（化学工艺专业论文）β环糊精及2羟丙基β环糊精与几种药物的包结研究.pdf

中文摘要 羟丙基b 环糊精特有的疏水空腔结构能够选择性包结各种客体分子，形成稳定 的包结物，从而达到改善客体分子的水溶性、稳定性等目的，近年来，被广泛的应用 于医药、分析、食品、环境等多个领域。 本文采用p 环糊精和2 羟丙基p 环糊精作为主体分子，选取布洛芬等五种常见 药物作为客体进行了分子识别研究和系列的药物包结实验。 以布洛芬、尼群地平药物分子作为之体，研究了p 环糊精及2 羟丙基b 一环糊精 在p h = 7 4 的磷酸盐缓冲溶液中对这些药物分子的分子识别性能、包结和增溶作用； 以吲哚美辛、美洛昔康、桂利嗪等药物分子作为客体，研究了b 环糊精及2 羟丙基b 环糊精在不同p h 溶液中对这些药物分子的分子识别性能、包结和增溶作用。采用相 溶解度法测定了主体分子和药物分子的包结稳定常数及包结摩尔比，计算了增溶倍数 和包结率。制备了p 环糊精与药物分子的固体包结物，通过d s c 、紫外分析推断了 包结物的生成情况；同时，还测定了每种药物分子的回收率、原料药与2 羟丙基一p 环糊精形成的包结物和原料药本身的溶出度。结果表明：2 羟丙基p 环糊精与药物分 子包结后其包结稳定常数和增溶倍数均比p 环糊精有明显提高；主体分子与客体分子 均形成了摩尔比为1 ：1 的包结物；包合物明显比原药溶解速度快，溶出度高。由此可 推断，包合物能够显著增加药物分子在机体内的吸收速率、提高药物的生物利用度。 关键词：2 羟丙基1 3 环糊精p 环糊精布洛芬吲哚美辛分子识别包结 a bs t r a c t d u et ot h eu n i q u es 仃u c t u r ew i t hh y d r o p h o b i cc e n t r a lc a v i t y , 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 sc a ns e l e c t i v e l yb i n dd i f f e r e n tg u e s tm o l e c u l e st of o r mi n c l u s i o nc o m p l e x e s i no r d e rt oi m p r o v es o l u b i l i t y , s t a b i l i t ya n do t h e rp r o p e r t i e so fg u e s tm o l e c u l e s t h u s ， 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 sh a v eb e e nw i d e l yu s e di nm a n yd i f f e r e n tf i e l d s ，s u c h a s p h a r m a c e u t i c s ，a n a l y t i c s ，f o o da n de n v i r o n m e n t ，e t c i nt h i sp a p e r , t h eu s eo f1 3 - c y c l o d e x t r i na n d2 - h y d r o x y p r o p y l 争c y c l o d e x t r i na sh o s t m o l e c u l e sw a si n v e s t i g a t e d t h ea r t i c l es t u d i e dt h em o l e c u l a rr e c o g n i t i o nb e h a v i o r sa n d t h ei n c l u s i o nf - e a n l i c sw i t hf i v ek i n d so fd r u gs u c ha si b u p r o f e n i b u p r o f e na n dn i t r e n d i p i n eh a v eb e e nu s e dt oi n v e s t i g a t et h e i rm o l e c u l a rr e c o g n i t i o n b e h a v i o r sa st h ed r u gm o l e c u l e s ，s o l u b i l i z a t i o na n ds t a b i l i z a t i o np r o p e r t i e sw i t hh o s t m o l e c u l e s2 - h y d r o x y p r o p y p c y c l o d e x t r i na n dp c y c l o d e x t r i ni nt h ep h o s p h a t eb u f f e r s o l u t i o na t p h = 7 4 i n d o m e t a c i n ，m e