荧光光谱法研究左氧氟沙星与MCM_41的相互作用

1、第29卷,第9期光谱学与光谱分析2009年9月SpectroscopyandSpectralAnalysisVol129,No19,pp252722530September,2009荧光光谱法研究左氧氟沙星与MCM241的相互作用曹渊1,2,袁庆华1,夏之宁1,23,徐彦芹1,白英豪111重庆大学化学化工学院,21摘要MCM2,(LVFX)组装在MCM241均一的六方形孔道中,241。用粉末X射线衍射(XRD)、低温氮吸附、傅(TGADTA)分析对MCM241以及LVFX/MCM241复合物进行表征,24121382nm,比表面积为1015m2g-1。对MCM241、LVFX/MCML(及LV

2、FX(溶液)的荧光光谱研究结果显示,LVFX/MCM241的荧光光谱比组装前发,MCM241孔道内表面的羟基和LVFX形成氢键,羟基上的电子云向LVFX分子上的吸电子基团转移;同时MCM241和LVFX之间形成新环,使电子云能在更大的环上移动,药物分子的共轭体系扩大,荧光光谱峰红移。MCM241与左氧氟沙星之间强的相互作用为研发以MCM241为载体的新型释药系统提供了理论依据。关键词MCM241;复合物;荧光光谱;红移;相互作用中图分类号:O65713,R97811文献标识码:ADOI:1013964/j1issn1100020593(2009)0922527204主要仪器为温控式微波化学反应

3、器TCMC2204(南京凌江科技开发有限责任公司),D/MAX2CX放射线衍射仪(日本理光公司),AUTOSORB21氮吸附分析仪(美国迈克公司),5DX,550型傅里叶红外光谱分析仪器(美国尼高力公司),RF5301荧光仪(日本岛津),DTG260H型差热热重分析仪(德国NETZSCH公司),KXX25212A型马弗炉。主要试剂:Na2SiO3,十六烷基三甲基溴化铵(CTAB),左氧氟沙星,1,3,52三甲基苯(TMB)。112MCM241的微波合成将3164gCTAB溶于120mL蒸馏水中,室温搅拌至澄清,缓慢加入412mLTMB继续搅拌015h,之后向溶液中缓慢加入21142gNa2Si

4、O3,搅拌2h,用2molL-1盐酸调节pH10。将溶液放入TCMC2204型温控式微波化学反应器中,成核过程设置微波功率为300W,成核温度120,温度爬坡时间为5min,在120下保持15min;结晶过程设置微波功率为60W,结晶温度为100,降温时间5min,在100下保持25min,将所得产物静置冷却,真空抽滤,洗涤,在100的恒温干燥箱内干燥一夜。将得到的白色粉末放入马弗炉中,在550煅烧6h,得到MCM241。113左氧氟沙星和MCM241的组装引言MCM241是上世纪90代出现的一种新型多孔材料1,2,具有均一可调的介孔(230nm)孔道、稳定的骨架结构、较大的比表面积(>

5、1000m2g-1),以及易于修饰的内表面,是各种客体分子的理想载体。迄今,人们已对MCM241用于装载各种药物或是生物大分子,制成缓释36、控释7、靶向释药体系8作了大量研究,但这些研究主要集中在材料的制备、表征及载药释药速率等方面,很少对不同药物分子和MCM241孔道内活性基团的相互作用作深入研究。本文将具有荧光的广谱抗菌药左氧氟沙星封装在介孔分子筛MCM241中,通过封装前后药物荧光,分子筛MCM241荧光位移强度的变化研究分子筛和药物分子基团的相互作用,为阐明MCM241的载药释药机理,设计研发以MCM241为载体的左氧氟沙星新药物剂型提供依据。1实验部分111实验仪器和试剂收稿日期:

