 次掃描累加；測溫范圍303～393 K，變溫步長5 K.

1.3.2 數據獲得及處理

MIR 數據獲得采用Spectrum 6.3.5 操作軟件.

2 結果與討論

2.1 利多卡因分子MIR 光譜研究

采用MIR 光譜開展了利多卡因分子結構的研究. 首先采用一維MIR 光譜開展了利多卡因分子結構的研究，見圖 1. 其中 3 245.69 cm-1處的吸收峰是利多卡因分子 νNH-利多卡因晶體-一維；3 039.93 cm-1和 3 021.80 cm-1處的吸收峰是利多卡因分子 νCH-利多卡因晶體-一維；2 969.17 cm-1處的吸收峰是利多卡因分子 νasCH3-利多卡因晶體-一維；2 922.64 cm-1處的吸收峰是利多卡因分子 νasCH2-利多卡因晶體-一維；2 874.71 cm-1處的吸收峰是利多卡因分子 νsCH3-利多卡因晶體-一維；2 856.52 cm-1處的吸收峰是利多卡因分子 νsCH2-利多卡因晶體-一維；1 661.76 cm-1處的吸收峰是利多卡因分子νamide-Ⅰ-利多卡因晶體-一維；1467.01 cm-1處的吸收峰是利多卡因分子 δCH2-利多卡因晶體-一維；1 371.94 cm-1處的吸收峰是利多卡因分子 δsCH3-利多卡因晶體-一維.

圖1 利多卡因分子MIR 光譜（303 K）

研究發現，利多卡因的分子結構主要包括：芳基、酰胺基團、叔胺及烷基，如圖2 所示. 利多卡因分子νasCH3-利多卡因晶體-一維、νasCH2-利多卡因晶體-一維、νsCH3-利多卡因晶體-一維和 νsCH2-利多卡因晶體-一維對應的吸收頻率要大于相應的烷烴，這主要是因為利多卡因分子中酰胺基團具有很強的誘導效應，會進一步降低烷基電子云密度. 利多卡因分子二階導數、四階導數及去卷積的光譜信息見表1. 研究發現，利多卡因分子二階導數MIR 光譜、四階導數MIR 光譜和去卷積 MIR 光譜過于復雜. 其中，利多卡因分子 νamide-Ⅰ-利多卡因晶體-二階導數對應的吸收頻率包括：1662.01，1 659.14，1 646.40，1 639.47，1 628.25 cm-1.利多卡因分子 νamide-Ⅰ-利多卡因晶體-四階導數對應的吸收頻率包括：1 681.23，1 674.73，1 667.89，1 661.41，1 655.64，1 648.34，1 641.80，1 630.73 cm-1.νamide-Ⅰ-利多卡因晶體-去卷積對應的吸收頻率包括：1 678.14，1 674.56，1 672.12，1 668.73，1 666.03，1 662.25，1 659.94，1 657.20，1 654.29，1 651.02，1 648.13，1 644.51，1 641.96，1 639.93，1 637.02，1 633.76，1 630.92 cm-1. 復雜的光譜給目標產物的結構表征帶來很大的困難.

圖2 利多卡因分子結構

表1 利多卡因分子MIR 光譜數據（303 K）

2.2 利多卡因分子TD-MIR 光譜研究

利多卡因分子的熔點約為338 K，所以分別在3 個溫度區間，采用一維MIR 光譜進一步開展了溫度變化對利多卡因分子結構影響的研究.

2.2.1 相變前利多卡因分子一維TD-MIR 光譜研究

相變前，開展了利多卡因分子一維 TD-MIR 光譜研究（圖 3）. 實驗發現，利多卡因分子 νNH-利多卡因-一維-相變前、νasCH2-利多卡因-一維-相變前、νsCH2-利多卡因-一維-相變前、νamide-Ⅰ-利多卡因-一維-相變前和 δsCH3-利多卡因-一維-相變前對應的吸收頻率增加，利多卡因分子 νasCH3-利多卡因-一維-相變前對應的吸收頻率減少，利多卡因分子 νCH利多卡因-一維-相變前和 νsCH3-利多卡因-一維-相變前對應的吸收頻率沒有規律性改變，而利多卡因分子δCH2-利多卡因-一維-相變前對溫度變化較敏感，在328 K 時消失. 利多卡因分子（νNH-利多卡因-一維-相變前、νasCH3-利多卡因-一維-相變前、νsCH2-利多卡因-一維-相變前、νamide-Ⅰ-利多卡因-一維-相變前和 δsCH3-利多卡因-一維-相變前）對應的吸收強度降低，利多卡因分子（νCH利多卡因-一維-相變前、νsCH3-利多卡因-一維-相變前和 νasCH2-利多卡因-一維-相變前）對應的吸收強度沒有明顯的改變，相關光譜數據見表2.

表2 利多卡因分子一維TD-MIR 光譜數據（303～333 K）

圖3 利多卡因分子一維TD-MIR 光譜（303～333 K）

從表2 可以看出，相變前，利多卡因分子主要以晶體狀態存在，其主要官能團對應的紅外吸收頻率及強度并沒有顯著的變化.而利多卡因分子晶體狀態對應的特征紅外吸收頻率譜帶（303 K）主要包括：3 245.69，3 039.93，3 021.80，2 969.17，2 922.64，2 874.71，2 856.52，1 661.76，1 467.01，1 371.94 cm-1.

