β-环糊精对甲硝唑包合作用的热力学研究

张亚安，丰久彪，季明星，周晶，徐滢，任丽萍



-环糊精对甲硝唑包合作用的热力学研究

张亚安，丰久彪，季明星，周晶，徐滢，任丽萍

（东南大学 成贤学院，江苏 南京 210088）

采用Job′s法测定甲硝唑与-环糊精的包合比，并通过相溶解度法研究不同温度下-环糊精与甲硝唑的包合常数、增溶倍数和热力学函数．结果表明，甲硝唑与-环糊精包合比为1∶1，在不同温度下，相溶解度图呈现AL型，而包合常数和增溶倍数均随着温度升高而减小，包合过程的熵变、焓变及自由能变化均为负值，说明包合反应自发进行的放热反应，焓变是包合反应的主要驱动力．

-环糊精；甲硝唑；相溶解度法；热力学函数

-环糊精（-Cyclodextrin，-CD）含有7个葡萄糖单元，葡萄糖单元的氧原子以及C-3和C-5上的碳原子构成了环糊精的内表面，而外表面是由C-2，C-3及C-6上的羟基构成．因此，其有着内缘疏水外缘亲水的特性[1]．利用这一性能来制备包合物可以改善药物水溶性，减小药物毒副作用和提高生物利用度等．甲硝唑（Metronidazole，MNZ）抗厌氧菌的范围广，杀菌力强，主要用于治疗或预防厌氧菌引起的系统或局部感染，治疗破伤风常与破伤风抗毒素联用，但其稳定性比较差，微溶于水，味道苦涩，限制了药物的应用．虽已有文献报道[2-3]将MNZ与-CD制成包合物改变上述缺点，但有关-CD对MNZ包合作用机制的研究很少．本文测定-CD对MNZ包合反应的包合比、稳定常数及热力学函数，通过对这些函数的分析进一步探讨了包合过程．

1实验部分

1.1仪器与试剂

UV-1100紫外可见分光光度计（上海美谱达仪器有限公司）；JA2003电子分析天平（上海精密科学仪器有限公司）；智能恒温控温仪（巩义市英峪高科技仪器厂）；DL-120超声波仪器（浙江象山县石浦海天电子仪器厂）；甲硝唑（武汉纽拜尔医药科技有限公司）；-环糊精 （中国医药集团上海化学试剂公司）；其它试剂均为分析纯．

1.2分析方法的建立

1.2.1测定波长的选择精密测取MNZ对照品15 mg于100 mL容量瓶中，以0.1 mol/L盐酸溶液溶解定容，摇匀作为标准溶液．精密测取标准液5.0 mL于50 mL容量瓶中，以0.1 mol/L盐酸溶液稀释至刻度，摇匀．按照分光光度法在200~400 nm范围内进行扫描，从扫描结果可以得出甲硝唑最大吸收波长为277 nm，而-CD无吸收峰，故选择277 nm为MNZ测定波长．

1.2.2标准曲线的建立精密量取标准溶液0，2.0，4.0，6.0，8.0，10.0 mL于50 mL容量瓶中，以0.1 mol/L盐酸溶液稀释至刻度，摇匀，以0.1 mol/L盐酸溶液为空白，在最大波长277 nm处测定吸光度，通过线性回归得到标准曲线方程，=22.495+0.00457（=0.9997，=5），其中：为吸光度；为质量浓度．

1.3Job′s法测定-CD与MNZ的包合比

采用Job′s法[4-5]将浓度为2×10-5mol/L的-环糊精、MNZ标准溶液按一定体积比混合，混合时保持两者的浓度之和为2×10-5mol/L．测定混合溶液在277 nm处的吸光度，同时测定对应相同浓度的MNZ溶液的吸光度，计算两者吸光度之差，值最大时对应的摩尔比即为包合比．

1.4相溶解度图的绘制

分别配制浓度为0，5，10，20，40，60 mmol/L的-CD溶液，在配制好的溶液中分别加入过量的MNZ，然后将配制的各个样品超声震荡5 min，之后分别在25，35，45 ℃的温度下水浴搅拌24 h[6]2381．搅拌结束后，用0.8 μm微孔滤膜进行过滤，将溶液稀释适当倍数后在波长277 nm测定各组的吸光度，并将测定的吸光度带入标准曲线方程，求出对应的MNZ样品浓度．以-CD浓度为横坐标，MNZ的浓度为纵坐标，绘制相应的相溶解度曲线．

2结果与讨论

2.1MNZ与-CD包合比的测定

图1　β-CD与MNZ摩尔比对的影响

2.2相溶解度图的分析

2.2.1稳定常数的计算MNZ在-CD相溶解度见图2．由图2可见，在25，35，45 ℃下，MNZ在-CD中的相溶解度曲线为AL型[7]74，表明MNZ与-CD以1∶1的比例进行包合，这与包合比的测定结果一致．