6、2008203228,修订日期:2008206229基金项目:国家自然科学基金项目(207759096)和科技部国际合作项目(2006DFA43520)资助作者简介:曹渊,1963年生,重庆大学化学化工学院副教授e2mail:CaoYuancqu1edu1cn3通讯联系人e2mail:chem_lab_cquyahoo1com1cn2528光谱学与光谱分析第29卷收和MCM241极为相似,LVFX的部分基团也出现在谱图上。如293113,147215,138417cm-1均是CH2引起的振动峰,56215,47515,45115cm-1的LVFX分子振动峰也出现在组装体上,表明LVFX分子已经

7、组装到分子筛孔道中。称取5gLVFX溶于30mL的蒸馏水中,加入5gMCM241,室温下搅拌24h,以12000rmin-1离心40min。用蒸馏水洗涤沉淀,过滤,在90下减压真空干燥24h,得到淡黄色固体粉末。114表征,管电压为35kV,管X射线粉末衍射测试靶材为CoK=2°电流35mA,扫描速度2°min-1,扫描范围210°。氮吸附脱附实验,用样品称重011123g,总重5616647,气温度100,77K(液氮)下测定,用BJH法计算分析结果。傅里叶红外光谱采用KBr压片法,在4004000cm-1范围扫描。差热热重测定范围为35800,升温速率10Km

8、in-1,测定气氛为高纯氮气,气流量为20mLmin-1115荧光光谱测定左氧氟沙星溶液,浓度为10-1410em294nm,ex=496nm,10长为em=300,Ex=5nm和Em狭缝=5nm,狭缝均为Ex=3nm,Em=115nm。Fig11FTIRspectraofMCM241a,LVFXb,LVFX/MCM241c2结果与讨论211MCM241的表征21111XRD分析和氮吸附分析=3有一个较强峰(100峰),且在2如表1所示,在2=56分别出现衍射峰(110,200峰),与文献9一致,表组装体LVFX/MCM241相比MCM241和固态LVFX主要峰的位移见表2。在组装体中,LVF

9、X上的170914cm-1代表的羰基峰,130611和105512cm-1代表的COC基峰,153015和1622cm-1代表的苯环杂环峰,均没有在组装体上表现出来,表明这些峰被包裹在MCM241孔道里面,并=20nm)有较非附在其表面。部分峰(如SiOH红移为大红移,表明LVFX和MCM241上的基团有相互作用,这是分子间的范德华力,主要是氢键。有较小位移(<10cm-1)的基团位移主要是受介孔微环境和介孔内表面基团的空间位阻的影响形成的11。/nm21382明样品为介孔分子筛MCM241。MCM241的晶胞参数为a0=2d100/,a0值见表1。Table1Crystallograp

10、hicparametersandstructuralcharacteristicsoftheMCM241MCM241(hkl)d100d110d200d2219594192951730/(nm)31467201802181198a0孔体积/(cm3g-1)01810孔尺寸比表面积/(m2g-1)1015410Table2MainpeaksofFTIRspectrumofLVFX/MCM241,MCM241andLVFXLVFX/MCM241MCM241/cm-1/cm-134381629311314721513841716361815591814121910621878713464119491

11、1163615156316145918108913803134651696915116817980(苯环的氟振动)125910(CN)689166691220(SiC)345410LVFX/cm-1344216292510,2855147812136118170914(羰基)153015,1622(苯环杂环峰)130611,105512(COC)被包裹红移/cm-115,46623034726161(SiOSi)20(SiOH)MCM241的氮吸附脱附分为三个阶段,在P/P0(>014)区域有一个滞后环,是介孔材料的典型特征,起源于N2在孔道中的毛细凝聚,孔参数见表1。21112FTIR

