β-环糊精、 羟丙基-β-环糊精对马钱子碱的增溶作用及热力学研究

潘 娅， 蔡文曦

（华南理工大学化学与化工学院， 绿色化学产品技术广东省重点实验室， 广东 广州 510640）

β-环糊精、 羟丙基-β-环糊精对马钱子碱的增溶作用及热力学研究

潘 娅， 蔡文曦

（华南理工大学化学与化工学院， 绿色化学产品技术广东省重点实验室， 广东 广州 510640）

目的 研究 β-环糊精 （β-CD）、 羟丙基-β-环糊精 （HP-β-CD） 对马钱子碱的增溶作用， 采用热力学方法考察温度、 pH对包合反应的影响。 方法 采用相溶解度法测定在不同温度、 pH条件下 β-CD、 HP-β-CD对马钱子碱溶解度、包合常数和热力学性质的影响。 结果 马钱子碱的溶解度随 β-CD、 HP-β-CD浓度的增加呈线性增加， 其相溶解度曲线均为 AL型， 可形成摩尔比为 1 ∶1 的稳定包合物。 β-CD在中性条件下其包合常数及增溶作用较大， 而 HP-β-CD在酸性条件下包合常数及增溶解作用较大。 结论 β-CD、 HP-β-CD均对马钱子碱有较好的增溶作用， HP-β-CD的包合作用要优于 β-CD。

马钱子碱； β-环糊精； 羟丙基-β-环糊精； 增溶； 热力学

马钱子是马钱科植物马钱 Strychnos nuxvomica L的成熟种子［1-2］，有散结消肿、通络止痛之功效，马钱子碱 （ brucine） 为吲哚类生物碱，是马钱子的主要有效成分之一，具有显著的镇痛、抗炎、免疫抑制、关节修复等作用，是治疗类风湿性关节炎的有效药物［3］。 马钱子碱在水中溶解性差 （ 室温下水中的溶解度为 143 mg/L）， 其硫酸盐、 盐酸盐在水中的溶解度也很小，口服给药生物利用度低，尽管其药理疗效显著，仍限制了其在临床的运用。环糊精是淀粉经酶解环合后得到的环状低聚糖化合物［4-5］， 能显著改善药物理化性 质， 增加难 溶性药物的溶解度和生物利用度，是一种新型的药物载体。 其 中 β-环 糊 精 （ β-CD）、羟 丙 基-β-环 糊 精（HP-β-CD） 具有空洞适中、包合工艺简单、 价格低廉等优点，是近年来生产、应用最多的药用辅料。

本研究采用相溶解度法以 β-CD、HP-β-CD为包合材料对马钱子碱进行包合，研究其增溶作用及热力学特征，为马钱子碱剂型的合理选择提供理论依据。

1 仪器与材料

DF-101B型集热式恒温磁力搅拌器 （巩义市予华仪器有限责任公司）； KQ5200DE型数控超声波清洗器 （昆山市超声仪器有限公司）； LSHZ-300型恒温振荡器 （太仓市实验设备厂）； UV-2450 紫外分光光度计 （日本岛津公司）。

马钱子碱 （ 瑞士 AIDRICH-SIGMA公司）； 马钱子碱对照品 （中国食品药品检定研究院， 供含量测定用，批号 110706-200505）；β-环糊精、 HP-β-环糊精 （陕西省佳县生物化学工业公司）； 其余试剂均为分析纯。

2 实验与方法

2.1 马钱子碱分析方法的建立

2.1.1 标准曲线的建立 精密称取重结晶 2 次的马钱子碱 （纯度 99.7%） 适量， 置于 25 mL的量瓶中，用甲醇溶解，并稀释至刻度，摇匀，分别精密量取0.1、0.2、0.4、0.6、0.8、 1 mL至 10 mL量瓶中，加甲醇定容，以溶剂为空白，置于紫外分光光度计下， 于 254 nm处测定吸光度。 以马钱子碱质量浓度为横坐标，吸光度为纵坐标进行线性回归， 得线性回归方程：Y=27.014X+0.011 5， r= 0.999 3， 表明马钱子碱在 0.001 ～0.010 mg/mL范围内线性关系良好。

