氧化槐果堿溶解行為之熱力學(xué)研究

張澎釗

摘 要：在常壓，298.15 K條件下，用RD 496-CK 2000 微量量熱計(jì)測量氧化槐果堿在蒸餾水中的溶解焓，得到氧化槐果堿在蒸餾水中的微分和積分溶解熱，建立熱量與溶質(zhì)的量之間的關(guān)系式，由動力學(xué)方程知其溶解過程為一級反應(yīng)，在吸熱過程中半衰期t=66.48 min，摩爾焓變△H=-4.28 KJ·mol-1，吉布斯自由能△G =94.48 KJ·mol-1，摩爾熵變△S=-331.24 J·mol-1·K-1;在放熱過程中，半衰期t=60.04 min，摩爾焓變△H=10.40 KJ·mol-1，摩爾吉布斯自由能△G=224.79 KJ·mol-1，摩爾熵變△S= -719.06 J·mol-1·K-1 。

關(guān)鍵詞：熱力學(xué);動力學(xué);溶解;氧化槐果堿

1. 引言：

藥用植物是人類生存與發(fā)展的重要自然資源。我國藥用植物資源豐富，有記載的藥用植物11020種，隸屬于383科，2313屬，約占藥用植物資源總數(shù)的87%，是植物藥種植和出口大國。

苦參是一種常用的中藥材，主要產(chǎn)于我國山西，河南，河北及西北各省。臨床研究也證實(shí)，苦參含有多種化學(xué)成分，如苦參堿，氧化苦參堿，N-氧化槐根堿，槐定堿，并都具有廣泛的生物活性，其中苦參中70%左右為氧化苦參堿[1]。氧化槐果堿是苦參苦豆子等豆科植物中的生物堿[2]，是這些中草藥的有效成分，藥理作用較廣，能升高白細(xì)胞數(shù)，加強(qiáng)機(jī)體免疫力，而起抗痢疾桿菌，皮膚真菌，滴蟲等感染的作用。

氧化槐果堿是槐果堿的氮氧化物，在水、甲醇、乙醇、氯仿、苯等溶劑中溶解性較好，難溶于乙醚，水合物熔點(diǎn)162℃-163℃，無水物C15H22N2O2 為207℃，分子量：364.36，形狀：白色或類白色結(jié)晶性粉末，無臭、味苦。

氧化槐果堿可溶于多種有機(jī)溶劑和水中，本次實(shí)驗(yàn)采用微熱量熱法，只研究了在298.15 K下其在蒸餾水中的溶解，經(jīng)計(jì)算得出其溶解過程的動力學(xué)方程和熱力學(xué)數(shù)據(jù)。

2. 實(shí)驗(yàn)

2.1 試劑

氧化槐果堿：寶雞市方晟生物科技開發(fā)有限公司;蒸餾水

2.2 儀器及條件

RD 496微量量熱計(jì)（四川綿陽中物熱分析有限公司）;CK 2000測控儀（四川綿陽中物熱分析有限公司）;AB 135-S電子天平。

2.3 實(shí)驗(yàn)條件

在常壓及298.15 K條件下，分別取質(zhì)量為10.20 mg、11.65 mg、13.36 mg、15.37 mg氧化槐果堿，溶解在同體積（1.5 ml）蒸餾水中。用微熱量熱儀測出溶解熱。

3. 結(jié)果與討論

3.1在蒸餾水中的熱力學(xué)溶解行為

本次實(shí)驗(yàn)所取質(zhì)量小于20 mg時，298.15 K下，在蒸餾水中的溶解為吸熱過程，用RD 496-2000微量量熱計(jì)平行測量四次，每次測量結(jié)果比較接近，精密度也好。

下表1.1描述不同質(zhì)量的氧化槐果堿在1.5 ml蒸餾水中溶解所吸收的熱量

從上表中，可看到隨質(zhì)量不斷增加，吸收熱量增加，摩爾焓變大體保持不變，所以不同質(zhì)量下計(jì)算的摩爾焓變的平均值也可以認(rèn)為是氧化槐果堿在蒸餾水中無限稀釋溶解的摩爾焓變。

由上表中的物質(zhì)的量n和吸收的熱量Q之間良好線性關(guān)系，根據(jù)分析可以確定其在蒸餾水中的摩爾焓變?yōu)?4.28 kJ·mol-1。

3.2在蒸餾水中溶解過程的動力學(xué)

動力學(xué)方程描述的是在蒸餾水中的溶解速率，根據(jù)動力學(xué)方程及數(shù)據(jù)經(jīng)計(jì)算查詢可得到：

298.15 K下氧化槐果堿在蒸餾水中溶解吸熱過程的反應(yīng)級數(shù)n=1.39速率常數(shù)k= 10-3.76 ，可以近似認(rèn)為此溶解過程為準(zhǔn)一級反應(yīng)，則此溶解過程的半衰期t1/2=66.48 min

3.3在蒸餾水中的熱力學(xué)計(jì)算

本次試驗(yàn)在CK 2000微量量熱計(jì)里進(jìn)行，控溫298.15 K，是等溫等壓等容的環(huán)境，符合熱力學(xué)公式計(jì)算條件。經(jīng)計(jì)算匯總，t1/2（min）= 64.48，ΔS（J·mol-1·K-1）= -331.24，ΔH（kJ/mol）= -4.28，ΔG（kJ·mol-1）= 94.48

由以上數(shù)據(jù)計(jì)算得到表觀摩爾焓和偏摩爾焓如下表2.1所示

4.小結(jié)

（1）氧化槐果堿在蒸餾水中的溶解度大，質(zhì)量太小可能會造成不可避免的誤差，由于實(shí)驗(yàn)儀器本身容量的局限性此次試驗(yàn)選擇了質(zhì)量為10 mg到16 mg 的4個梯度進(jìn)行，但由于該藥物分子結(jié)構(gòu)在水中溶解的特殊性，線性關(guān)系良好。

（2）經(jīng)計(jì)算得在298.15 K下其在蒸餾水中的溶解動力學(xué)方程為吸熱時，可以近似認(rèn)為是準(zhǔn)一級反應(yīng)，其半衰期為吸熱時t1/2=66.48 min，速率常數(shù)k=10-3.76 s-1，其熱力學(xué)數(shù)據(jù)分別為摩爾焓變△solH=-4.28 kJ·mol-1， 摩爾熵變△solS=-331.24 J·mol-1·K-1，摩爾吉布斯自由能△solG=94.48 kJ·mol-1。

（3）氧化槐果堿（OSC）和槐果堿（SC）都是苦參中的重要化學(xué)物質(zhì)，且它們的分子結(jié)構(gòu)非常相近，比槐果堿多一個氧原子，從分子結(jié)構(gòu)判斷兩者可能具有相似的藥理活性。

參考文獻(xiàn)

[1] 王紅程，姜新道. 苦參素藥理作用研究進(jìn)展[J]. 齊魯藥事，2008， 2 （27）：106-107.

[2] 楊清娥，張宏利，韓崇選，楊學(xué)軍，王明春.氧化槐果堿的提取分離工藝及其毒性研究[J].西北林學(xué)院院報(bào)，2006， 5 （30）：123.