紫外光谱法研究环糊精与喷昔洛韦的包合作用

王晓霞，于 洋，马力通，刘金彦，王正德，闫 慧

（内蒙古科技大学化学与化工学院，内蒙古 包头 014010）

紫外光谱法研究环糊精与喷昔洛韦的包合作用

王晓霞，于 洋，马力通，刘金彦，王正德，闫 慧

（内蒙古科技大学化学与化工学院，内蒙古 包头 014010）

采用紫外光谱法研究了几种环糊精（甲基-β-环糊精、磺丁基-β-环糊精、2,6-二甲基-β-环糊精）与喷昔洛韦（PVC）的包合作用。结果表明室温下，3种环糊精与PVC的包合常数的大小依次为K2,6-DM-β-CD＞KM-β-CD＞KSEB-β-CD，且随着温度的升高，M-β-CD、SEB-β-CD的包合常数升高，2,6-DM-β-CD的包合常数降低。热力学参数ΔG＜0，ΔH＜0，M-β-CD、SEB-β-CD的ΔS为负值，2,6-DM-β-CD的ΔS为正值，说明包合过程是自发进行的放热过程，且为熵和焓联合驱动的过程。

紫外光谱；环糊精；喷昔洛韦；包合作用

喷昔洛韦（Penciclvir，PCV），化学名为 9-[4-羟基-3(羟甲基)丁基]鸟嘌呤，是抗病毒药伐昔洛韦（Famiciclovir，FCV)的活性代谢产物，是第三代核苷类光谱抗病毒药物。其制剂为1%喷昔洛韦乳膏，体外对Ⅰ型和Ⅱ型单纯疱疹病毒有抑制作用，临床上主要用于治疗唇疱疹。在我国，喷昔洛韦原料药已实现产业化，其乳膏、注射液已广泛用于临床，凝胶、滴眼液等新剂型正在研究开发中[1]。

环糊精（cyclodextrin，又称 schardinger dextrin，CD）是一系列由若干葡萄糖单元以α-1,4-糖苷键连接而成的环状低聚糖，由葡萄糖转糖基酶作用于淀粉产生，常见的环糊精是6、7、8个葡萄糖分子，是良好的天然合成包合物。环糊精是超分子化学中最重要的主体物质之一，其外部边缘是具有疏水性空腔的亲水性分子，使环糊精主体分子成为超分子化学的重要主体之一，能以氢键、范德华力、疏水性作用力及静电作用力[2]等与客体分子形成超分子包合物，并改变客体小分子的物理化学性质，在医药、食品、化妆品和分析化学等领域有广泛应用[3]。

本文用紫外光谱法研究3种环糊精与喷昔洛韦的包合作用，对紫外吸收光谱的结果进行研究并计算得出包合常数，比较其包合能力及驱动力并得出结论。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

仪器：Specord50双光束紫外分光光度计，SHA-B恒温振荡器。

试剂：喷昔洛韦（PCV，C10H15N5O3），甲基 -β-环糊精（M-β-CD，≥ 98%），磺丁基 -β-环糊精（SEB-β-CD，≥ 98%)，2,6-二甲基 -β-环糊精（2,6-DM-β-CD，≥98%）。无水乙醇（分析纯），实验用水为二次蒸馏水。

配制1×10-4mol·L-1的喷昔洛韦乙醇溶液，3种环糊精均配成2×10-2mol·L-1的水溶液。

1.2 实验方法

1.2.1 喷昔洛韦在不同环糊精溶液中的光谱测定

准备10只干净的容量瓶，准确移取1mL喷昔洛韦溶液于每只容量瓶中，然后向每只容量瓶中分别加入0～9mL的M-β-CD溶液，最后用二次蒸馏水定容，摇匀，则M-β-CD的最终浓度为0、0.002、0.004、0.006、0.008、0.01、0.012、0.014、0.016、0.018mol·L-1。在室温下进行紫外测量，吸收波长选择在190～500nm，狭缝宽度为1nm，用二次蒸馏水作参比。记录每次测量在波长254nm（吸光度最大）附近的最大吸光度值A。同样的方法测定喷昔洛韦在SEB-β-CD、2,6-DM-β-CD溶液中的紫外吸收光谱，其中 SEB-β-CD、2,6-DM-β-CD 的浓度梯度与M-β-CD的浓度梯度相同。相同的条件下进行紫外测量并记录254nm附近的最大吸光度值。