研究發現：利多卡因分子晶體結構中δCH2-利多卡因-一維-相變前對溫度變化最為敏感，當其對應吸收峰消失時，則利多卡因分子晶體結構開始改變，而δCH2-利多卡因-一維-相變前也是判斷利多卡因分子晶體結構的最重要的光譜學信息.

2.2.2 相變過程中利多卡因分子一維TD-MIR 光譜研究

相變過程中，進一步開展了利多卡因分子一維TD-MIR 光譜研究，如圖4 所示. 實驗發現，利多卡因分子νNH-利多卡因-一維-相變過程中、νasCH3-利多卡因-一維-相變過程中、νamide-Ⅰ-利多卡因-一維-相變過程中和 δsCH3-利多卡因-一維-相變過程中對應的吸收頻率增加，利多卡因分子 νCH利多卡因-一維-相變過程中、νasCH2-利多卡因-一維-相變過程中和 νsCH3-利多卡因-一維-相變過程中對應的吸收頻率沒有明顯的改變，而利多卡因分子νsCH2-利多卡因-一維-相變過程中對溫度變化比較敏感，在343 K 時消失. 利多卡因分子（νNH-利多卡因-一維-相變過程中、νasCH3-利多卡因-一維-相變過程中、νamide-Ⅰ-利多卡因-一維-相變過程中和 δsCH3-利多卡因-一維-相變過程中）對應的吸收強度降低，利多卡因分子（νCH利多卡因-一維-相變過程中和 νsCH3-利多卡因-一維-相變過程中）對應的吸收強度增加，相關光譜數據見表 3.

圖4 利多卡因分子一維TD-MIR 光譜（333～348 K）

由表3 的數據可知，相變過程中，利多卡因分子由晶體狀態轉變為液態的臨界溫度區間為338～343 K.在這一溫度區間內，利多卡因分子由晶體狀態轉變為液態，進一步破壞利多卡因分子的氫鍵作用，因此利多卡因分子主要官能團對應的吸收頻率發生了明顯的增加.而相變過程中，利多卡因分子晶體/液態狀態對應的第一特征紅外吸收頻率譜帶（338 K）主要包括：3 247.53，3 038.62，3 020.71，2 968.26，2 922.64，2 874.09，2 857.04，1 662.57，1 372.72cm-1，而第二特征紅外吸收頻率譜帶（343 K）主要包括：3 287.29，3 038.50，3 020.81，2 968.82，2 874.84，1 686.35，1 375.14 cm-1.

表3 利多卡因分子一維TD-MIR 光譜數據（333～348 K）

研究發現：相變過程中，利多卡因分子晶體結構的光譜信息比較復雜. 而338～348 K 是利多卡因分子光譜信息改變的臨界溫度.

2.2.3 相變后利多卡因分子一維TD-MIR 光譜研究

相變后，開展了利多卡因分子一維TD-MIR 光譜的研究，如圖5 所示. 實驗發現，利多卡因分子νNH-利多卡因-一維-相變后、νasCH3-利多卡因-一維-相變后、νamide-Ⅰ-利多卡因-一維-相變后和 δsCH3-利多卡因-一維-相變后對應的吸收頻率增加，利多卡因分子 νCH利多卡因-一維-相變后和 νsCH3-利多卡因-一維-相變后對應吸收頻率沒有規律性改變. 利多卡因分子 νamide-Ⅰ-利多卡因-一維-相變后和 δsCH3-利多卡因-一維-相變后）對應的吸收強度降低，而利多卡因分子（νNH-利多卡因-一維-相變后、νasCH3-利多卡因-一維-相變后、νCH利多卡因-一維-相變后、νsCH3-利多卡因-一維-相變后）對應的吸收強度增加，相關一維 TD-MIR 光譜數據見表 4.

圖5 利多卡因分子一維TD-MIR 光譜（348～393 K）

表4 利多卡因分子一維TD-MIR 光譜數據（348～393 K）

從表4 可以看出，相變后，利多卡因分子主要由液態組成.其中353 K 時，3 291.64 cm-1處的吸收峰是利多卡因分子 νNH-利多卡因液體-一維；3 020.91 cm-1處的吸收峰是利多卡因分子 νCH-利多卡因液體--一維；2 968.94 cm-1處的吸收峰是利多卡因分子 νasCH3-利多卡因液體-一維；2 874.73 cm-1處的吸收峰是利多卡因分子 νsCH3-利多卡因液體-一維；1 686.47 cm-1處的吸收峰是利多卡因分子 νamide-Ⅰ-利多卡因液體-一維；1 375.36 cm-1處的吸收峰是利多卡因分子 δsCH3-利多卡因液體-一維.研究發現，利多卡因分子液體對應的特征紅外吸收頻率譜帶（353 K）主要包括：3 291.64，3 020.91，2 968.94，2 874.73，1 686.47，1 375.36 cm-1.

3 結論

利多卡因分子存在著 νNH-利多卡因、νCH-利多卡因、νasCH3-利多卡因、νsCH3-利多卡因、νasCH2-利多卡因、νsCH2-利多卡因、νamide-Ⅰ-利多卡因、νamide-Ⅱ-利多卡因、δCH2-利多卡因、δasCH3-利多卡因和 δsCH3-利多卡因等紅外吸收模式. 隨著溫度的升高，利多卡因分子主要官能團對應的吸收頻率及強度均有一定的改變. 本項研究拓展了MIR 光譜及TD-MIR 光譜在重要的局麻藥（利多卡因）分子結構及熱變性的應用研究范圍.