l o x i c a ma n dc i n n a r i z i n eh a v e b e e nu s e dt o i n v e s t i g a t et h e i rm o l e c u l a rr e c o g n i t i o nb e h a v i o r s a st h ed r u gm o l e c u l e s ，s o l u b i l i z a t i o na n d s t a b i l i z a t i o n p r o p e r t i e s w i t hh o s tm o l e c u l e s 2 - h y d r o x y p r o p y l - d c y c l o d e x t r i n a n d i b - c y c l o d e x t r i na td i f f e r e n tp h p h a s e s o l u b i l i t ym e t h o dw a su s e dt oc a l c u l a t et h es t a b i l i t y c o n s t a n t s ，m o l a rr a t i o so ft h ei n c l u s i o nc o m p l e x e s ，t i m e so fs o l u b i l i t yi m p r o v e m e n ta n d i n c l u s i o nr a t e t h ei n c l u s i o nc o m p l e x e so fp c y c l o d e x t r i nw i t hg u e s tm o l e c u l e sw e r e c h a r a c t e r i z e dt h r o u g hd s ca n du v - v i sm e t h o d m e a n w h i l e ，r e c o v e r yr a t eo fd r u g s ， d i s s o l u t i o nr a t eo fd r u g sa n di n c l u s i o nc o m p l e x e sw e r em e n s u r a t e d t h er e s u l t s d e m o n s t r a t e dt h a t2 - 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 nc o u l de f f e c t i v e l yi m p r o v et h es t a b i l i t y a n ds o l u b i l i t yo fd r u gm o l e c u l e si nc o m p a r i s o nw i t h1 3 - c y c l o d e x t r i n t h eh o s tm o l e c u l e s a n dg u e s tm o l e c u l e sf o r m e di n c l u s i o nc o m p l e x sw i t ht h em o l a rr a t i o so fl ：1 t h e d i s s o l u t i o ns p e e da n dr a t eo fi n c l u s i o nc o m p l e x e sw e r eo b v i o u s l yf a s t e ra n dl a g e rt h a n d r u g s t h e m s e l v e s 。i n c o n c l u s i o n ，i n c l u s i o nc o m p l e x c a n o b v i o u s l y e n h a n c et h e a b s o r b a b i l i t yr a t eo fd r u g si nt h eb o d ya n di m p r o v et h eb i o a v a i l a b i l i t y k e yw o r d s ：2 - h y d r o x y p r o p y l d - c y c l o d e x t r i n ；1 3 - c y c l o d e x t r i n ；i b u p r o f e n ；i n d o m e t a c i n ； m o l e c u l a rr e c o g n i t i o n ；i n c l u s i o nc o m p l e x 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，也不包含为获得墨生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：王辱笼午签字日期：欠户- 