为研究温度对包合物形成的影响，做如下实验：分别取2mL喷昔洛韦于9个干净的10mL容量瓶中，再分别加入0～8mL的M-β-CD，然后定容，摇匀。之后分别在（30±0.1）℃、（40±0.1）℃、（50±0.1）℃的水浴锅中恒温放置0.5h，最后用紫外分光光度计测量其吸光度A，且记录每次测量在波长254nm（吸光度最大）附近的最大吸光度值。同样的方法测定喷昔洛韦在SEB-β-CD、2,6-DM-β-CD溶液中的紫外吸收光谱，其中 SEB-β-CD、2,6-DM-β-CD 的浓度梯度与M-β-CD的浓度梯度相同。相同的条件下进行紫外测量并记录254nm附近的最大吸光度值。

1.2.2 包合常数的测定方法

CDS与客体分子在水溶液中形成超分子复合物的过程是一个动态平衡过程，符合质量作用定理[4]。用式（1）来表征该过程[5]：

式中[PVC]为喷昔洛韦的浓度，[PVC·CD]为包合物的浓度。由修饰的Hildebrand-Benesi方程可得到包合物的包合常数K[5]：

式中A0和A分别为自由客体及CDS存在时喷昔洛韦的吸光度，[CD]0为加入体系中的环糊精的初始浓度。

2 实验结果与讨论

2.1 喷昔洛韦在不同环糊精溶液中的紫外吸收光谱

消除介质体系光谱的加和作用后，喷昔洛韦在不同浓度的 M-β-CD、SEB-β-CD、2,6-DM-β-CD 溶液中的紫外吸收光谱见图1。

图1 喷昔洛韦与3种环糊精作用的紫外光谱图Fig.1 Effect of PVC on UV adsorption spectra of three kinds of CDS

从图1可以看出，喷昔洛韦在3种环糊精中的吸收光谱表现出一致的趋势，即随着环糊精的加入，吸光度值增加。这说明喷昔洛韦与CDS形成了稳定的包合物，这种光谱变化是CDS空腔内的高密度电子云诱导喷昔洛韦电子云移动的结果。由图1可知，该包合过程整体的峰形大致相同，最大吸收波长的位置微有波动，且吸光度值随环糊精浓度的增加而增加。另外，由图1可知，使喷昔洛韦吸光度达到相同值所需环糊精的量为：2,6-DM-β-CD＜M-β-CD＜ SEB-β-CD。

2.2 包合常数的测定

图2 喷昔洛韦与不同环糊精形成包合物的线性曲线Fig.2 Liner fitting of PVC/CDS inclusion complexs

从图 2 可以得出室温下 M-β-CD、SEB-β-CD、2,6-DM-β-CD的包合常数值，结果见表1。

表1 室温下喷昔洛韦/环糊精的包合常数KTable.1 Binding constants K value of PVC/CDS at room temperature

从包合常数的差异可以看出，不同环糊精与喷昔洛韦形成包合物的能力不同。同一温度下，K2,6-DM-β-CD＞ KM-β-CD＞ KSEB-β-CD，即 2,6-DM-β-CD 的包合能力大于 M-β-CD，M-β-CD 大于 SEB-β-CD。

2.3 温度对包合物形成的影响

包合物的形成是一个动态平衡过程，温度会对包合常数产生重要影响[6]。根据测量数据，由修饰的Hildebrand-Benesi方程通过作图得双倒数曲线，则包合常数K为直线的截距与斜率之比。环糊精与喷昔洛韦的包合物在不同温度下的包合常数见表2。

表2 不同温度下喷昔洛韦/环糊精的包合常数KTable.2 Binding constants K value of PVC/CDS at different temperatures

