（化学工艺专业论文）2羟丙基β环糊精的合成及色谱分离研究.pdf

摘要 2 羟丙基p 环糊精是p 环糊精的一类羟烷基化衍生物，与p 环糊精相比， 其在水溶性、溶血性、生物利用度以及对人体刺激性等方面均有很大改善，因此， 在药剂学和手性分离等领域具有广阔的应用前景。本文利用b 环糊精和环氧丙烷 在碱溶液中合成了2 羟丙基b 环糊精，并对该合成工艺进行了研究。在此基础 上，对不同取代度的2 羟丙基b 环糊精产品进行了色谱分离。 考察了碱浓度、原料配比、反应时间等反应条件对合成产品的平均取代度和 物系组成的影响。结果表明：( 一) 随碱浓度的增加，产品的平均取代度呈先增 后减趋势。碱浓度为9 时，产品的平均取代度达到最大值。低碱度下易生成2 位取代的2 羟丙基p 环糊精，高碱度下易生成6 位取代的2 羟丙基p 环糊精。 ( 二) 随着原料中环氧丙烷比例的增加，产品的平均取代度增大，当环氧丙烷：1 3 一 环糊精( 摩尔比) 大于1 4 ：1 时，产品的平均取代度增加缓慢。混合产品中不同 取代度产品呈对称型分布。( 三) 反应完成时间与碱浓度的高低有关。当环氧丙 烷：1 3 - 环糊精( 摩尔比) 为7 ：1 时，1 5 的碱浓度下反应完成时问为2 4 h ，3 0 的碱浓度下反应完成时间为7 2 h 。( 四) 正交实验结果表明：在碱浓度、原料配 比、反应时间中，原料配比是产品平均取代度的显著性影响因素。 通过薄层展开体系的选取和优化，找到了3 种能够有效分离不同取代度产品 的展开剂体系，分别为正丙醇水浓氨水( 6 ：3 ：l ，v v ) 、异丙醇水浓氨水( 6 ： 4 ：0 5 ，矿) 、乙醇水一浓氨水( 6 ：3 ：0 8 ，v v ) 。利用柱色谱方法对不同碱浓度 下的2 羟丙基8 环糊精产品进行了分离制备，得到了5 种分子结构不同的2 羟 丙基- p 一环糊精。通过i r 、d s c 、e s i m s 、1 h n m r 、”c n m r 、h s q c 等表征， 确定产品分别为单2 - o ( 2 羟丙基) p 环糊精、双2 o 。( 2 羟丙基) p 环糊精、 单6 - o 一( 2 - 羟丙基) - b 环糊精、双2 ，6 - 0 ( 2 羟丙基) 1 3 - 环糊精、三2 ，6 o ( 2 羟丙基) b - 环糊精。 关键词：2 羟丙基b 环糊精合成色谱分离结构表征 a b s t r a c t 2 - h y d r o x y p r o p y l f l - c y c l o d e x t r i n s w e r eas e r i e so ft h eh y d r o x y a k y l a t e d d e r i v a t i o n so f1 3 - c y c l o d e x t r i mc o m p a r e dt od c y c l o d e x t r i n ，t h ep r o p e r t i e so ft h e s e c o m p o u n d sh a v el a r g e l yb e e ni m p r o v e di nt h es o l u b i l i t y , s t a b i l i t y , b i o a v a i l a b i l i t ya n d s a f e t y t h e yw e r ew i d e l yu s e di nt h ep h a r m a c e u t i c sa n da i l a l y t i c s i nt h i sp a p e r , 2 - h y d r o x y p r o p y l 1 3 - c y c l o d e x t r i u s w e r es y n t h e s i z e d b yp r o p y l e n e o x i d ea n d 1 3 - c y c l o d e x t r i ni na l k a l is o l u t i o n n l er e a c t i o ns y n t h e s i sp r o c e s s 、棚i n v e s t i g a t e d o t h e r w i s e ，p r e p a r e dc h r o m a t o g r a p h ys e p a r a t i o nm e t h o dw a su s e dt og e td i f f e r e n t s u b s t i t u t e dd e g r e e s2 - h y d r o x y p r o p y l b - c y e l o d e x t r i n s t h ei n f l u e n c e so ft h er e a c t i o nc o n d i t i o ns u c ha se o n e e n t r a t i o no fa l k a l is o l u t i o n , t h em o l a rr