环糊精包合物制备及分子模拟-KQ-200VDE使用

角鲨烯又名鲨烯、三十碳六烯、鱼肝油萜，化学名 为2,6,10,15,19,23-六甲基-2,6,10,14,18,22-二十四碳六烯，由Tsujimoto于1906年在黑鲨鱼肝油中发现，是一种高度 不饱和烃类化合物。在常温下，角鲨烯为油状的无色液体，不溶于水，难溶于冰醋酸、乙醇和甲醇，易溶于四 氯化碳、乙醚、丙酮、石油醚等有机溶剂，因其含6 个非 共轭双键，因此极不稳定，很容易氧化。角鲨烯具有提 高体内超氧化物歧化酶活性、增强机体免疫能力、改善 性功能、抗衰老、抗疲劳、抗肿瘤等多种生理功能，因 此，被广泛应用于医药、化妆品和食品行业，但由于其 水溶性较差、易被氧化等，使其在具体应用过程中受到 了严峻挑战。虽然已有胶囊产品问世，但多数以保健品形式销售，产品品种单一。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

角鲨烯标准品（纯度＞99%） 北京寰宇科创生物 科技发展有限公司；γ-环糊精（纯度＞99.0%） 东京 化成工业株式会社；正己烷（色谱纯） 天津赛孚瑞科 技有限公司。

1.2 仪器与设备

2010-Plus气相色谱仪（配有氢火焰离子检测器和色 谱工作站） 日本岛津企业管理有限公司；Tensor II FTIR仪、AM-400型1 H NMR分析仪 德国布鲁克科技 有限公司；FA2004B电子天平 上海佑科仪器仪表有限 公司；昆山舒美KQ-200VDE型三频数控超声波清洗器 昆山市 超声仪器有限公司；TH70-85-2磁力搅拌器余姚市东 方电工仪器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 包合物的制备

采用水溶液法参考相关制备包合物。称量一定 量的γ-环糊精溶于25 mL蒸馏水中，使其形成40 mmol/L 的γ-环糊精溶液，将角鲨烯缓慢滴加在γ-环糊精溶液中 （参照按照主客物质的量比为3∶1添加）并超声 振荡15 min。在40 ℃条件下磁力搅拌72 h即可得到包合 物溶液。静置1 h，用吸油纸去除溶液表面未包合的角鲨 烯油滴，置于－60 ℃、100 Pa条件下冻干，得到角鲨烯/ γ-环糊精包合物粉末。

1.3.2 包合物的表征

1.3.2.1 相溶解度测定

参照相关对包合物进行相溶解度测定。称 取一定量的γ-环糊精溶于25 mL蒸馏水中，分别配制浓度 为0、10、20、30 mmol/L和40 mmol/L的环糊精溶液， 并按主客物质的量比1∶1.5的比例向其中滴加过量的角鲨 烯，超声振荡15 min，分别在25、40 ℃及55 ℃条件下 磁力搅拌72 h，得到包合物溶液。取5 mL包合物溶液， 向其中加入10 mL正己烷，超声萃取10 min。静置后经 0.45 μm有机滤膜过滤后用气相色谱检测得到包合物中角 鲨烯含量。 气相色谱条件参照相关，具体条件如下： Rtx-5毛细管柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm）；升温 程序：150 ℃维持1 min，15 ℃/min升温至250 ℃维持 12 min；载气为99.999% N2，空气流速400 mL/min，氢气 流速40 mL/min，分流比1∶10；进样口温度250 ℃；进样 口压力204 kPa；氢火焰离子检测器温度290 ℃；进样量 1 μL；定量方法为峰面积归一化外标法。 以环糊精的浓度为横坐标，角鲨烯的溶解度为纵坐 标，绘制相溶解图，并计算包合常数、增溶因子（S/S0， S及S0分别为角鲨烯在环糊精溶液及水中的溶解度）及 热力学参数，按式（1）～（3）计算：

式（1）中：K为包合常数/（L/mol）；k为相溶解度 图中线性回归方程的斜率；d为相溶解度图中线性回归方 程的截距/（mmol/L）。 式（2）中：ΔG为反应的吉布斯自由能/（J/mol）； Δ H 为反应的焓变 / （ J / mol ） ； R 为气体常数， 8.314 J/（K·mol）；T为热力学温度/K；ΔS为反应的熵 变/（J/（K·mol））。根据式（3），将lnK对1/T作图，通过线性拟合得到 直线的截距可计算ΔS。


1.3.2.2 FTIR分析

将约1 mg样品（γ-环糊精和角鲨烯/γ-环糊精包合 物）置于盛有约100 mg干燥溴化钾的玛瑙研钵中充分混 合并研磨成细粉末。然后将样品装入模具中压成片状， 并置于FTIR仪中进行测试。通过向溴化钾片剂中加入 1 滴角鲨烯制备角鲨烯片剂样品。 1.3.2.3 1 H NMR分析 用核磁共振波谱仪在500 MHz、25 ℃条件下记录 1 H NMR谱。将角鲨烯、包合物和γ-环糊精分别溶解在氘 代二甲基亚砜中，置于内径为5 mm的核磁管中，分别进 行测试。并根据包合物1 H NMR图谱中呈现的各基团图谱 的积分面积计算包合物中主客物质的量比。

2 结果与分析

在25、40 ℃及55 ℃下，在0～40 mmol/L 范围内，角鲨烯在γ-环糊精溶液中的相溶解图为AL型， 即形成的包合物主客物质的量比为1∶1，不同于报 道的γ-环糊精与角鲨烯可形成主客比近似为2.68∶1的包合 物，这可能与包合物制备条件不同有关。包合过程是一个动态平衡的过程，即包合与解离同 时存在。而包合常数K值是决定包合物性质的一个重要参 数，其大小能够反映环糊精和角鲨烯形成包合物过程中 结合力的强弱，所以，K值可对包合过程作出定量描述。 一般K值越大说明环糊精的包合效果越明显，增大客体分 子溶解度的能力越强。包合常数K随着温 度的升高而增大，表明所形成的包合物越来越稳定，这 是由于分子热运动随温度的升高变得更加剧烈，有利于 角鲨烯进入环糊精的空腔内，从而使反应向有利于包合 的方向进行，这与相关研究结论一致。

3 结 论

应用水溶液法结合冷冻干燥法制备角鲨烯/γ-环糊精 包合物，并通过相溶解度、FTIR、1 H NMR分析及分子模 拟对γ-环糊精包合角鲨烯的机理进行研究。结果显示，角 鲨烯被γ-环糊精成功包埋，且在客体分子过量的情况下， 可与γ-环糊精形成主客物质的量比1∶1的包合物，而当 γ-环糊精过量时，可形成主客物质的量比3.45∶1的包合 物。相溶解度及热力学参数分析结果表明，γ-环糊精对 角鲨烯增溶效果明显，最大可提高至原来的309 倍；包 合常数随温度升高而增大，整个包合过程释放的反应热 较小，呈自发的吸热反应，温度升高导致的无序化增加 （熵增加）是包合反应的主要驱动力。分子模拟结果表 明，包合物的分子结构为角鲨烯链状分子将γ-环糊精环状 分子均匀地“串联”在一起，且最佳主客物质的量比为 4∶1，但大于4∶1后包合物分子结构突然变得不稳定，具 体机理仍有待进一步研究。本研究对于进一步阐明环糊 精包合角鲨烯的机理具有重要的指导意义，并可为扩大 角鲨烯在食品、化妆品及医药等领域水溶性环境中的应 用提供理论依据及参考。


 

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