由表2可知，随着温度的升高，PVC与M-β-CD、SEB-β-CD的包合常数升高，说明温度的升高有利于包合物的形成；PVC与2,6-DM-β-CD的包合常数下降，表明随着温度升高，分子热运动增加，不利于包合物的形成。根据表中不同温度下的包合常数，结合 Van’t Hoff方程[7]：

通过lnK对1/T作图，由直线斜率和截距计算热力学参数ΔH和ΔS，结果见表3。

表3 不同温度下 PVC/CDS的热力学常数Table.3 Thermodynamics constant value of PVC/CDS at different temperatures

在实验温度内，ΔG、ΔH均为负值，说明CDS与PVC的包合反应均为能自发进行的放热过程[8]。PVC与M-β-CD、SEB-β-CD的ΔS为负值，表明包合物形成后，整个体系的有序性增加；2,6-DM-β-CD的ΔS为正值，表明包合物形成后体系的有序性降低。整个包合过程为熵和焓联合驱动的过程，驱动力为范德华作用力和氢键等。

3 结果与讨论

[1] 邹尚荣，洪鸣.抗病毒药喷昔洛韦的合成工艺改进[J].海峡药学，2009，21(4)：92-94.

[2] 张有明，彭晓霞，魏太保，等.β-环糊精与两性表面活性剂相互作用[J].无机化学学报，2002(18)：773-776.

[3] Szente L, Mikuni K, Hashimoto H, et al. Journal of Inclusion Phenomena and Molecular Recognition in Chemistry, 1998,32: 81.

[4] 张安平，罗凡，刘维屏.紫外光谱法研究环糊精/精唑禾草灵超分子复合体[J].光谱学与光谱分析，2006，26(12)：2298-2301.

[5] 童林荟.环糊精化学-基础与应用 [M].北京：科学出版社，2001：135.

[6] 文先红，郭明.光谱法研究环糊精与艾地苯醌的超分子作用[J].光谱实验室，2009，26(1)：1-4.

[7] 李俊芬，许志成，董川.隐丹参酮与环糊精包结物的制备与光谱研究[J].分析科学学报，2004，20(3)：229-232.

[8] Szejtli J. Complex dissociation-association equilibria and methods for determination of the stability constants-Spectroscopic methods [J] .Cyclodextrins Technology,1988(2): 148-156.

[9] 杨克迪，彭盼，葛利，等.β-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.

Inclusion Interaction of Cyclodextrin with Penciclvir

WANG Xiaoxia, YU Yang, MA Litong, LIU Jinyan, WANG Zhengde, YAN Hui
(School of Chemistry and Chemical Engineering, Inner Mongolia University of Science and Technology, Baotou 014010, China）

The inclusion interaction of various cyclodextrins (M-β-CD, SEB-β-CD, 2,6-DM-β-CD) with penciclvir was studied by UV spectra technique. The results showed that the order of binding constants of three types cyclodextrins with penciclvir was K2,6-DM-β-CD＞KM-β-CD＞ KSEB-β-CDunder room temperature, and the binding constants of M-β-CD，SEB-β-CD increased, the binding constants of 2,6-DM-β-CD decreased as the temperature increased. The thermodynamics parameter ΔG＜0, ΔH＜0, ΔS＜0 of M-β-CD and SEB-β-CD were negative, 2,6-DM-β-CD was positive, suggested that the inclusion interaction was exothermic and spontaneously occurred by balance of enthalpy and entropy driven.

UV spectra; cyclodextrin; penciclvir; inclusion interaction

R 978.1

A

1671-9905(2017)10-0001-04

国家自然科学基金（21463016）；内蒙古自然科学基金（2013MS0209）；内蒙古高等学校科学研究项目（NJZZ14160）；内蒙古科技大学创新基金资助项目（2012NCL034）；内蒙古科技大学大学生创新基金项目

王晓霞（1984-），女，内蒙古包头市人，硕士，讲师，主要从事荧光光谱分析

2017-06-26