a t i oo fr a wm a t e r i a l ，t h er e a c t i o nt i m eo nt h ea v e r a g es u b s t i t u t e dd e g r e e s a n dc o n t e n to f2 - h y d r o x y p r o p y l 1 3 - - c y c l o d e x t r i n sw e r es t u d i e di n t h i sp a p e r t h e r e s u l t ss h o w e dt h a t ：nw i t ht h ei n c r e a s eo fa l k a l is o l u t i o nc o n c e n t r a t i o n , t h e s u b s t i t u t e dd e g r e e si n c r e a s e da tf i r s ta n dt h e nd e c r e a s e d w l e nt h ea l k a l is o l u t i o n c o n c e n t r a t i o nw a sa t9 t h ea v e r a g es u b s t i t u t e dd e g r e e sc a l la r r i v ea tt h el a r g e s t v a l u e t h e2 一o hc a nb es u b s t i t u t e di nt h el o w e ra l k a l is o l u t i o n a n d6 - o hp r e f e r r e dt o b er e c e i v e di nt h e h i g h e ra l k a l is o l u t i o n 2 ) w i t ht h em a s so fp r o p y l e n eo x i d e i n c r e a s e d ，t h ea v e r a g es u b s t i t u t e dd e g r e e sa l s oi n c r e a s e d l l - l e nt h em o l a rr a t i oo f p r o p y l e n eo x i d ew i t l l1 3 - c y c l o d e x t r i nw a sa b o v e1 4 ：1 t h ec h a n g eo fa v e r a g e s u b s t i t u t e dd e g r e e ss l o w e dd o w n t h ec o n t e n t so fc o m p o u n d sw i t hd i f f e r e n t s u b s t i t u t e dd e g r e ed i s t r i b u t e ds y m m e t r i c a l l y 3 ) t h ef i n i s h e dr e a c t i o nt i m ew a sr e l a t e d t ot h ec o n c e n t r a t i o no f a l k a l is o l u t i o n , 2 4h o u r sf o r 】5 a l k a l is o l u t i o na n d7 2h o u r $ f o r3 0 a l k a l is o l u t i o n 4 ) o r t h o g o n a lc o n d i t i o ne x p e r i m e n t sd e m o n s t r a t e dt h a tt h e r a wm a t e r i a lr a t i ow a st h em o s td i s t i n c t i v ef a c t o rt os u b s t i t u t e dd e g r e e sa m o n ga l k a l i s o l u t i o nc o n c e n t r a t i o n , r a wm a t e r i a lr a t i oa n dr e a c t i o nt i m e t h r e ee f f e c t i v ed e v e l o p e ds o l u t i o n sw e r ec h o s e no u tt h r o u g ht h i n l a y e r c h r o m a t o g r a p h y t h e yw c r el - p r o p a n o l - w a t e r - a m m o n i ac o n e d ( 6 ：3 ：1 ，功， 2 - p r o p a n o l w a t e r - a m m o n i ac o n e d ( 6 ：4 ：0 5 ，r