7 年月，j 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解鑫盗苤堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权苤盗苤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： 签字日期：司年 1 僻 f 月l 多b 导师签名： 签字日期：夕7 年，月修日 - - l - _ 刖舌 羟丙基1 3 环糊精是p 环糊精的一类羟烷基化衍生物，与其母体p 环糊精相 比，其具有水溶性好，热稳定性高，易与生物环境相溶，不易引起动物体内的溶 血的优点，是一种低毒、安全、有效的药物增溶剂，在医药领域有着广阔的应用 前景。此外，羟丙基p 环糊精还被广泛的应用于分离分析、食品、环境等领域。 p 环糊精在药物制剂中的应用越来越广，在欧洲和日本，已有口服前列腺素 和甾类消炎药的p 环糊精包合物产品上市。p 环糊精已载入美国和日本药典。经 结构修饰的p 环糊精，如2 羟丙基p 环糊精亦受到重视，其作为静脉给药的药物 制剂辅料，已进入i 晦床实验阶段。肛环糊精具有显著提高药物溶解度和稳定性的 特点，从而可以替代毒性较大的有机溶剂、表面活性剂等辅料，改善药物的溶出 度和生物利用度。 采用相溶解度法研究了p 环糊精及不同的2 羟丙基d 环糊精在p h = 7 4 的 磷酸盐缓冲溶液中对布洛芬、尼群地平两种药物分子包结的增溶作用，以吲哚美 辛、美洛昔康、桂利嗪三种药物分子作为客体，研究了b 环糊精及2 羟丙基1 3 环糊精在不同p h 溶液中对这些药物分子的包结的增溶作用，采用相溶解度法测 定了主体分子和药物分子的包结稳定常数及包结摩尔比，计算了增溶倍数和包结 率。并采用共溶剂法制备了p 环糊精与药物分子的固体包结物，通过d s c 、紫 外分析推断了包结物的生成情况；同时，还测定了每种药物分子的回收率、原料 药与2 羟丙基p 环糊精形成的包结物和原料药本身的溶出度。 本实验仍存在着很多的不足之处：由于实验时间较短，没有采用更先进的测 试手段对分子识别、包结机理做进一步的考察与论证。没有对不同取代度的2 羟丙基p 环糊精与药物分子的包结进行系统的研究，没有能完成对其他几种所 选药物分子的识别性能研究，相关的结果讨论没有进行深入展开。 本实验为深入探讨b 环糊精、2 羟丙基1 3 环糊精对药物分子的包结性能研究 奠定了一定的实验基础，在p 环糊精、2 羟丙基1 3 环糊精的应用研究方面有一定 的参考价值。 第一章文献综述 1 1 p 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 ，简称c d ) ，具有圆筒状疏水性内腔和亲水性外沿， 是由芽孢杆菌所产生的环糊精糖苷酶与淀粉作用生成的含有6 1 2 个d ( + ) 吡喃 葡萄糖分子，利用肛l ，4 糖苷键环状首尾联结而成的多聚大环化合物，是继冠 醚之后超分子化学研究的第二代主体化合物。1 8 9 1 年v i l l i e r 通过酶降解淀粉发 现了环糊精，并分离出来，将其命名为“木棉”( c e l l u l o s i n e ) 。 到目前为止，c d 的研究经历了一百多个年头，可大致分为三个发展时期： ( 1 ) 环糊精的发现期( 1 8 9 1 年- - - 2 0 世纪3 0 年代) ；( 2 ) 系统研究环糊精及其包结配 合物的结构和化学性质( 2 0 世纪3 0 年代 - - 7 0 年代) ；( 3 ) 各种c d 及其衍生物的工 业生产和在医药、化工、农业、日用消费品及生物技术等领域中的广泛应用时期 ( 2 0 世纪7 0 年代现今) 【l a j 。 1 1 1 p 一环糊精的物理性质 根据分子中所含的葡萄糖残基的数目不同，c d 可以分为不同的类型，其中 最常见的c d 是由6 、7 、8 个葡萄糖分子组成的q 、p 、7 - c d ，由于0 【、p 、1 ，c d 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1 1 列出了三种常见环糊精一些基本性质【4 】。 a 、b 、丫环糊精在水中的溶解度不同，特别是p 环糊精反常的低。这可能 是因为环糊精一个葡萄糖单元上的2 位仲羟基与相邻的3 位仲羟基之间形成了分 子内氢键。由于旺环糊精的一个葡萄糖单元处于扭曲的位置，因此，其第二面的 氢键网络是不完整的，一个分子中只有四个氢键形成。与之相反，d 环糊精的第 二面可以形成完整的氢键带，使其表现出相对刚性结构，这也许可以解释p 环糊 精在水中相对较低的溶解度【5 】。y 环糊精由于环尺寸较大，表现出一定的柔性。 因此其水溶性在三种常见环糊精中最高f 6 】。 随着温度的升高环糊精在水中的溶解度大大增加，因此环糊精的提纯可通过 重结晶方法进行。p 环糊精在水中的溶解度随温度变化可用下面的经验公式( 1 1 ) 表示： l n m = ( 3 8 8 0 0 2 ) 一塑! 兰! 墨( 式l - 1 ) 第一章文献综述 其中m 为p 环糊精在饱和溶液中所占的摩尔分数，t 为绝对温度【3 1 。 