全 文 ：西北大学学报(自然科学版)
2009年 10月 , 第 39卷第 5期 , Oct., 2009, Vol.39, No.5
JournalofNorthwestUniversity(NaturalScienceEdition)
　　收稿日期:2008-12-30
　　基金项目:国家自然科学基金资助项目(20472067)
　　作者简介:章舒祺 ,男 , 浙江杭州人 , 从事天然产物分离和分析研究。
α-山竹黄酮与 β -环糊精包合作用
章舒祺 ,魏永锋
(西北大学 化学与材料科学学院 , 陕西 西安　710069)
摘要:目的　研究 α-山竹黄酮与 β-环糊精的包合作用 。方法　制备了 α-山竹黄酮与 β-环糊精的包
合物 ,用紫外分光光度法测定了包合物的溶解度和表观稳定常数。利用紫外和红外吸收光谱 、差示
扫描量热分析等测试方法对 α-山竹黄酮与 β-环糊精的包合物进行了表征 。通过热力学实验获得
了包合反应的热力学函数 ΔG, ΔH和 ΔS。结果　α-山竹黄酮与 β-环糊精能形成稳定的包合物 ,包
合比为 1∶2 ,表观包合稳定常数为 7.6×104L2 /mol2。结论　加入 β-环糊精后 , α-山竹黄酮的溶解
度和热稳定性都得到明显提高。包合反应主要由焓变控制 ,驱动力为范德华力。
关　键　词:α-山竹黄酮;β-环糊精;紫外分光光度法;溶解度;热稳定性;热力学
中图分类号:TS201.2　　文献标识码:A　　文章编号:1000-274Ⅹ (2009)05-0773-05
　　山竹黄酮是山竹果壳中含有的口山酮类化合物 ,
其中 α-山竹黄酮 (α-mangostin, α-MAG化学结
构 [ 1-2]如图 1所示)是它的一种主要活性成分 。它
有不同程度的消炎 ,杀菌 ,抗阿米巴痢疾和治疗溃疡
的活性 ,是动物环腺苷酸 -蛋白质激酶的催化亚单
位(cAK)和植物 Ca2+-依赖蛋白质激酶有效的抑
制剂 ,对肌质网 Ca2+-腺苷三磷酸酶有强有力的抑
制作用和相对弱的抑制环腺苷酸磷酸二酯酶的作
用 ,同时也是色胺和组胺受体强有力的拮抗剂 。此
外 ,它还能够抑制 HIV-1蛋白酶活性等[ 3] 。由于 α-
山竹黄酮具有奇异的药理活性 ,现已逐渐成为世界
学者研究的热点。但是 , α-山竹黄酮在水中溶解性
差 ,从而影响到其作为药物时的生物利用度。
β-环糊精(β-cyclodextrin,简称 β-CD)是由 7个
葡萄糖分子形成的环状低聚糖 。 β-环糊精内部空腔
具有疏水性 ,腔外羟基具有亲水性 ,使其在水中具有
一定的溶解度[ 4] 。 β-环糊精这种特殊的分子结构能
使其作为主体与进入其空腔的客体分子作用。当客
体分子尺寸和理化性质与其空腔相匹配时 ,可依靠
范德华力 、疏水作用力等包合多种客体分子或某些
官能团 ,形成主客体包合物 [ 5] 。
由于 β-环糊精本身无毒 ,且相对廉价易得 ,故
很适宜作为药品的缓释和保护性囊材。现在 , β-环
糊精已经广泛应用于制药工业中的新剂型开
发[ 6-7] 。它在防止药物挥发 ,增加溶解度 ,提高生物
利用度 ,延长药物半衰期 ,提高药效 ,降低药物刺激
性 、毒性 、副作用和掩盖药物的不良气味等方面都起
了很大的作用 [ 8-10] 。
本文利用紫外分光光度法 ,结合红外吸收光谱
法 、差示扫描量热分析等对 α-山竹黄酮与 β-环糊精
的包合行为进行了较为详细的研究 ,对形成包合物
的表观包合稳定常数 、溶解度和热稳定性进行了测
定。从热力学角度进一步考察了包合反应 ,获得了
包合过程的热力学参数 。α-山竹黄酮与主体 β-环糊
精包合性质的研究对于山竹黄酮的基础研究具有重
要意义 ,同时对于该药物剂型的开发有着积极的推
动作用。
图 1　α-山竹黄酮的结构
Fig.1　Structureofα-mangostin
DOI :10.16152/j.cnki.xdxbzr.2009.05.033
1　实验部分
1.1　仪器与试剂
紫外 -可见光谱仪(UV-1700 ,日本岛津公司);
红外光谱仪(EQUINOX-55,德国 Bruker公司);差示
扫描量热分析仪 (DSC-204F1, 德国 NETZSCH公
司);集热式恒温加热磁力搅拌器(DF-101S,郑州长