e ) ，a n de t h a n o l w a t e r - a m m o n i ac o n e d ( 6 ：3 ：o 8 ，v v ) f i v e2 - h y d r o x y p r o p y l - p c y c l o d e x t r i n s 、v i t hd i f f e r e ms u b s f i t u t e d d e g r e e sa n dp o s i t i o n sw h i c hw e r ed e r i v e db ys i l i c ac o l u m nc h r o m a t o g r a p h yw e r e p r o v e dt ob em o n o 一2 - 0 - ( 2 - h y d r o x y p r o p y l ) 1 3 一c y e l o d e x t r i n ，d i - 2 o - ( 2 - h y d r o x y p r o p y l ) - 1 3 c y c l o d e x t r i n , m o n o 60 ( 2 - h y d r o x y p r o p y l ) 一p c y c l o d e x t r i n ,d i - 2 ，6 - 0 - ( 2 - h y d r o x y l - p r o p y l ) 一1 3 c y c l o d e x t r i n , 仃i - 2 ，6 - 0 ( 2 - h y d r o x y p r o p y l ) - 1 3 - - c y c l o d e x t r i nb ym e a n so fi r , d s c ，e s i m s ，1 h n m r , 1 3 c n m r , h s q c k e yw o r d s ：2 - h y d r o x y p r o p y l 一1 3 一c y c l o d e x t r i n s ；s y n t h e s i s ；c h r o m a t o g r a p h ys e p a r a t i o n ； s t r u c t u r ec h a r a c t e r i z a t i o n 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得鑫鲞盘堂或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：弘。分舀 签字日期：矽多年月，矿日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解墨洼盘堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权苤生态堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：弘苦易导师签名：乃漱 签字日期：口p 二年) ，月- 彳日签字日期：口以年月，日 前言 刖吾 b 环糊精衍生物是近年来倍受关注的一类功能型超分子化合物，它既保留了 b 环糊精母体的手性疏水空腔结构，又随着不同性质基团的引入而具有水溶性 好、选择性高等诸多环糊精母体无法比拟的优良性质。目前，该类衍生物已经在 医药、食品、化工和农业等方面得到了广泛应用。 2 羟丙基d 环糊精是b 环糊精的一类羟烷基化衍生物，与其p 一环糊精母体 相比，它的水溶性有很大改善，并具有溶血作用小、刺激性轻微、在人体内几乎 不发生代谢等优点，在提高药物的溶解度、稳定性、生物利用度等方面有着广阔 的应用前景。目前2 羟丙基8 环糊精已有m o l e e u s o l t m 和e n a c a p s i n t m 两种商业 产品面世，也是美国f d a 批准可供静脉注射的b 环糊精衍生物之一。 目前，在2 羟丙基b 环糊精的应用研究中存在两个方面的问题。一方面是 由于d 环糊精分子中c - 2 、c 3 、c 6 上羟基对试剂的竞争反应，反应过程中会生 成众多具有不同取代位置及取代基数目的2 羟丙基b 环糊精，导致产品的物系 组成交得十分复杂，因此，多数对2 羟丙基1 3 环糊精的研究仅限于特定合成条 件下产品的应用潜力探讨，对合成条件与产品物系组成、理化性能之间的影响规 律研究较少，使许多应用研究的结论难以具有普遍性；另一方面是合成的2 羟丙 基p 一环糊精产品多为混合物，对于特定结构的2 羟丙基争环糊精的制备与表征 很少，也限制了在应用研究中对2 羟丙基一3 一环糊精的药用特性与包结机理的深 入探讨。 针对上述问题，本文通过改变碱浓度、原料配比、反应时间等反应条件。并 结合正交实验条件，以环氧丙烷和p 环糊精为原料制备了不同的2 羟丙基p 环 糊精产品。通过e s i m s 、1 h n m r 、1 3 c n m r 等手段对产品的平均取代度和物系 组成的表征，得到了反应条件与产品平均取代度和物系组成之间的一些影响规 律。