12、分析如图1a所示,3460cm-1的宽峰和1640cm-1分别为MCM241表面的OH的伸缩振动峰、弯曲振动峰;而1080-1-1cm强而宽峰和803和465cm的峰分别是SiOSi键的反对称伸缩振动、对称伸缩振动和弯曲振动峰,969cm-1出现的小峰由SiOH振动引起,与Jiang等10测得的MCM241峰位置一致。b是LVFX的红外光谱,344216cm-1强而宽峰、1709cm-1强峰由羧酸引起,2925,2855,1472cm-1是CH2振动峰,1300910cm-1是单键的伸缩振动、分子骨架振动,910cm-1以下是苯环取代引起的振动峰。比较c与a、b可知,组装体LVFX/MCM24

13、1的红外吸第9期光谱学与光谱分析21113热重分析2529由图2可知,MCM241只在小于100有161681%的质12量损失,由分子筛表面吸收的微量水导致,100800无明显的质量损失,表明MCM241在800以下具有很好的热稳定性。LVFX/MCM241在68151有191866%的质量损失,是组装体的水分带来的;在600800有131674%的质量损失,由LVFX分解所致。实验测得LVFX分子小于在250400时质量损失为121960%,对比组装体在600800有131674%的质量损失,可以推断药物分子分解所)度移向高温区(600需要的温度明显由较低温(250400),这是因为药物分子

14、和分子筛内表面基团产生了相800互作用,可能形成了氢键,需要能量升高。由图2计算得mLVFX/为17子中的吸电子基团转移,导致了组装后SiOH能量的转移,同时由于药物的封装,使孔道中没有和LVFX结合的OH空间位阻变大9,增强了基团间电子云的相互作用,因此组装后出现光谱红移。LVFX具有相当强的荧光,这是因为在LVFX分子里含有苯环、杂环以及大量的共轭双键,构成了强共轭体系,很容易激发并发射强的荧光。,药物分子的F和OH、,形,、杂,4所示。而供电基n羰基以及羧基相连的环上转移,电子轨道平行,实际上共享了环上共轭电子,同时扩大了共轭双键体系,使得组装于MCM241孔道中的LVFX相对于未组的发

15、生很大的红移。Zhang15等将HA组装在MCM241孔道中,研究认为HA封装后,MCM241中的特殊振动使HA中的羰基电子云密度增高,另外MCM241孔中HA的1a跃迁可能受到增强p共轭的阻挠。可以看出组装后的客体分子的共轭体系得到加强和扩大,和本文研究的结果一致。LVFX在酸+性环境下由于H离解作用和羧基、羰基质子化作用,使分子的基态与激发态之间的能量间隔发生变化,从而导致发光光谱向长波移动。Fig12TGAandDTAprofilesofLVFXMCM241andMCM241212荧光光谱分析Shen13在477nm(215V)测得了MCM241强的光致发光峰,认为其发光性和样品表面的硅

16、羟基有关,即NBOHC(没有成键的氧中心SiO3)导致的。Li14通过线性拟合得到在470nm(约2165eV)测得光致发光峰,本实验测其荧光峰为468nm(如图3所示),与文献接近。组装体LVFX/MCM241相对于MCM241有17nm的红移,其原因是MCM241内表面的SiOH和药物分子组装后,与药物分子中的F和OH、羧基形成了氢键,n电子云从SiOH转向LVFX分Fig14CombinationofLVFXandthehydroxygrouponthein2ternalsurfaceofMCM241(thedashlinesrepresentthehydrogenbond)Fig13F

17、luorescencespectraofMCM241(a)andLVFX(b),LVFX/MCM241(c)andliquidLVFX(d),em=468,458,485and496nm,respectively而固态LVFX与LVFX溶液之间有38nm的红移,主要是固态LVFX聚集状态是大量的药物分子的堆积,没有受到周围环境的影响。溶液LVFX和LVFX/MCM241的荧光发射峰位置相接近(em=11nm),可推测LVFX/MCM241中受到环境的作用和LVFX溶液受到周围环境的相类似。把LVFX看成溶质,把LVFX溶液周围酸性环境和MCM241的介孔酸性环境16看成是溶剂笼15,则受到环境

