環(huán)糊精與諾卡酮包合物研究

唐 蜜，茍 銓，孔小杰，黃巨波，劉 紅，賈桂云

（1.海南師范大學(xué) 化學(xué)與化工學(xué)院，海南 海口571158；2.海南省熱帶藥用植物化學(xué)重點實驗室，海南 海口571158）

環(huán)糊精與諾卡酮包合物研究

唐 蜜1，茍 銓1，孔小杰1，黃巨波1，劉 紅2*，賈桂云1

（1.海南師范大學(xué) 化學(xué)與化工學(xué)院，海南 ?？?71158；2.海南省熱帶藥用植物化學(xué)重點實驗室，海南 海口571158）

以濕法技術(shù)制備了諾卡酮的β-環(huán)糊精和羥丙基β-環(huán)糊精包合物，并通過1H-NMR及紅外光譜法、熒光光譜法對包合物進(jìn)行了鑒定，最后采用熒光光譜法計算熱力學(xué)參數(shù).結(jié)果發(fā)現(xiàn)：β-環(huán)糊精、羥丙基β-環(huán)糊精與諾卡酮以1∶1形成包合物,客體與包合物圖譜有顯著的差異，包合過程均有負(fù)的ΔG和正的ΔH、ΔS.

β-環(huán)糊精；羥丙基β-環(huán)糊精；諾卡酮；包合

諾卡酮自20世紀(jì)60年代被發(fā)現(xiàn)后[1]，被廣泛用于煙草，食品等行業(yè)[2-3]，然而它的最大特點是易揮發(fā)，難保存，在空氣中易氧化變質(zhì)[4].β-環(huán)糊精（β-CD）作為一種藥用輔料已經(jīng)被廣泛的用于增加難溶藥物的水溶性、穩(wěn)定性、溶出速率和生物利用度，可以與一些非極性、大小、形狀及性質(zhì)相匹配的客體分子或某些客體分子的疏水性基團形成包結(jié)物.在眾多β-環(huán)糊精中，羥丙基β-環(huán)糊精（HP-β-CD）由于水溶性好，對熱穩(wěn)定,被認(rèn)為是最有前途的藥物載體材料之一[5].本文研發(fā)β-環(huán)糊精，羥丙基β-環(huán)糊精的包合作用.

1 實驗

1.1 材料

諾卡酮，98%（廣州偉伯化工有限公司），β-環(huán)糊精（M=1134）和羥丙基β-環(huán)糊精（相對分子量為1380，昆山瑞斯克化工原料有限公司），蒸餾水，無水乙醇.儲備1 mmol/L的β-環(huán)糊精和羥丙基β-環(huán)糊精50%乙醇溶液，10 μmol/L的諾卡酮溶液，均避光保存.

1.2 包合物的制備

諾卡酮-環(huán)糊精包合物的制備采用濕法制備[6].取β-環(huán)糊精和羥丙基β-環(huán)糊精各0.1 mmol，用5 mL的50%乙醇溶液制成飽和溶液，另取兩份0.1 mmol的諾卡酮，直接加入到溶液中，密封、避光攪拌120h.完成攪拌后用0.45 μm的醋酸纖維薄膜過濾不溶物，將濾液真空干燥得到包合物.

1.3 熒光光譜法

采用熒光分光光度計（日本島津RF-5301PC，參數(shù)為：EX 225.0 nm；EM掃描范圍300.0 nm到400.0 nm；狹縫寬度EX：3.0 nm，掃描速度為快速，靈敏度采用高靈敏度）.

1.4 氫譜核磁共振及紅外光譜

包合物溶解在D2O，諾卡酮溶解在CDCl3中，400 MHZ核磁共振波譜儀（瑞士布魯克公司）.

KBr壓片制樣，傅里葉變換紅外光譜儀（美國力高立360）測定其包合物的紅外光譜.

2 結(jié)果與分析

2.1 包合物的分析

包合物、簡單物理混合物、β-環(huán)糊精客體諾卡酮的紅外光譜（IR）見圖1.紅外光譜分析在1650-1700 cm-1處，諾卡酮的峰形變小而略變?nèi)酰驶奶卣鞣逄幾兓@示出包合物與環(huán)糊精和純諾卡酮分子有較大差異，說明形成了包合物.諾卡酮-環(huán)糊精的包合物氫譜見圖2.從氫譜及化學(xué)位移值看，帶有α，β-不飽合酮的環(huán)上的質(zhì)子受環(huán)糊精的影響較大，尤其是H1，H2，環(huán)外雙鍵上的氫（H3，H4）也受一定程度的影響.氫譜數(shù)據(jù)進(jìn)一步說明了包合物的形成，而且可能是α，β-不飽合酮的環(huán)進(jìn)入環(huán)糊精的洞腔內(nèi)，進(jìn)入方向還有待研究.