在此基础上，对2 羟丙基p 环糊精混合产品的色谱分离进行了研究，找到 了一系列能够有效分离不同取代度2 羟丙基d 环糊精产品的展开剂体系，并利 用柱色谱对不同结构的2 羟丙基b 环糊精产品进行分离制备，得到了5 种不同 结构的2 羟丙基b 环糊精产品，给出了双、d s c 、e s i m s 、1 h n m r 、”c n m r 、 h s q c 等表征数据，为将来2 羟丙基b 环糊精的应用研究提供了一定的指导。 第一章文献综述 1 1 环糊精概述 第一章文献综述 环糊精( c y c l o d e x t r i n ) 是继冠醚之后超分子化学研究的第二代主体化合物 自从被发现以来，环糊精及其衍生物已经在科学和技术的诸多领域得到了广泛应 用 1 - 5 】。环糊精是一类通过环糊精葡萄糖基转移酶作用于淀粉产生的，由一定数 目的d ( + ) 毗喃型葡萄糖通过a - 1 ，4 一糖苷键首尾相连形成的环状多糖化合物。较 为常见的三种环糊精分别含有6 ，7 ，8 个葡萄糖单元，称之为o f - 、p - 、丫- 环糊精。 1 1 1 环糊精的结构与性质 环糊精分子的外形里截锥状，分子中的每个葡萄糖单元采取未扭曲的椅式构 象，作为吡喃葡萄糖单元4 c 1 构象的结果，环糊精分子中所有伯羟基均座落于环 的一侧，即葡萄糖单元的6 位羟基构成了环糊精截锥状结构的主面( 较窄端) ， 而所有仲羟基座落于环的另一侧，即2 位和3 位羟基构成了环糊精截锥状结构的 次面( 较阔面) 。环糊精的内壁由指向空腔的c 3 和c 5 上的氢原子以及糖苷键氧 原子构成，使其空腔内部有较高电子云密度 6 j ，表现出一定的疏水性。环糊精次 面的仲羟基则使其大口端和外壁表现为亲水性。另外，由于6 位亚甲基的存在， 使其主面也表现出一定的疏水性。图1 - l 为b 环糊精结构的模型。 图l - 1b 一环糊精的结构图 f i g1 - 1t h es t r u c t u r eo f b c y c l o d e x t r i n 环糊精的这种疏水空腔结构为大量底物和客体分子提供了结合空间，而且客 体分子与环糊精主体包结配位后，其水溶性、热稳定等化学性质以及光、电、磁 薯矿一 蛩 第一章文献综述 等物理性质在特定情况下有可能发生改变，从而在分子识别、模拟酶、超分子自 组装等方面有重要的研究价值阴。 由于a 、d 、r 糊精分子中含有的葡萄糖单元数不同，导致它们在溶解度、 空腔尺寸、旋光度以及结晶形状等物化性质上也不尽相同。表i - 1 列出了三种常 见环糊精一些基本性质1 2 。 表1 la - ，p 一和丫环糊精的一些基本性质 t a b l e1 1s o m eb a s i c p r o p e r t i e so f 叶，b a n d y - c y c l o d e x t r i n s 墅塑堕壅型竖：q ： 葡萄糖单元个数 678 相对分子质量 水中溶解度( g 1 0 0 m l ，室温) m 苟 空腔直径( r i m ) 空腔高度( r i m ) 外围直径( r i m ) 空腔近似容积( r i m 3 ) l m o l 环糊精的近似容积( m l ) 1 9 环糊精的近似容积( m l ) 晶形( 水中) 结晶水( 叭) 4 0 时的散射常数 a o r y z a 淀粉酶对其水解情况 碘显色 9 7 2 1 4 5 1 5 0 土0 5 0 4 7 埘5 3 0 7 9 o 0 1 1 4 6 0 0 4 0 1 7 4 1 0 4 0 1 0 六边形片状 1 0 2 3 4 4 3 可忽略 蓝 1 1 3 5 1 8 5 1 6 2 5 o 5 o 6 m m 6 5 0 7 9 土o 0 1 1 5 4 士0 0 4 0 2 6 2 1 5 7 0 1 4 单斜的平行 四边形 1 3 2 - , 1 4 5 3 2 2 4 慢 黄褐 1 2 9 7 2 3 2 1 7 7 4 o 5 o 7 5 加8 3 0 7 9 o 0 1 1 7 5 0 0 4 0 4 2 7 2 5 6 o 2 0 棱柱 8 1 3 1 7 7 3 0 0 0 快 黄褐 1 1 2 环糊精的化学修饰 修饰环糊精( m o d i f i e dc y c l o d c x t r i n s ) 是指在保持环糊精主体大环结构的前 提下，引入其它具有特殊功能的基团的环糊精衍生物( c y c l o d e x t r i nd e r i v a t i v e s ) 。 环糊精的修饰一般分为化学法修饰和酶法修饰。由于环糊精具有一定的化学 稳定性，可以通过化学反应来构筑各种新型超分子化合物，所以环糊精的化学修 饰深受众多研究者的青睐，在环糊精的研究中占有相当大的比重。通过环糊精的 第一章文献综述 化学修饰可以达到如下目的：一，引入亲水性基团，增加其自身以及超分子复合 体在水中的溶解度；二，引入手性基团，增加其结合客体分子的手性识别位点， 提高或改变其对客体分子的包结和识别能力；三，引入具有特殊功能的基团，构 筑新型超分子化合物以及自集成超分子聚集体肾。 