图2　MNZ在β-CD相溶解度

以MNZ的溶解度对-CD浓度进行线性回归，得到回归方程．根据回归方程计算出不同温度下稳定常数C，得出表1，计算公式为：C=斜率/[截距·（1-斜率）][6]2381．

表1　MNZ在不同温度下的稳定常数Kc

2.2.2-环糊精在不同温度下对甲硝唑的增溶作用MNZ被-CD包合后，溶解度都有所增加（见图2），说明形成-CD对MNZ具有增溶作用[7]74，经实验测得MNZ在25，35，45 ℃水中的溶解度分别为0.387，0.729，0.901 mmol/L，则25，35，45 ℃时不同浓度的-CD对MNZ的增溶效果见表2．由表2可见，在同温下，增溶作用随-CD浓度的增加而增加；在相同主体浓度下，温度升高，仍然是增溶，但是增溶效果却有所下降．

表2　25，35，45 ℃时不同浓度的β-CD对MNZ的增溶效果

2.3热力学函数的研究

表3　β-CD对MNZ包合过程的热力学函数

由表3可见，MNZ在不同温度-CD溶液反应中包合物稳定常数随温度的升高而降低．在包合反应中，说明包合反应是自发进行的反应；，说明整体能量下降，表明MNZ被-CD包合后能够使两者形成的包合物比原料药更加稳定，也说明该反应为放热反应．因此，温度升高不利于放热反应的进行，而导致包合常数降低，形成的包合物的稳定性也随温度升高而降低．表明包合物形成以后，整个体系的有序性增加，推测可自由运动的MNZ分子进入-CD分子空腔后，自由运动受到限制，故熵值变小，说明焓变是包合反应的主要驱动力[8]．

3结论

本文利用相溶解度图分析甲硝唑与-CD的包合作用，得出相溶解度曲线为AL型，确定两者的包合比为1∶1，与Job′s法所得结果一致．并得知包合物的稳定常数随温度的增加而减小，且低温时增溶倍数较高温时大．计算得出热力学函数，和均小于零，从而得出包合过程是一个放热的自发反应，且升高温度不利于包合反应的发生．

[1] 刘红．-环糊精衍生物的包合作用及缓释性能研究[D]．西安：西北大学，2011

[2] 王霄，马伟伟，杨利敏．正交实验法制备甲硝唑--环糊精包合物[J]．新乡医学院学报，2010，27（5）：450-452

[3] 郭留城，杜利月，王飞．甲硝唑--环糊精包合物的制备及鉴定[J]．国际医药卫生导报，2014，20（19）：3010-3012

[4] Keisuke Y，Hideo O，Yoshihisa M，et al．Complexation of a disulfide-linked-cyclodextrin dimer with 1-alkanols [J]．Journal of Molecular Structure，2008，819（1-3）：420-422

[5] 杨克迪，彭盼，葛利，等．-环糊精对叶酸的包合作用研究[J]．高校化学工程学报，2011，25（4）：699-702

[6] 陈圆圆，刘佳佳，唐课文．-环糊精与佐司匹隆包合作用研究[J]．光谱学与光谱分析，2008，28（10）：2380-2382

[7] 李献文．相溶解度法研究羟丙基--环糊精包合扑热息痛的热力学性质[J]．高师理科学刊，2014，34（1）：73-75

[8] 李潇，洪海龙，陈秋月，等．羟丙基--环糊精与格列齐特包结作用的热力学研究[J]．广州化工，2015（18）：58-59

Study on the complexation thermodynamics of the-cyclodextrin with metronidazole

ZHANG Ya-an，FENG Jiu-biao，JI Ming-xing，ZHOU Jing，XU Ying，REN Li-ping

（School of Chengxian，Southeast University，Nanjing 210088，China）

The molar ratio of metronidazole with-CD were investigated by Job′s method．The thermodynamic parameters and stability constants during the inclusion process were investigated by the phase solubility method at different temperatures．It was suggested that complexation should be formated in solution at 1∶1 molar ratio．The phase diagram was ALtype．The stability constants and the solubilities decrease with the temperature increasing．，，were all of negative value，illustrating the complexation of metronidazole with-CD is enthalpy driven which could proceed spontaneously along with the release of heat．

-cyclodextrin；metronidazole；phase-solubility method；thermodynamic parameters

1007-9831（2016）07-0049-03

R914.4

A

10.3969/j.issn.1007-9831.2016.07.012

2016-04-15

江苏省高等学校大学生实践创新训练计划项目（scx1623）；东南大学成贤学院教学改革项目（1101300341）

张亚安（1984-），女，江苏南京人，讲师，硕士，主要从事药物化学方面的研究．E-mail：yaanamm@126.com