环糊精水溶液有旋光性，各种报道比旋光【a d 2 5 值有差异，环糊精水溶液中 的粘度稍高于水的粘度。 表1 iq - ，1 3 - 和y 一环糊精的一些基本性质 t a b l e1 1s o m eb a s i cp r o p e r t i e so fa - ，b a n dy - c y c l o d e x t r i n s 环糊精与淀粉不同的一个重要物理性质是具有良好的结晶性。在q 、1 3 、丫一 环糊精中p 环糊精最易制备成晶体，浓水溶液( 如2 0 6 0 ) 在室温或冰箱中放 置，特别是当用玻璃棒搅动时迅速生成大量白色粉末状晶体。在2 - - 5 以下稀 溶液室温下长时间放置可生成2 m m x 2 m m x 2 m m 甚至更大些的透明立方晶体。在 旋光显微镜加上偏光情况下，观察到彩色消光现象。c 【环糊精由于水中溶解度大， 不易得到晶体，但浓溶液( 1 2 左右) 在冰箱中常时间放置能得到无色针状晶体。 显微镜观察晶形是判断样品是否为环糊精以及哪一种环糊精的快速、简便方法。 第一章文献综述 常用试剂是碘液( 1 2 k i ) ，将欲鉴定的环糊精水溶液1 滴涂到载片上，在滴加的 样品上再加1 滴碘液于室温下放置，当液滴边缘水分蒸发干时，于显徼镜下观察 生成的晶体，晶体的形状随浓度变化。a - c d 1 2 k i 包结物晶体在低浓度时为蓝 黑色板状正六边形，而高浓度时则为黑色长针状。p c d - 1 2 k i 晶体为棕黄黄棕色 短针状晶体。t - c d 1 2 k i 为棕黄色小方块状晶体。这至今仍是判断环糊精种类的 最快速、可靠的方法。值得注意的是如果发现有不同晶形存在，则说明样品不纯 f 7 】。 1 1 2p 一环糊精的化学性质 环糊精分子的外形呈截锥状，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 l 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【3 1 ，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。c d 的形状口宽底窄类似一个圆锥台，里面中 空，深度为o 7 9 b m ，直径为0 4 - - 0 9 r i m ，这样形成的空穴恰好可装进其它分子。 这种环状空穴结构也称为“分子胶囊”。由于c d 的分子空腔直径不同，不同的c d 可以包结不同大小的分子，因此c d 可被用于包结不同的客体分子，优化它们的 物理、化学和生物特性。另外，环糊精在包结过程中构象变化不明显，因此环糊 精的主客体包结物不仅能以固体状态存在，在水和某些有机溶剂中也能形成。这 一性质是环糊精能被用来研究在生物体中极为重要的憎水作用。 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 h 。h ：三一c h z 。h ： 删：c 嚣 r 洲一 h 。h 2 c 29 舻c 删 图l 一11 3 - 环糊精的结构图 f i g1 1t h es t m c m r eo fp - c y c l o d e x t r i n 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【5 】。图1 1 为1 3 环糊精结构的模型。 环糊精是研究最早也是最重要的具有报界性能的大环化合物，它的最重要的 性质就是包结有机物，这种结合是靠非共价键的相互作用。一般涉及以下几个方 面：( 1 ) 环糊精与客体之间的范德华力；( 2 ) 环糊精的羟基与客体分子间的氢键缔 合：( 3 ) 环糊精空腔中高能水分子的释放与张力能( 构象应变能) 的释放；( 4 ) 环糊精 分子空腔的增水作用；( 5 ) 客气分子必须与环糊精空腔的几何形状( 尺寸和空间构 型1 相匹配。 自从被发现以来，环糊精及其许多衍生物在科学和技术领域得到广泛应用， 可以归因于该类化合物具有如下特征：首先，这类化合物是较易得到的半天然产 物，可以通过淀粉的酶促降解大量制备；其次，对于合成化学来说，这种化合物 化学性质稳定，可以进行各种选择性修饰；第三，环糊精的空腔可以提供与模型 底物结合的空间，当分子与环糊精形成包结配合物后，其化学反应性能以及光、 电、磁等物理性能在特定情况下有可能发生改变：第四，环糊精没有毒性( 或低 毒性) ，并可以在生物体内降解，因此可以作为脂溶性药物载体、食品添加剂、 化妆品填料在工业技术上得到应用。此外，客体分子的极性也是影响包结的重要 因素，极性越小的分子越易与环糊精的憎水腔作用，可电离的底物( 如苯甲酸类， 苯胺等) 非电离态易与环糊精作用。若底物有亲水与憎水两部分组成，则憎水部 分最大程度与环糊精空腔作用，亲水部分尽可能远离而与极性溶剂和环糊精羟基 作用。 。 环糊精像淀粉一样，可以储存多年不变质，环糊精在碱乃至强碱性溶液中都 是稳定的，但是酸可以使环糊精部分水解成葡萄糖和系列非环麦芽糖，产物可以 用纸色谱等方法证实。