18、强烈的作用,因此固态LVFX相比LVFX溶液和LVFX/MCM241都有能量的转移。在液体中,LVFX分子单独存在,可以推测在MCM241孔道中,LVFX分子和内表面的硅羟基相接合,使得LVFX分子各自单独存在。2530光谱学与光谱分析第29卷的羟基形成了氢键;另一方面,氢键的形成扩大LVFX的环状结构,LVFX的共轭体系被扩大。同时MCM241的介孔的酸性环境起到溶剂笼作用,药物分子能和MCM241上的内表面羟基发生类似质子化强烈的作用,正是由于以上作用的存在,使药物分子能和分子筛牢固的结合,大大降低了药物分子从分子筛中溶出的速率,这为设计并开发新的左氧氟沙星缓释制剂提供依据。文献3结束语本

19、文用微波辅助法合成了MCM241介孔分子筛材料,并对其结构进行表征。通过固态MCM241,LVFX以及溶液LVFX与组装体LVFX/MCM241之间荧光发射光谱峰红移的研究,推测出LVFX分子上的极性基团和MCM241表面参考1BeckJS,VartualiJC,RothWJ,etal.J.Am.Chem.Soc.,2KresgeCT,LeonowicaME,RothWJ,etal.Nature,3ClaraY,MaríaM,ValeriaG,etal.Chem.Eng.J.,1374YANGPP,QUANZW,LULL,:5WeiZeng,Qianin,al.andPhysics,

20、2006,97:437.6Patricia,GéFé,etal.SolidStateSciences,2006,8:1243.7SousaA,MActaBiomaterialia,2008,4:671.8BrianGT,JN,ZHANYannan,etal.Chem.Eng.J.,2008,137:23.9ZHAOXS,F,LuGQ.Phys.Chem.B,1998,102:4143.10JIANGTingshun,TANGYajing,ZHAOQian,etal.ColloidsandSurfacesA:Physicochem.Eng.Aspects,2008,315:2

21、99.11ZhaoWenjuan,LIDongmei,HEBin,etal.DyesandPigments,2005,64:265.12FranciscoLDC,JeanGS,GlauberJTF,etal.MicroporousandMesopo2RousMaterials,2007,102:258.13ShenJL,ChengCF.Curr.Opin.SolidStateMater.Sci,2003,7:427.14LiXX,TangYH,LinLW,etal.MicroporousandMesoporousMaterials,2008,111:591.15ZhangLZ,TangGuoq

22、ing,GaoBowen,etal.Chem.Phys.Lett.,2004,396:102.16AliAER,UweKAK.Chem.Phys.Lett.,2004,397:484.StudyontheInteractionofLevofloxacinandMCM241byFluorescenceSpectrumCAOYuan1,2,YUANQing2hua1,XIAZhi2ning1,23,XUYan2qin1,BAIYing2hao11.InstituteofChemistryandChemicalEngineering,ChongqingUniversity,Chongqing4000

23、30,China2.BioengineeringCollege,ChongqingUniversity,Chongqing400030,ChinaAbstractThemesoporousmolecularsieveMCM241wassynthesizedbyhydrothermalmethodundermicrowaveirradiationandthelevofloxacinwasencapsulatedinthehexagonalorderedchannelsofMCM241usingpicklingprocess.Thestructureandprop2ertyofMCM241andL

24、VFX/MCM241werecharacterizedbymeansofsmall2angleX2raydiffraction(XRD),Fouriertransformin2fraredspectroscopy(FTIR),N2physicaladsorption,andthermogravimetricanalysis2differentialthermalanalysis(TGA2DTA).TheporediameterandthespecificsurfaceareaofthemesoporousmolecularsieveMCM241synthesizedundermicrowaveirradia2tionwere21382nmand1015m2g-1respectively.ThefluorescencespectraofMCM241,LVFX/MCM241,LVFX(solid)andLVF