2.1.2 精密度试验 分别吸取同浓度对照品溶液，重复测定 5 次， 结果 RSD为1.21%。

2.1.3 回收率试验 精密吸取马钱子碱对照品适量， 加入等摩尔比的 β-CD、 HP-β-CD中， 加甲醇超声溶解， 过滤， 取续滤液， 在波长 254 nm处测定吸光度，计算回收率。结果加入 β-CD样品溶液的平均回收率为 99.3% （n=5，RSD为 0.37%），加入 HP-β-CD样 品 溶液的平均回收率 为 98.7%（n=5， RSD为0.59%），

2.2 β-CD、 HP-β-CD对马钱子碱的增溶作用

2.2.1 相溶解度试验［6-7］精密称取 β-CD、 HP-β-CD适量， 加蒸馏水分别配制成浓度为 0、 1、 2、4、 6、 8、 10 mol/L的溶液。 取上述溶液各 10 mL，加入过量的马钱子碱，分别于25 ℃、 37 ℃、45 ℃水浴振荡 （100 次 /min） 48 h。 饱和溶液离心， 取上清液用 0.45 μm微孔滤膜过滤， 取续滤液 1 mL于 10 m L量瓶中， 用甲醇溶液定容， 在 254 nm处测定吸光度， 以马钱子碱浓度对 β-CD、 HP-β-CD浓度作图，绘制相溶解度图，判断两者的包合比及包合类型。

2.2.2 pH值的影响 称取 β-CD、 HP-β-CD适量加入 pH为 4.0、 6.8、 10.0 缓冲溶液中配制成浓度为 2、 4、 6、 8、 10 mol/L溶液。 取上述溶液各10 mL， 加入过量马钱子碱， 置超声波清洗器中，于 40 ℃下水浴振荡 （100 次 /min） 48 h。 饱和溶液离心， 取上清液用 0.45 μm微孔滤膜过滤， 除去未溶固体。 取续滤液 1 mL于10 mL量瓶中， 用甲醇溶液定容， 在 254 nm处测定吸光度， 以马钱子碱浓度为纵坐标， β-CD、 HP-β-CD浓度为横坐标，绘制相溶解度图，获得回归方程，研究不同pH值对包合常数 Kc的影响。

3 结果与讨论

3.1 包合比的确定 不同温度下，β-CD、 HP-β-CD的相溶解度曲线如图1所示。各温度下，马钱子碱的溶解度均随着 β-CD、 HP-β-CD浓度的增加而增加，由相溶解度曲线判断［9］，两种包合体系类型均属于 AL型， 表明马钱子碱与 β-CD、 HP-β-CD分子均能以摩尔比 1 ∶1 的比例形成稳定包合物［10-11］。

图 1 不同温度 A （β-CD）、 B （HP-β-CD） 的相溶解图Fig.1 Phase solubility curves of A （ β-CD） 、 B （HP-β-CD） at different tem peratures

3.2 增溶倍数和包合常数的测定 包合平衡常数（Kc） 是衡量包合物稳定性的重要参数［12］， Kc越大表明环糊精对药物的稳定作用越强， β-CD、HP-β-CD增大马钱子碱溶解度的能力也越强。 不同温度下马钱子碱与 β-CD、 HP-β-CD的线性方程、 包合常数 Kc、 增溶倍数见表 1。

表1 不同温度下的回归方程、 包合常数和增溶倍数Tab.1 Inclusion constants ofβ-CD and HP-β-CD inclusion com pound at different tem peratures

由表 1 可知， 随着温度的升高， Kc也随之增大，表明升温有利于包合过程的形成。温度升高，马钱子碱的溶解度也随之增大［13］， 两种环糊精对马钱子碱的增溶能力依次为： HP-β-CD＞β-CD。

3.3 热力学参数的测定 由线性回归方程计算 β-CD、 HP-β-CD在不同温度下的热力学参数， 结果见表2。

表 2 β-CD、 HP-β-CD包合物的热力学参数Tab.2 Thermodynam ic parameters ofβ-CD and HP-β-CD inclusion com pound