环糊精由于没有还原端，对酸的稳定性比线性状糊精高2 5 倍，可见环状分子配糖键的开裂是一个慢的过程，而且初始阶段的水解速率比 终了阶段要慢的多【6 j 。 环糊精没有熔点，当温度升至 - 2 0 0 时开始分解。环糊精的热性质用热分 析曲线e g a 、d s c 、d t g 和t g a 确定。引入基团后能提高环糊精的热稳定性， 按降解初始温度t i 和降解5 0 温度n 来排列，它们的稳定性顺序是：t c b c d 1 3 - c d a - c d d m p c d 3 o h ，酸性强弱是2 - o h 3 o h 第一章文献综述 6 - o h 。化学修饰b 环糊精主要是修饰其2 位和6 位上的羟基【8 。9 1 。 1 1 3p 一环糊精的应用 p c d 主要应用于以下方面： 1 ) 食品制造、烟草加工方面【1 0 1 ，可用于去除异味，改良高档食品及烟草 的口感，增强香味或甜味。 2 ) 在纺织品制造方面【1 2 】，利用b c d 的除臭作用，制造出高档的服装面料及 其它家居用品。 3 ) 在美容化妆品制造方面【”。4 】，使用p c d 包结香精，可延长留香时间，减 少香精对皮肤的刺激，同时p c d 还可广泛的应用于防晒、增白和皮肤护理用品， 作为稳定剂、乳化剂、定香剂和防腐剂等。 4 ) 应用于分离、分析【1 5 17 1 中，由于阻c d 是手性化合物，可做为色谱柱固定 相、流动相及电泳电解质溶液的添加剂等进行手性异构体的分离和分析。 5 ) 医药方面o s - 2 4 】，b c d 作为药物辅料能提高药物的水溶解度、稳定性，促 进药物的吸收，提高生物利用度，降低胃肠道或眼睛刺激性，将液体药物转为微 晶粉末，阻止药一药及药一添加剂间相互作用，掩盖药物的不良气味等。 药物应用安全性研究表明人类口服a ，p 和 r c d 没有发现明显的毒性。但 对c d 母核的大量研究表明，它们在胃肠道外给药方面仍然存在一定的毒性，其 毒性主要为对肾脏和细胞的毒性【2 5 1 。 由于 3 - c d 本身的水溶性小、组织刺激性大等缺点限制了其更广泛的应用。 3 - c d 衍生物因具有与天然p c d 不同的理化性质和包结行为而引人瞩目。近二 十年来，人们对1 3 - c d 进行了各种结构修饰并对其衍生物进行了各方面的应用研 究。对1 3 - c d 进行化学修饰的方法很多，主要包括烷基化、羟烷基化、分支化等。 功能基团的引入能改善j b - c d 的某些理化性质和包结能力。经过化学修饰的1 3 - c d 衍生物可以分为亲水性衍生物、疏水性衍生物、离子型衍生物三类。 目前，在研究的c d 衍生物中，羟丙基一p 一环糊精( h y d r o x y p r o p y l p e y c l o d e x w i n ，简称h p p c d ) 是最受瞩目的衍生物之一。 1 2 羟丙基一p 环糊精概述 羟丙基一p 一环糊精( 简称h p - p c d ) 是p 一环糊精的一类羟烷基化衍生物。根据 b 一环糊精分子中葡萄糖单元上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 - 羟丙基一p 一环糊精，2 ，3 一羟丙基一p 环糊精，3 一羟丙基一p 一 第一章文献综述 环糊精三种类型。目前研究最为广泛的是2 - n n 基p 环糊槲2 6 1 。 1 2 1h p p c d 的结构与性质 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 一羟丙基的引入，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p 一环糊精有较大差别，羟丙 基一b 一环糊精分子结构见图1 2 。 r 2 r 3 ，i k = = c h 2 c h ( o h ) c h 3 ，- c h 2 c h 2 c h 2 0 h ，c h 2 c h ( o h ) c h 2 0 h to rh 图i - 2i = i f - b - c d 的结构图 f i g 1 = 2s t r u c t u r eo fl i p - i ) - c d 工业制备的羟丙基一b 一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b 环糊精纯 品可以制备出晶体，p i t h a 等【2 7 2 8 】人曾在正丙醇水溶液中培养出单2 氧( 2 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p 环糊精的 水溶性大于5 0 ，与母体6 环糊精相比有很大改善。但是不同物系组成的羟丙基 b 环糊精产品水溶性仍存在一定的差异，y o s h i d a 2 9 j 认为羟丙基p 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 2 7 - 2 8 1 等人制备的单取 代羟丙基p 环糊精水溶性与b 环糊精相似，甚至低于p 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。 