环糊精与诺卡酮包合物研究

唐 蜜，苟 铨，孔小杰，黄巨波，刘 红，贾桂云

（1.海南师范大学 化学与化工学院，海南 海口571158；2.海南省热带药用植物化学重点实验室，海南 海口571158）

环糊精与诺卡酮包合物研究

唐 蜜1，苟 铨1，孔小杰1，黄巨波1，刘 红2*，贾桂云1

（1.海南师范大学 化学与化工学院，海南 海口571158；2.海南省热带药用植物化学重点实验室，海南 海口571158）

以湿法技术制备了诺卡酮的β-环糊精和羟丙基β-环糊精包合物，并通过1H-NMR及红外光谱法、荧光光谱法对包合物进行了鉴定，最后采用荧光光谱法计算热力学参数.结果发现：β-环糊精、羟丙基β-环糊精与诺卡酮以1∶1形成包合物,客体与包合物图谱有显著的差异，包合过程均有负的ΔG和正的ΔH、ΔS.

β-环糊精；羟丙基β-环糊精；诺卡酮；包合

诺卡酮自20世纪60年代被发现后[1]，被广泛用于烟草，食品等行业[2-3]，然而它的最大特点是易挥发，难保存，在空气中易氧化变质[4].β-环糊精（β-CD）作为一种药用辅料已经被广泛的用于增加难溶药物的水溶性、稳定性、溶出速率和生物利用度，可以与一些非极性、大小、形状及性质相匹配的客体分子或某些客体分子的疏水性基团形成包结物.在众多β-环糊精中，羟丙基β-环糊精（HP-β-CD）由于水溶性好，对热稳定,被认为是最有前途的药物载体材料之一[5].本文研发β-环糊精，羟丙基β-环糊精的包合作用.

1 实验

1.1 材料

诺卡酮，98%（广州伟伯化工有限公司），β-环糊精（M=1134）和羟丙基β-环糊精（相对分子量为1380，昆山瑞斯克化工原料有限公司），蒸馏水，无水乙醇.储备1 mmol/L的β-环糊精和羟丙基β-环糊精50%乙醇溶液，10 μmol/L的诺卡酮溶液，均避光保存.

1.2 包合物的制备

诺卡酮-环糊精包合物的制备采用湿法制备[6].取β-环糊精和羟丙基β-环糊精各0.1 mmol，用5 mL的50%乙醇溶液制成饱和溶液，另取两份0.1 mmol的诺卡酮，直接加入到溶液中，密封、避光搅拌120h.完成搅拌后用0.45 μm的醋酸纤维薄膜过滤不溶物，将滤液真空干燥得到包合物.

1.3 荧光光谱法

采用荧光分光光度计（日本岛津RF-5301PC，参数为：EX 225.0 nm；EM扫描范围300.0 nm到400.0 nm；狭缝宽度EX：3.0 nm，扫描速度为快速，灵敏度采用高灵敏度）.

1.4 氢谱核磁共振及红外光谱

包合物溶解在D2O，诺卡酮溶解在CDCl3中，400 MHZ核磁共振波谱仪（瑞士布鲁克公司）.

KBr压片制样，傅里叶变换红外光谱仪（美国力高立360）测定其包合物的红外光谱.

2 结果与分析

2.1 包合物的分析

包合物、简单物理混合物、β-环糊精客体诺卡酮的红外光谱（IR）见图1.红外光谱分析在1650-1700 cm-1处，诺卡酮的峰形变小而略变弱，羰基的特征峰处变化显示出包合物与环糊精和纯诺卡酮分子有较大差异，说明形成了包合物.诺卡酮-环糊精的包合物氢谱见图2.从氢谱及化学位移值看，带有α，β-不饱合酮的环上的质子受环糊精的影响较大，尤其是H1，H2，环外双键上的氢（H3，H4）也受一定程度的影响.氢谱数据进一步说明了包合物的形成，而且可能是α，β-不饱合酮的环进入环糊精的洞腔内，进入方向还有待研究.

2.2 荧光法研究

图3和图4显示了诺卡酮在不同浓度的β-环糊精和羟丙基β-环糊精包合后的荧光光谱（303 K）.激发波长为225 nm时，诺卡酮在333 nm处有最大发射峰.随着增加环糊精的浓度，诺卡酮的荧光强度逐渐增强；同时也还观察到，当加入环糊精时会发生蓝移现象，加入β-环糊精会蓝移1 nm，而羟丙基β-环糊精则是2 nm.这表明，诺卡酮与β-环糊精和羟丙基β-环糊精均形成了包合物.当客体分子进入环糊精的空腔后，环糊精的具有较强的刚性和较小极性的微环境可能会束缚自由的客体，因而能增强荧光量子产率.此外，环糊精环面的空位阻可以防止客体分子激发态发生非辐射和淬灭作用（通常容易发生在水溶液中），也可以增强客体分子的荧光效率[7].