由结果可知， β-CD、 HP-β-CD的 ΔH均大于零，表明包合反应均为吸热反应，在不同温度下随着温度的升高， β-CD、 HP-β-CD形成包合物的包合常数均增大，表明升温有利于包合物的形成，制备包合物时可以选择较高的温度进行包合。 ΔG＜0， 表明在恒温恒压条件下， 包合反应均是自发进行的， 且 ΔH＞0， ΔS ＞0，说明包合反应是一个熵效 应 驱 动 的 过 程［14-15］。 β-CD、 HP-β-CD 相 比，HP-β-CD的包合常数比 β-CD的大， 表明 HP-β-CD形成的包合物稳定性更好，说明疏水作用在包合过程中起重要的作用。

3.4 pH值对包合常数的影响 不同 pH条件下，β-CD、 HP-β-CD的相溶解度曲线如图 2 所示。 各pH条件下， 马钱子碱的溶解度均随着 β-CD、 HP-β-CD浓度的增加而增大， 由相溶解度曲线判断，两种包合体系类型均属于 AL型， 表明马钱子碱与β-CD、 HP-β-CD分子均以摩尔比 1 ∶1 的比例进行包合。

由相溶解度曲线计算不同pH条件下马钱子碱与 β-CD、 HP-β-CD形成包合物的线性方程、 包合常数及增溶倍数见表3。

图 2 不同 pH A （β-CD）、 B （HP-β-CD） 的相溶解图Fig.2 Phase solubility curves of A （ β-CD） 、 B （ HP-β-CD） at d ifferent pH values

表 3 不同 pH下包合物的包合常数和增溶倍数Tab.3 Inclusion constants and solubilitization of inclusion compound at different pH values

从结果可知， 马钱子碱在 β-CD低 pH溶液中反应包合常数 Kc值较小， 包合作用较弱， 在 pH6.8的 Kc值比 pH10 时大， 表明在中性环境下 β-CD与马钱子碱形成包合物最稳定，偏酸或偏碱都不利于马钱子碱的包合过程。 而 HP-β-CD则相反， 其在pH 4 时， Kc值最大， 其溶解度随 pH的增加而减小，表明偏酸性环境有利于包合物的生成，其原因可能与马钱子碱的解离状态相关， 在pH 4环境中，客体分子是电中性的， 而在 pH 10 时， 是负离子态的， HP-β-CD的疏水腔能与中性客分子牢固结合，而与负离子分子的结合力较弱。

4 讨论

HP-β-CD是 β-CD的衍 生 物， 与 β-CD相比，具有水溶性好、热稳定性高，易与生物环境相容，不易引起溶血等优点，是性能优良的药用辅料。本实验将 β-CD、 HP-β-CD与难溶性药物马钱子碱包合制备包合物，由相溶解度曲线可知，两者均可与马钱子碱形成摩尔比为1∶1的包合物， 其相溶解度图类型均为 AL型， 随温度的升高能提高马钱子碱的溶解 度， 其增溶能力表现 为： HP-β-CD＞β-CD。 而不同 pH对两者的影响不同， β-CD在中性环境下其包合作用最稳定， 而 HP-β-CD则是在酸性环境下包合作用最稳定，随 pH的增加其 Kc值降低，其原因可能与马钱子碱的解离状态相关，分子态比离子态更容易包合。由热力学实验结果可知，在不同温度下， ΔG＜0， 表明在包合反应均是自发反应。

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Solubilization and thermodynam ics of brucine w ith β-cyclodextrin and hydroxypropyl-β-cyclodextrin

PAN Ya， CAIWen-xi
（School of Chemistry and Chemical Engineering， South China University of Technology， Guangzhou 510640， China）

brucine； β-cyclodextrin； hydroxypropyl-β-cyclodextrin；solubilization； thermodynamics

R944.9

： A

： 1001-1528（2014）03-0506-05

10.3969/j.issn.1001-1528.2014.03.013

2013-05-18

国家自然科学基金 （81001648）； 中央高校基本科研业务费专项资金 （2009ZM0137、 2012ZZ0045）； 国家大学生创新性实验计划 （2010 年）； 广东省大学生创新性实验计划 （2011 年）

潘 娅 （ 1976—）， 女， 博 士， 讲 师， 主 要 从 事 药 物 新 剂 型 与 新 技 术 的 研 究。 Tel： （ 020 ） 87110234， E-mail： tanpy@ scut.edu.cn