到目前为止，有关环糊精化学修饰的研究论文已超过万篇，多为应用方面的 研究 1 1 】，从合成角度出发进行探讨的综述文章很有限。d s o u z a | 1 2 等人曾对在环 糊精c - 2 ，c 3 ，c 6 位置选择性修饰的技术路线，引入取代基团的数目、取代位 置及性质作了较为详细的阐述。按照化学键断裂的不同可将环糊精的化学修饰分 为o h ，c o ，c h ，c c 等几类反应，而其中绝大多数的反应都是在一o h 位置 引入修饰基团。环糊精主体分子中含有c - 2 ，c 一3 ，c - 6 位羟基，其中反应活性的 顺序为：6 o h 2 o h 3 o h ，而酸性强弱顺序为：2 - o h 3 - o h 6 o h ，可以根 据不同的反应条件，使三种羟基能够选择性的与烷基卤化物、环氧化物、烷基或 芳香基酰氯以及异氰酸醣等反应生成醚类或酯类等环糊精衍生物【i 引。 环糊精的化学修饰中，选择性定位和确定修饰基团数目一直是个难点。一般 选择性定位的方法有：一，控制反应条件，典型例子是磺酰化剂t s c l 与环糊精 反应时，在于吡啶溶剂中进攻6 位羟基，而在碱性水溶液中则进攻2 ，3 位羟基 “6 】。在选择性修饰中，通过控制溶剂p h 值、修饰剂、溶剂类型以及反应方式 等条件可以得到预定取代位置的环糊精衍生物；二，通过中间体定位，利用选择 性强的反应合成特定位鼍取代的环糊精衍生物，将其作为中间体，利用亲核试剂 进行反应，得到相应的预期产物。例如采用空间位置适宜的二磺酰氯与b 环糊精 反应制得特定位置的二磺酰化b 环糊精，再与其它反应试剂反应得到相应的二取 代环糊精衍生物。又如在合成6 位选择修饰的b 环糊精时，采用在6 位羟基生成 全取代的三苯基磷绘醚进行活化，随后在6 位进行其他亲核取代反应；三，利用 保护基进行选择定位，特丁基二甲基硅基( t b d m s ) 是一个在醇的有机反应中 广泛使用的保护基，利用这种硅基化中间体可以成功制取其( 2 ，3 环氧) 1 3 - 环 糊精f 埘。 至于如何控制环糊精化学修饰中修饰基团数目，至今仍没有较好的技术路 线。通过调整反应物料的摩尔比、亲核试剂的滴加速度可得到单取代或者全取代 产品。但由于环糊精分子中含有多个反应活性相同的羟基，所以大多数环糊精衍 生物都是具有不同取代度的混合物。这些混合物中的众多不同组分也使后续的分 离纯化任务十分繁重而艰巨。 1 1 3 环糊精及其衍生物的应用 近年来，环糊精及其衍生物的应用研究已经在医药、食品、日用化工、环境 第一章文献综述 保护、农业以及化学工业等诸多领域广泛展开【捧1 9 1 ，并且已经取得了令人瞩目的 研究成果。这些研究总体上都是利用环糊精及其衍生物的手性空腔结构，通过范 德华力、疏水相互作用、主客体间分子匹配等作用，进行客体分子的选择识别或 者改变客体分子的光、电、热稳定性等物理特性以及化学活性，以达到不同的应 用目的。 医药方面：为了得到生物利用度更高，稳定性更好的药物制剂，环糊精包合 技术已经成为药学工作者所使用的重要手段之一，目前已有大量文献报道了环糊 精包合技术在药剂学上的应用 2 0 l 。例如：氯丙嗪、苯甲醇等药物可引起溶血，用 8 环糊精包合后可防止溶血现象发生。水杨酸、消炎痛、保泰松、阿司匹林、水 合氯醛等药物对胃刺激性较强，易引起胃炎，甚至胃出血，制成p - 环糊精包合物 可明显减小或消除其对胃的刺激性【2 。何仲贵等人研究发现，饱和的b c d 可使 布洛芬增溶1 0 8 倍阎。羟丙基b 一环糊精、甲基化p 环糊精等环糊精衍生物对氢 化可的松进行增溶，其增溶倍数为2 8 9 7 2 t 2 3 】，对紫杉醇进行增溶，增溶倍数可 达1 3 2 2 8 5 2 4 1 。 食品方面：在美国引起食品加工者注意的是环糊精可以降低鸡蛋中的胆固 醇，应用c u l l y 和v o l l r e c h t 的专利技术创造的一种低胆固醇蛋制品已经开始在美 国市场上销售。章道道等【2 5 】首次在国内开展了p 环糊精降低糖果的吸潮性研究， 通过对比研究发现p 一环糊精对不同类的糖果均有一定的防潮效果，特别是棕子 糖、水果糖、椰子糖等硬糖的防潮效果最佳。 化工方面：环糊精及其衍生物分子中含有众多手性碳原子。作为一种良好手 性选择分离，目前已成功运用于药物手性分子和生物活性手性分子的拆分方面 f 脱研。a b u s h o f f a 等【2 卵人发现毛细管区带电泳使用b 环糊精可拆分奥沙尼喹对映 体。b i e c h i 等【3 0 】利用全甲基化b 一环糊精分离了薄荷醇等1 3 0 种风味化合物的对映 异构体，取得了很好的分离效果。 环境方面：多环芳烃( p o l y c y e l i ca r o m a t i ch y d r o c a r b o n s p a h ) 的致癌和变异 作用已被越来越多的数据证实。固体状态的环糊精具备从气相中捕获p a h 的能 力。因此可以利用不同的环糊精置于过滤层，组建适于各类挥发性有机物的吸收 分析装置【3 “。大量使用农药，对地下水造成了严重污染，而利用b 环糊精包结 物的方式，采用适宜配方，施用一种杀虫剂结果表明，对目标生物体的作用增加， 而对环境和地下水没有不利影响【3 ”。 