2.2 熒光法研究

圖3和圖4顯示了諾卡酮在不同濃度的β-環(huán)糊精和羥丙基β-環(huán)糊精包合后的熒光光譜（303 K）.激發(fā)波長為225 nm時，諾卡酮在333 nm處有最大發(fā)射峰.隨著增加環(huán)糊精的濃度，諾卡酮的熒光強度逐漸增強；同時也還觀察到，當(dāng)加入環(huán)糊精時會發(fā)生藍(lán)移現(xiàn)象，加入β-環(huán)糊精會藍(lán)移1 nm，而羥丙基β-環(huán)糊精則是2 nm.這表明，諾卡酮與β-環(huán)糊精和羥丙基β-環(huán)糊精均形成了包合物.當(dāng)客體分子進(jìn)入環(huán)糊精的空腔后，環(huán)糊精的具有較強的剛性和較小極性的微環(huán)境可能會束縛自由的客體，因而能增強熒光量子產(chǎn)率.此外，環(huán)糊精環(huán)面的空位阻可以防止客體分子激發(fā)態(tài)發(fā)生非輻射和淬滅作用（通常容易發(fā)生在水溶液中），也可以增強客體分子的熒光效率[7].

2.3 包合比和包合常數(shù)研究

包和常數(shù)可以運用Benesi-Hildebrand公式進(jìn)行計算：

2.4 包合反應(yīng)熱力學(xué)參數(shù)研究

包合作用的熱力學(xué)參數(shù)可以通過不同溫度下包合常數(shù)的變化來求得.在實驗溫度范圍內(nèi)，如果焓變ΔH變化不大，，那么熱力學(xué)參數(shù)ΔG，ΔH，ΔS可以用Van't Hoff方程來計算：

表1 β-CD和HP-β-CD包合常數(shù)及熱力學(xué)參數(shù)Tab.1Inclusion constants and thermodynamic parameters of nootkatone with β-CD or HP-β-CD

方程中，K是某一溫度下包合常數(shù)，用Van’t Hoff方程作出的線性關(guān)系見圖7.計算出ΔH，ΔS后，可以運用下列方程來計算ΔG：ΔG=ΔH-TΔS

計算結(jié)果見表1.負(fù)的ΔG表明包合過程是自發(fā)的，而正的ΔH表明包合作用要吸熱.比較諾卡酮與β-環(huán)糊精和羥丙基β-環(huán)糊精的包合熱力學(xué)參數(shù)可知，在熱力學(xué)上諾卡酮與羥丙基β-環(huán)糊精的包合更有利.ΔS＞0則說明諾卡酮客體已進(jìn)入環(huán)糊精主體的洞腔中.由于客體周圍或環(huán)糊精空腔內(nèi)部有序溶劑殼的破損，造成了ΔS的增加[8].

3 結(jié)論

諾卡酮的易揮發(fā)，難保存，在空氣中易氧化變質(zhì)等缺點，在和環(huán)糊精包合后得以改善.通過熒光光譜，氫譜，紅外光譜研究了諾卡酮與β-環(huán)糊精和羥丙基β-環(huán)糊精的包合作用.每個包合材料與諾卡酮均以1∶1形成包合物，在不同溫度下兩種包合材料都有各自的優(yōu)勢：低溫β-CD有利于包合，而高溫則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]世界香料香精市場一個月詳報[R].International Trade,2005(2):212.

[3]陳永寬,謝冰,劉欣宇,等.圓柚酮的晶體結(jié)構(gòu)及在煙用香精香料中的應(yīng)用[J].精細(xì)化工,2006,23(10):980.

[4]劉紅,宋小平,紀(jì)明慧,等.益智油β-環(huán)糊精包合物制備工藝的研究[J].中草藥,2002,33(11):994.

[5]張伶俐.β-環(huán)糊精包合物的研究[D].新疆大學(xué)碩士學(xué)位論文,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

國家大學(xué)生創(chuàng)新性實驗計劃（091165824）；海南師范大學(xué)物理化學(xué)重點學(xué)科資助項目

*通訊作者

畢和平