2.3 包合比和包合常数研究

包和常数可以运用Benesi-Hildebrand公式进行计算：

2.4 包合反应热力学参数研究

包合作用的热力学参数可以通过不同温度下包合常数的变化来求得.在实验温度范围内，如果焓变ΔH变化不大，，那么热力学参数ΔG，ΔH，ΔS可以用Van't Hoff方程来计算：

表1 β-CD和HP-β-CD包合常数及热力学参数Tab.1Inclusion constants and thermodynamic parameters of nootkatone with β-CD or HP-β-CD

方程中，K是某一温度下包合常数，用Van’t Hoff方程作出的线性关系见图7.计算出ΔH，ΔS后，可以运用下列方程来计算ΔG：ΔG=ΔH-TΔS

计算结果见表1.负的ΔG表明包合过程是自发的，而正的ΔH表明包合作用要吸热.比较诺卡酮与β-环糊精和羟丙基β-环糊精的包合热力学参数可知，在热力学上诺卡酮与羟丙基β-环糊精的包合更有利.ΔS＞0则说明诺卡酮客体已进入环糊精主体的洞腔中.由于客体周围或环糊精空腔内部有序溶剂壳的破损，造成了ΔS的增加[8].

3 结论

诺卡酮的易挥发，难保存，在空气中易氧化变质等缺点，在和环糊精包合后得以改善.通过荧光光谱，氢谱，红外光谱研究了诺卡酮与β-环糊精和羟丙基β-环糊精的包合作用.每个包合材料与诺卡酮均以1∶1形成包合物，在不同温度下两种包合材料都有各自的优势：低温β-CD有利于包合，而高温则HP-β-CD有利于包合.

[1]William D,Macleod J R,Nelida M B.Sesquiterpenes:Nootkatone,A New Grapefruit Flavor Constituent[J].Journal of Food Science,1964,29:565.

[2]世界香料香精市场一个月详报[R].International Trade,2005(2):212.

[3]陈永宽,谢冰,刘欣宇,等.圆柚酮的晶体结构及在烟用香精香料中的应用[J].精细化工,2006,23(10):980.

[4]刘红,宋小平,纪明慧,等.益智油β-环糊精包合物制备工艺的研究[J].中草药,2002,33(11):994.

[5]张伶俐.β-环糊精包合物的研究[D].新疆大学硕士学位论文,2007.

[6]Bertacche V,Lorenzi N,Nava D,et al.Host-Guest inter⁃action study of resveratrol with natural and modified cyclo⁃dextrins[J].J Incl Phenom Macro,2006,55,279-287.

[7]Guo Y J,Chao J B,Pan J H.Study on the interaction of 5-pyridine-10,15,20-tris-(p-chlorophenyl)porphyrin with cyclodextrins and DNA by spectroscopy[J].Spectro⁃chim Acta Part A,2007,68:231-236.

[8]Alvariza C,Usero R,Mendicuti F.Binding of dimethyl 2,3-naphthalenedicarboxylate with α-,β-and γ-cyclodex⁃trins in aqueous solution[J].Spectrochim Acta Part A,2007,67:420-429.

Study of the Complexation of Nootkatone with Cyclodextrins

TANG Mi1，GOU Quan1，KONG Xiaojie1，HUANG Jubo1，LIU Hong1，2＊，JIA Guiyun1

（1.College of Chemistry and Chemical Engineering,Hainan Normal University，Haikou571158，China；2.Hainan Provincial Key Lab of Tropical Pharmaceutical Herb Chemistry，Haikou571158，China）

The complexation of nootkatone with two kinds of cyclodextrins(CDs),nativeβ-cyclodextrin(β-CD)and modified hydroxypropyl-β-cyclodextrin(HP-β-CD)，were preparated by wet technologies and have been investigated by fluorescence spectroscopy,infrared spectroscopy and1H-NMR spectroscopy.The stoichiometric ratios,inclusion con⁃stants and thermodynamic parameters have been determined by the fluorescence data.In all cases 1∶1 inclusion com⁃plexes are formed.Some significant differences of spectrogram between complexation and guest were found.Besides,both inclusion processes have negative ΔG,positive ΔH and positive ΔS.

β-cyclodextrin；hydroxypropyl-β-cyclodextrin；nootkatone；complexation

O 629.1

A

1674-4942（2011）02-0183-04

2011-03-30

国家大学生创新性实验计划（091165824）；海南师范大学物理化学重点学科资助项目

*通讯作者

毕和平