1 2 羟丙基一d 一环糊精概述 羟丙基一p 一环糊精是d - 环糊精的一类羟烷基化衍生物。根据d 一环糊精分子中葡 第一章文献综述 萄糖单元上2 、3 、6 位羟基的氢原子被取代羟丙基的类型不同，羟丙基- p - 环糊 精分为2 一羟丙基一1 3 一环糊精，2 ，3 羟丙基一p 一环糊精，3 羟丙基一p - 环糊精三种类型 目前研究最为广泛的是2 羟丙基，b 环糊精【3 3 l 。本文主要是对2 - 羟丙基- p 环糊精 进行了研究和探讨。 1 2 1 羟丙基1 3 环糊精的结构和性质 羟丙基一d 一环糊精保持了p 一环糊精主体的手性空腔结构，并且由于亲水性基 团2 - 羟丙基的引入，使羟丙基一b 一环糊精的水溶性、晶体结构等物化特性以及对 客体分子的选择性、包结稳定性等超分子性能与母体b 一环糊精有较大差别，羟丙 基一b 一环糊精分子结构见图l - 2 。 i b ，r 3 ，r 6 = - - o c h 2 c h ( o h ) c h 2 0 ho ro h 图1 2 羟丙基- b 一环糊精的结构图 f i g1 - 2t h es t r u c t u r eo f h y d r o x y p r o p y l d - c y c l o d e x t d n 工业制备的羟丙基。b 环糊精通常是一种无定型白色粉末，是具有一定平均 取代度范围的混合物。通过控制反应条件、分离纯化得到的羟丙基p 环糊精纯 品可以制备出晶体，p i t h a 等【，5 】人曾在正丙醇水溶液中培养出单2 氧( 2 一羟丙 基) p 环糊精和单6 氧( 2 羟丙基) p 环糊精，并对其晶体结构进行了比较详细的 表征。水溶性是羟丙基b - 环糊精的一项重要性质，通常认为羟丙基一p 一环糊精的 水溶性大于5 0 ，与母体d 环糊精相比有很大改善。但是不同物系组成的羟丙 基一b 一环糊精产品水溶性仍存在一定的差异，y o s h i d a ! 蚓认为羟丙基- b 环糊精的水 溶性以及其它物化性质与羟丙基的平均取代度密切相关。p i t h a 3 4 脚j 等人制备的单 取代羟丙基一p 环糊精水溶性与p 环糊精相似，甚至低于p 一环糊精。表1 - 2 给出了 不同取代度的羟丙基b 环糊精的一些物理性质。 第一章文献综述 表1 - 2 羟丙基b - 环糊精的一些基本性质 t a b l e1 - 2s o m eb a s i cp r o p e r t i e so f h y d r o x y p r o p y l - 1 3 - c y c l o d e x t r i n 母体分子 取代基取徽。淼，蚪。裂 1 1 3 5 09 85 2 - _ _ _ _ _ l l _ - _ - _ l l _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - _ _ _ _ - l i _ _ _ _ - _ _ _ - - - l _ _ _ - _ l - l l _ _ _ _ i _ _ - - _ _ _ - _ _ _ 一 a ：浓度为0 1 羟丙基b 环糊精在医药应用中具有许多母体p 一环糊精无法比拟的优良特性 3 7 1 。例如：一，羟丙基d 环糊精肾毒性低，可用于非肠道给药途径。d - 环糊精 具有肾毒性，只能口服而不能用于非肠道给药的处方；二，羟丙基一1 3 环糊精不 被胃酸和弘淀粉酶水解，几乎不参与生物体内代谢，也不蓄积。口服后基本上全 部以完整的形态随大便排出体外，非肠道给药基本上以完整的形态随尿排泄；三， b 环糊精有溶血作用，非肠道给药也有一定的刺激性。羟丙基一p 环糊精表面活性 低，基本上没有溶血性和刺激性。 1 2 2 羟丙基b - 环糊精的取代度问题 平均取代度是表征羟丙基d 环糊精产品的一项重要指标。目前对环糊精衍 生物的取代度表征处于一种比较混乱的状态。分析化学领域以葡萄糖单元被取代 羟基的平均数为取代度，数值在o 3 之间。还有其它表征方法如：m s ( m o l e c u l a r s u b s t i t u t i o n ) 表示每个葡萄糖单元羟烷基化的平均数，由于侧链可能再与烷基化 剂作用，使其数值可能超过3 。总之，不同的表征方法将引起混乱且没有多少实 用价值。本文采用了d s ( d e g r e eo fs u b s t i t u t i o n ) 来表示羟丙基p 环糊精产品中 每个环糊精分子被取代的羟基平均数，数值在o 2 l 之间，当产品中存在未反应 完全的b 环糊精时，d s 值为小于l 的小数。 关于羟丙基一d 环糊精的平均取代度的测定方法，目前尚没有可靠和统一的 规范。比较常用的测定方法有质谱法和核磁法f 3 1 1 。质谱法通过分子离子峰的峰 高和质量来计算羟丙基6 环糊精的平均取代度d s ，具体公式如下： 钞 甜以 4 6 9 7 4 4 3 3 o o o o 巧 巧巧巧 5 6 8 0互i 丘& 唧 oh c - 精糊 环。占 第一章文献综述 圣堕! 兰坚! ! 一1 1 3 5 d s ： 至坚1 5 8 式中h i 和m i 分别为每个分子离子峰的峰高和质量，1 1 3 5 为p - 环糊精分子量。 