羟丙基b 环糊精在医药应用中具有许多母体p 环糊精无法比拟的优良特性 【3 0 1 。例如：一、羟丙基b 环糊精肾毒性低，可用于非肠道给药途径。p 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- b 一环糊精不 被胃酸和a 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 第一章文献综述 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、 p - 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。 表1 - 2 羟丙基- 1 3 环糊精的些基本性质 t a b l ei - 2s o m eb a s i cp r o p e r t i e so fh 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 a ：浓度为o 1 1 2 2h p p c d 合成 h p 1 3 c d 有2 - h p d c d 、3 h p 1 3 c d 和2 ，3 - d h p p c d3 种产品。这三种 h p p c d 中2 - h p b c d 的研究最为广泛。 r o b e r t 用碳酸亚乙酯和碳酸丙烯酯在弱碱条件下制备了羟乙基和羟丙基b 环 糊精，这一反应的特点是条件温和，通过控制反应时间可以控制反应的取代度。 a u u y a 等用3 氯1 丙醇和氯代环氧丙烷制备了3 h p b c d 和2 ，3 h p 1 3 c d 3 1 j 。 2 - h p 1 3 c d 的合成方法是在n a o h 水溶液中，在冰水浴条件下将环氧丙烷与 b c d 反应制备得到。j o s e fp i t h a i 3 2 - 3 5 用此方法在不同条件下制备得到了 2 h p b c d ，并对该方法进行了系统的研究。结果表明：在p c d 与环氧丙烷反应 过程中，羟基的取代位置主要取决于反应介质碱性的强弱。在质量分数为1 5 的n a o h 水溶液中，2 位碳上的羟基容易发生取代反应：在质量分数为3 0 0 的 n a o h 水溶液中，6 位碳上的羟基容易发生取代反应。其反应机理可能是在弱碱 第一章文献综述 性条件下，主要是2 位碳上的羟基形成氧负离子进攻环氧丙烷，因此容易形成2 位取代产物：而在强碱性条件下2 ，3 ，6 位羟基都可形成氧负离子，由于6 位碳 的空间位阻最小，因此最易与环氧丙烷形成以6 位取代为主的产物。 1 2 3h p p c d 的应用 h p b - c d 是许多异构体构成的混合物，呈无定形状态。可作为稳定剂、增效 剂、填充剂、抗毒副作用剂、矫味剂、乳化剂等广泛应用于医药、食品、日用化 妆品、油田钻井、造纸、纺织、皮革涂料、塑料、铸造、饲料、农药及环境等领 域。由于其外亲水、内疏水的特殊空腔结构使其具有将非水性物质转化为水溶性 物质的能力，如将口服液，甚至中药转化为针剂等【3 6 1 ，其在医药方面的应用研究 是学者们研究的焦点。 1 2 3 1 药物方面应用 药物与h p p c d 包结后，能显著改善药物的理化性质，具有增加药物的溶 解度和溶出速度，提高药物的稳定性，降低药物的刺激性与毒副作用，对药物进 行缓释和控释、矫味除臭，提高药物的生物利用度等优点。目前已经有很多 b - c d 及h i p c d 与药物的包结物上市，见表1 3 。h p p c d 作为药物辅料，主要有以 下应用。 1 眼、鼻、直肠和皮肤给药【3 7 - 4 0 1 载体 h p b - c d 对眼角膜刺激性小，适合作眼科用药物增溶剂。其包结物眼用制剂 可以改变角膜的透过性及药物与眼组织的结合性，同时通过对药物的包结，能减 少药物对眼的刺激及副作用。双氯灭痛用于眼部，由于在泪液的p h 值条件下会 发生解离，不能达到所需要的治疗浓度，同时角膜及眼色素层中的前列腺素合成 酶也对其有降解作用，因而降低了药效，但当其与p c d 或h p b c d 形成包结物， 不但增加了溶液的稳定性，且包结物与双氯灭痛的0 1 的聚氧乙烯3 ，5 蓖麻油 溶液相比，在p h = 7 4 的条件下，包结物的渗透系数增大了十几倍而且降低了 双氯灭痛对眼的刺激性。h p b c d 增溶的1 甲醋唑胺滴眼液人体随机双盲临 床实验结果表明对青光眼有效，平均降低眼内压3 4 1 8m m h g 。h p d c d 还能 降低药物的刺激性，前列腺素【4 2 】经包结后可降低眼球充血副反应的发生率和严重 程度。 鼻部给药【4 3 】的优点能使药物迅速吸收并直接进入大循环，不经胃肠道，也不 被肝脏首过作用灭活，其生物利用度相当于静脉给药，平均能达7 0 左右。环 糊精衍生物作为鼻部给药载体的安全性研刭删表明其是一种有效且安全的药物 载体。