核磁法根据1 h n m r 谱图中异头质子峰积分面积与羟丙基中甲基氢共振峰的积分 面积比值来计算d s ，具体公式如下； 。s = 裂燃 由于质谱与核磁谱图类型不同，个人解谱能力也有较大差异，所以很难精确 计算羟丙基一b 环糊精的平均取代度。p i t h a 对同一样品利用不同方法测定平均取 代度，结果用核磁法测得d s = 7 ，而质谱法测得d s = 8 0 2 。所以羟丙基- p 环糊精 的平均取代度只能表示一个相对的大小，或者在特定方法下测得的值。郝爱友1 4 2 等报道了一种利用化学滴定方法测定羟丙基d 环糊精的取代度，无需大型仪器， 在一般实验室即可实现平均取代度的测定。 1 2 3 羟丙基1 3 一环糊精的合成 羟丙基一p - 环糊精通常是以p 环糊精与环氧丙烷为原料，在n a o h 的碱溶液 中制备4 3 。删。反应工艺见图1 3 。 ( r 为2 一羟丙基o r h ) 图1 32 羟丙基1 3 环糊精合成过程图 f i g1 - 3s y n t h e s i so f 2 - h y d r o x y p r o p y l - b c y c l o d e x t r i n 基于b 一环糊精的2 ，3 ，6 位羟基与反应试剂的竞争反应，羟丙基化的选择性 修饰比较困难。因此，工业合成的羟丙基- d - 环糊精产品绝大部分为混合物。目 前有关羟丙基- d 环糊精的综述仅从应用潜力方面进行了研究和探讨，完全从合 第一章文献综述 成角度进行系统论述的研究论文还未见报道。p i t h a 等1 4 s 人曾提出在高碱浓度下 易生成6 位取代产物，低碱浓度下易生成2 位取代产物，同时增加3 位的反应活 性。 目前，有关特定取代羟丙基d 环糊精产品的制备的研究还很不充分。1 9 9 1 年，p i t h a l 4 6 】等人首次在不同浓度的碱溶液中，通过甲苯提纯，分别制备了单取 代2 - 0 ( 2 羟丙基) p 环糊精和6 - 0 ( 2 羟丙基) 1 3 环糊精，但由于原料环氧丙烷加 入量太低，导致产率仅有5 。1 9 9 5 年，童林荟【4 7 】等人对p i t h a 合成法进行了改 进，将单取代2 - o ( 2 羟丙基) 1 3 环糊精的产率提高到了2 8 。由于反应物料中环 氧丙烷量的增加会导致多取代产品的增加，所以限制了该合成方法中单取代产品 产率的提高。 1 2 4 羟丙基b 环糊精的药剂学应用 羟丙基1 3 一环糊精能够与多种疏水性药物形成包结物从而增加药物水溶性及 药物稳定性，是目前增加药物水溶性和药物稳定性效果最好，应用及研究最为广 泛的环糊精衍生物【4 8 1 。目前已商品化的羟丙基一1 3 环糊精有平均取代度为4 的 e n c a p s i n 和平均取代度为8 的m o l e c u s o l 两种1 4 卅，已被用作多种注射或口服用药 的增溶剂。下面是羟丙基d 环糊精在药剂学中应用的几个主要方面。 用作药物的增溶剂和稳定剂：捷克学者k o p e c k y 等对比分析了包括三种不同 平均取代度的羟丙基d 环糊精在内的多种环糊精及其衍生物对尼奠地平的增溶 作用，认为羟丙基p 一环糊精的增溶效果仅次于甲基，p 环糊精，可用于尼莫地平 的注射的剂型 s o l 。l i n a r e s 等探讨了溶液的p h 值、温度及羟丙基d 环糊精浓度 等多种因素对抗菌物质萘醌在水溶液中稳定性的影响，认为羟丙基b 环糊精可 通过防止萘醌降解的方式提高其水溶液的稳定性【5 1 1 。 提高口服给药及局部给药的生物利用度：z u o t 5 2 】等采用药代动力学实验观察 了羟丙基一p 一环糊精对氟他胺经口服和经静脉两种不同途径给药的生物利用度的 影响，结果表明，包合物的口服生物利用度明显高于氟他胺混悬液；包合物经静 脉给药的药代动力学与氟他胺溶液完全相同。b a r y i s 3 】等采用动物实验探讨了羟丙 基一p 环糊精对眼科药用氢化可的松的生物利用度的影响，实验结果表明，羟丙 基一d 环糊精可将氢化可的松在角膜内的生物利用度提高7 5 。 减低药物毒副作用：羟丙基d 环糊精的分子呈中空截锥状，与药物客分子 形成包合物之后可完全或部分遮掩疏水性药物分子中的某些基团，从而不但可以 提高药物本身的稳定性，同时又可减低或消除药物对机体的某些毒副作用。据报 道，韩国学者k i m 等在固体状态下合成了新型血管生成抑制剂c k d 7 3 2 与羟丙 基一1 3 一环糊精的包合物，实验结果证明，羟丙基1 3 环糊精可显著提高其水溶性， 第一章文献综述 并明显降低其水解速度；采用皮下注射法比较同等浓度的包合物水溶液和 c k d 7 3 2 半草酸盐溶液对小鼠肿瘤生长的抑制作用，二者的效果无显著差异， 但包合物水溶液的局部刺激性明显低于c k d 一7 3 2 一半草酸盐溶液。 用作控释制剂载体：由于羟丙基d 一环糊精与药物形成包合物是一种可逆过 程，羟丙基b ，环糊精、药物及包合物三者之间在溶液中处于一种动态平衡，因 此，包合物在体内可以起到“蓄水池”的作用。u c k a m a 等【5 4 】将硝苯地平分别用2 羟丙基6 环糊精和羟丙基纤维素包结制成双层片剂，可通过调节二者比例来满 足不同释药速率要求。实验表明，r h e g f 与羟丙基一d 环糊精形成包合物( 二者 之比为l ：2 0 ) 后其生物利用度明显提高，但其泪液中药物一级排除率则下降， 提示羟丙基b ，环糊精对药物的包合作用延长了药物在角膜前区的滞留时间j 。 手术前静脉注射氟桂利嗪的羟丙基一b 环糊精包结物，结果在切除的脑瘤组织中， 药物的浓度是血浆药物浓度的1 0 倍【铆。 用作靶向性制剂载体：药物经羟丙基，d 一环糊精包结后，在体内的分布发生 明显变化。因此，可以利用羟丙基d - 环糊精这一特点进行靶向性给药。目前已 有多种由羟丙基- b 环糊精组成的靶向性化学输送系统进入临床前研究或l i 每床实 验研究，如雌二醇化学输送系统、地塞米松化学输送系统等，因其具有极好的水 溶性和稳定性，故而此类靶向性给药系统即可用于口服给药，也适用于非胃肠道 给药。 1 3 色谱分离概述 色谱法是一种利用不同性质的物质在不相混溶的两相中分配系数，吸附解吸 附或其他性能的不同而被分离的分离方法。色谱法主要分为柱色谱和平面色谱两 大类。其中柱色谱包括经典柱色谱、气相色谱及高效液相色谱法；平面色谱包括 纸色谱、薄层色谱法及薄层电泳法。 1 3 1 薄层色谱 薄层色谱就是将吸附剂均匀的涂于玻璃板或塑料板上使之形成薄层( 固定 相) ，样品溶液滴于薄层的起始线上，待溶剂挥散后，置于盛有一定溶剂( 流动 相) 的密闭容器内，由于吸附剂对不同物质的吸附力的大小不同，因此溶剂流过 时，不同物质在吸附剂和溶剂之间发生不断的吸附、脱附过程，使不同极性的物 质的移动速度不同，从而获得分离的方法。 薄层色谱法通常具有以下特点：固定相是一次使用，样品预处理简单；对被 分离物质的性质没有限制，应用范围广；具有多路柱效应，可同时平行分离多个 第一章文献综述 样品；分离样品所需展开剂量少，可节约溶剂和减少污染；流动相选择范围宽， 有利于不同性质的化合物的分离；由于所有斑点都贮存在薄层板上，可以提供原 始彩色图像，不仅便于保存原始图谱，并且可以通过薄层色谱图像分析提供多层 面的信息，直观住、可比性较强。因此在医药工业、食品科学、环境化学、犒床 化学、法医检验以及化学化工等方面都有广泛应用【5 7 1 。 1 3 2 柱色谱 柱色谱分离机理与薄层色谱相似，只是将固定相填装在色谱柱当中，依靠不 同物质的流出柱子保留时间不同而使不同物质得到分离。表l - 3 给出了薄层色谱 与柱色谱的一些比较。 表1 3 薄层色谱与柱色谱的比较 t a b l e1 - 3c o m p a r i s o no f t l ca n dc o l u m nc h r o m a t o g r a m 柱色谱主要包括吸附柱色谱、分配柱色谱、离子交换色谱、凝胶色谱、亲和 色谱以及干柱色谱等不同类型。但从国内外学术期刊上发表的文章不难发现，在 经典柱色谱中的硅胶吸附柱色谱仍是目前最为广泛的色谱柱技术，在有机合成和 植物化学等常规分离当中，至少8 0 以上的色谱制备性分离工作都是在硅胶柱 上进行的【蹦。因此，一般实验室制备分离首选这种柱色谱分离方式。 1 4 本研究课题的主要内容及展望 羟丙基b 环糊精作为一种新型的药物辅料，已经得到了众多医药领域研究 者的广泛关注。但是目前对羟丙基一1 3 环糊精的合成研究还很不完善，限制了羟 第一章文献综述 丙基一b 环糊精对药物分子的包结机理、药用特性等方面的深入研究。针对上述 问题，本文做了如下工作： ( 一) 对羟丙基1 3 环糊精的水相合成工艺进行了研究，考察了反应中碱溶 液浓度、原料配比、反应时间等条件对产品的平均取代度和物系组成的影响规律。 ( 二) 利用薄层色谱和柱色谱方法对不同反应条件下合成的羟丙基一1 3 - 环糊 精产品进行了分离纯化，计算了产品收率，并对分离产品进行了结构和性质表征， 给出了分离产品的d s c 、m s e s i 、1 h n m r 、1 3 c n m r 、h s q c 的表征数据。 本文对羟丙基d 环糊精的合成及色谱分离进行了初步的探讨，发现了一些 规律。但由于研究者经验缺乏等诸多不足，许多结论只能是以推测为主，对许多 化合物的表征图谱的解释也不尽完善，可能需要迸一步的充实与验证。 研究了合成条件与产品的物系组成之间的关系，进而与产品的应用特性相 关，为将来羟丙基b 环糊精的进一步应用提供一些有意义的指导。利用色谱分 离制备的特殊羟丙基1 3 环糊精产品，以及进行分子识别和药物包结实验，可能 会对包结机理的探讨和包结模型的建立带来很大便利。因此，羟丙基d 环糊精 的合成以及分离纯化的研究必将成为其应用研究中至关重要的一环。 第二章2 - 羟丙基一8 - 环糊精的合成 2 1 引言 第二章2 羟丙基一d 一环糊精的合成 一般化学修饰环糊精的方法按照工艺过程不同可分为以下三种类型1 5 9 删： 直接合成法：通过控制反应溶剂、反应温度以及原料配比等条件，使用步 合成步骤就可得到目标产物。例如m e l t o n 和s l e s s o r 等人在无水吡啶溶剂中，以 对甲