h p p c d 作为鼻促渗透剂油酸的稳定剂和助溶剂，能有效提高其促透作用， 第一章文献综述 含2 0 h p 肛c d 和1 5 油酸的布舍瑞林溶液的透鼻吸收为原药的5 倍，绝对生 物利用度达5 1 8 1 4 5 。 表1 3 国外上市药品中含有p c d 及h p 肛c d 的品种概况4 6 t a b l el 一3v a r i o u sd r u g sc o n t a i n e di b - c da n dh p - 3 - c di nf o r e i g nc o u n t r i e sm a r k e t 注：a = 阿根廷，b = 比利时，b r = 巴西，d = 德国，f = 法国，h = 匈牙利，i = 恿大 利， j = 日本，l s l = 冰岛，n l - - - - 荷兰，p - - 葡萄牙，s = 瑞士，s c = 斯堪的那维亚 h p b c d 还可以用来作为透皮吸收促进剂，其促进药物透皮吸收的机制通常 认为是增加了亲脂性药物在水中的溶解度，并可以把药物分子传递到皮肤表面。 有人【4 7 1 以布拉洛尔为模型药物，通过对大鼠的体表渗透性研究发现，用h p p - c d 做促进剂，其吸收量可以提高约3 8 倍。还有文献报道【4 8 】h p p c d 可以促进氢化 可的松的局部吸收。 在直肠给药方面，h p 1 3 c d 能显著提高氢化可的松、地塞米松、氢化可的松 醋酸酯、泼尼松龙和地塞米松醋酸酯的溶解度，进而增加上述甾体类药物从水溶 性栓剂基质中的释放【4 9 1 。1 0 h p 肛c d 能降低蛋氨酸脑啡肽在兔直肠提取物中的 第一章文献综述 降解速率常数【5 0 】。家兔直肠用含h p p c d 的胰岛素栓剂的生物利用度比对照组提 高5 倍【”】。 2 注射给药 h p b c d 能增加难溶性药物溶解度，从而避免使用有机溶媒、表面活性剂和 酯类，是f d a 批准上市的作为注射给药药物赋形剂的最早的一种环糊精的衍生 物，用0 0 5 m o l l h p 肛c d 的可将尼莫地平的溶解度提高6 0 倍【5 2 】。h p b c d 还能 降低药物的毒性和刺激性。实体瘤患者分别静注含h p b c d 的丝裂霉素制剂m i t r o e x t r a 和丝裂霉素，发现接受m i t r oe x t r a 的受试者注射局部红斑、溃疡等药物皮 肤毒性反应明显降低【5 3 1 。h p b c d 还能缓解依托咪酯引起的注射疼痛【5 4 1 。 3 口服制剂 将h p b c d 与难溶性药物制成包结物可增加药物的溶解度和溶出速率，提高 口服生物利用度。熊去氧胆酸制成包结物后，崩解时间与上市产品u r s a c o l 相同， 但溶出快而完全，健康受试者口服生物利用度和峰浓度是市售品的两倍多【5 5 1 。 h p p c d 还能提高口服药物体内稳定性。4 m m o l lh i 肛c d 可延缓芦丁在大 鼠小肠匀浆中的降解，犬口服芦丁h p b c d 包结物片的生物利用度是市售芦丁 片的3 倍1 5 6 】。 4 靶向给药及抗癌药物载体 h p f 1 - c d f l 于相比b c d 具有低毒性、高耐受性和优异的溶解能力。良好的溶 解性、低毒性和稳定性使h p j 3 - c d 成为脑靶向给药系统的优异载体，b r e w t e r 等【5 刀 将雌二醇1 - 甲基一1 ，4 - 二氢烟酸化学转运系统溶于2 0 的肿- p - c d ( 5 m g k g ) 给小 鼠静脉注射后，结果小鼠脑内药物水平较高。其作用与将雌二醇1 甲基一1 ，禾二氢 烟酸化学转运系统1 5 m g k g 溶于二甲基亚砜后给药的情况类似，而从安全性考 虑，前者明显优于后者。文献【5 8 】报道，手术前静脉注射氟桂利嗪的唧b c d 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。另多 b h p d c d 还已用于睾酮、地塞米松和苄基青霉素化学转运系统【5 9 】。s t e p h e n t 删研究了抗癌 药物紫杉醇与7 c d ，h p - 3 c d ，h p p c d 的包结效果，结果表明h p d c d 能有效 的提高紫杉醇的稳定性和溶解度。 1 2 3 2 分析化掣6 1 击2 】 毛细管电泳( c e ) 是近十几年来高速发展起来的一种现代分离分析技术。 在其缓冲溶液中加入添加剂或对毛细管柱的内壁进行改性，可以大大提高c e 拆 分结构相近化合物的能力。由于h p p c d 能和很多化合物形成包结物，有多个手 性中心，具有一定的手性选择作用。傅小芸【6 习等研究了几种具有不同平均取代度 ( d s ) 和不同取代位置的h p - f 1 c d 对几种碱性手性药物进行c e 手性分离，发现： ( 1 ) 对异丙肾上腺素和氧氟沙星，随d s 增大，分离度先增后减：( 2 ) 对心得安， 第一章文献综述 随d s 增大，其分离度也增大，( 3 ) 2 位取代对分离有利。王志【删等应用c d 毛细 管区带电泳体系对手性药物烟酸美西律和烟酸异博定得对映体进行分离时，发现 h p 1 3 _ - c d 的分离效果较好，使得前者接近于基线的分离，后者也实现了部分的分 离。 在色谱分离中，h p - c d 既可以用来作为固定相，又可以作为流动相的添加 剂来进行使用【6 5 1 。a r m s t r o n g 等人f 鲫合成2 h p d c d 的固定相，有效的拆分了羧 酸、氨基酸衍生物、联萘酚以及一些杂环化合物的异构体。李成平等【6 7 l 将h p b c d 作为手性流动相添加剂用于高效液相法分离布洛芬，发现在流动相中添加 8 0 0 m m o l lh i 一p c d ，其分离度较好，且比手性固定相经济。 1 2 3 3 其它方面 在食品加工业中，m 6 c d 主要用做食品添加荆1 6 8 。h a j i m e 等人用 2 - h p 1 3 - c d 与柠檬醛等八种香料进行了包结反应。不溶性香料的水溶性显著增 加，其中，2 - h p 1 3 - c d 代替表面活性剂起到了增溶的作用。m u n e o 等用羟丙基改 性的q 、肛、y - c d 分别与薄荷醇等六种香料进行了包结研究，并测定了香料的释 放速度。实验表明，香料的溶解度随着c d s 的浓度增加而增加，2 - h p 3 - c d 的反 应效果最佳，缓释效果最好【6 9 | 。 h i b c d 还可以应用于环境治理方面。b r u s s e a u 7 0 】等研究- y r r p p c d 对弱极 性有机污染物在土壤中传输的促进作用，比较了有无h p & c d 存在时8 种弱极性 有机污染物在有机质含量分别为0 2 9 和1 2 6 的两种土壤中的传输行为，结果 表明h p b c d 水溶液对弱极性有机污染物在土壤中的传输有显著的促进作用，而 且随着水溶液中h - p 1 3 - c d 的增加，其促进作用增强。汪小江【7 lj 等研究了用 h - p b c d 对萘、葸、d d t 、三乙烯和苯五种弱极性有机污染物的增溶作用，通过 数据比较表明，i b - c d 增溶具有明显的优越性，而且h p b c d 能完全溶于水，不会 在土壤等介质中滞留造成二次污染。 1 3 分子识别简介3 】 h p 3 - c d 的应用方面的研究都是基于其与客体分子之间的作用及分子识别 过程实现的。分子识别这一概念最初是被有机化学家和生物化学家用来在分子水 平上研究生物体系中的化学问题而提出。j m l e h n 在他的诺贝尔获奖演讲中指 出：“分子识别、转换和传输是超分子物种的基本功能”。分子识别简单的说是指 在包结过程中，由于主体分子i b - c d 可以不同牢固程度地包结疏水性不同、链长 不同、几何厚度、宽窄不同的客体分子，并可区分某些旋光异构体，从而在多组 分体系中选择性的和某些客体分子形成包结物，这种选择性包结就是其分子识别 第一章文献综述 作用。这一过程类似于生命过程中的酶与底物、蛋白质与核酸、激素与受体、抗 原与抗体、免疫抑制剂与免疫亲体之间的相互作用。e f i s h e r 曾以“锁与钥匙” 的配合来描述分子识别。分子识别是生物体系高度组织化过程赖以进行的基本作 用方式。它们不是靠传统的共价键力，而是靠非共价键力的分子间的作用力，如 范德华( v a nd e rw a a l s ) 力( 包括离子偶极、偶极偶极和偶极诱导偶极相互作 用) 、疏水相互作用和氢键等。由于环糊精作为环状主体分子能够把一些有机化 合物包埋进他们的空穴，通过分子间力的作用结合，形成包结物，因此环糊精及 其衍生物体系也是超分子化学研究中一个重要的主体分子。其分子识别模式如 下： 网o h = 8 旦固 图1 2 分子识别模式图 f i g 1 - 2t h em o d ef i go fm o l e c u l a rr e c o g n i t i o n 包结物的包结稳定程度、主客体的结合能力取决于其立体匹配、范德华作用、 色散力、偶极一偶极相互作用、电荷_ 二转移相互作用、静电相互作用、氢键等作 用，且随着客体分子的极性、立体结构和构象等因素的不同而表现出一系列的差 异。另外，当一些客体分子的立体尺寸明显超出主体分子的内腔时，主体分子还 可以通过与客体分子的部分基团发生作用而产生一定的识别效果。 一般认为，在环糊精及其衍生物( c d s ) 与客体分子形成包结物时所涉及的 作用力主要有四种： 1 ) c d s 空腔与客体分子上疏水部位之间的v a nd e rw a a l s 作用。 2 ) c d s 的r 基与客体分子上的极性基团之间的氢键作用。 3 ) 在包结物的形成过程中，c d s 空腔内处于高能状态水的释放。 4 ) c d s 环骨架的张力能释放。 影响包结物的稳定性能力的重要因素除了主体分子、客体分子自身的性能特 点以外，还与主体分子和客体分子在包结时的温度以及所用的介质组成等有关。 温度越高，介质中的有机溶剂成分越多，c d s 与客体分子所形成的包结物的稳定 性就越弱。包结过程及包结物的稳定性受以下因素影响： 1 ) 主客体分子尺寸的匹配性：c d s 可以与其空腔内径相匹配的化合物形成 包结物，分子大小决定着渗入c d s 腔内客体分子的种类。 2 )