城科工贸有限公司);真空干燥箱(DZF-3 ,上海福玛
实验设备有限公司);THZ-3型恒温振荡器 。
α-山竹黄酮 (95%, DhanvantariBotanicalsPvt
Ltd);β-环糊精(99.0%, 天津市博迪化工有限公
司);甲醇(AR,西安化学试剂厂)。实验所用水均
为二次蒸馏水。
1.2　α-MAG及其包合物的吸收光谱测定
在两个 50 mL容量瓶中各加入 1.0×10-3mol/L
的 α-MAG甲醇溶液 1.00 mL,在其中一个中再加入
1.0×10-2mol/L的 β -CD溶液 10.00 mL,甲醇定
容 。在 60℃摇振 1 h,冷却至室温(25 ℃),以甲醇
为空白 ,在 250 ～ 600 nm范围内 ,扫描二者的紫外吸
收图谱 。
1.3　表观包合稳定常数的测定
在 6个 50mL容量瓶中各加入 1.0×10-3mol/Lα-
MAG甲醇溶液 1.00 mL,然后分别加入 1.0×10-2
mol/Lβ-CD溶液 9.00, 10.00, 11.00, 12.00, 13.00,
14.00 mL,用水定容 ,在 60 ℃摇振 1 h,冷却至室温
(25℃),用紫外分光光度计在其最大吸收波长 317
nm下测定各溶液的吸光度 ,通过 Hildebrand-Benesi
方程[ 11]计算其表观包合稳定常数 。
1.4　α-MAG与 β-CD包合物的制备
在一定温度下 ,将一定量的 β-CD用水溶解 ,称
取适量的 α-MAG配制成甲醇溶液 ,在搅拌状态下 ,
将 α-MAG的甲醇溶液缓慢滴加到 β-CD的水溶液
中 ,控制一定的搅拌速率和时间 。反应结束后 ,将混
合物冷却至室温 ,并置于冰箱中冷藏 12 h,抽滤 ,用
少量水洗涤 ,于 40 ℃下 ,真空干燥 2 h,得淡黄色晶
体 。
1.5　包合物溶解性实验
精确移取浓度为 1.0×10-3mol/L的 α-MAG甲
醇溶液 0.10, 0.20, 0.30 , 0.40, 0.50, 0.60, 0.70,
0.80mL于 8个 10 mL的容量瓶中 ,加甲醇至刻度 ,
在 317 nm波长下测吸光度 ,以 α-MAG浓度为横坐
标 ,吸光度为纵坐标 ,绘制校正曲线 ,得线性方程为
A=219 76c-0.078 9,相关系数是 0.999 2。
称取过量的 α-MAG和其包合物分别溶解在一
定量水中 ,在 25℃恒温摇振 12h。过滤后吸取各自
上层清液 1.00mL,置于 10mL的容量瓶中 ,加甲醇
至刻度 ,摇匀 ,在 317 nm波长下分别测定两者的吸
光度 。根据上述所测得的吸光度值和对应的 α-
MAG的校正曲线求得 α-MAG及其包合物在水中的
溶解度。
1.6　红外光谱分析
采用溴化钾压片法对 α-MAG, β-CD,二者物理
混合物及二者的包合物 ,在 400 ～ 4 000cm-1波数范
围内分别进行红外光谱测定 。
1.7　差示扫描量热分析
在 DSC-204F1差示扫描量热分析仪上 ,分别对
α-MAG, β-CD和两者形成的包合物进行测试 ,升温
速率为 10℃min-1 ,升温范围为 40 ～ 300℃,测定气
体为氩气 。
2　结果与讨论
2.1　α-MAG, β-CD及包合物在甲醇中的紫外吸收
光谱
　　按实验方法 1.2扫描 α-MAG, β-CD及包合物的
紫外吸收光谱 。
图 2为 α-MAG, β-CD及其与 α-MAG包合物的
紫外吸收光谱 。可以看出 , β-CD没有紫外吸收。在
α-MAG的溶液中加入 β-CD后 ,溶液的吸光度明显
增强 。紫外吸收强度变化的原因可能是由于客体分
子 α-MAG和 γ-MAG的电子云受 β-CD空腔内的高
电子密度诱导而发生移动 ,使得电子跃迁几率增大 ,
导致摩尔消光系数 ε增大[ 12] 。通过紫外光谱图的
比较可以说明 β-CD与 α-MAG形成包合物 。
图 2　β-CD(a), α-MAG(b)和 α-MAG-β-CD(c)吸收
光谱
Fig.2　Absorptionspectraofβ-CD(a), α-MAG(b)
andα-MAG-β-CD(c)
—774— 西北大学学报(自然科学版)　　　　　　　　　　　　　　　　　第 39卷
2.2　红外吸收光谱分析
图 3为 α-MAG及它与 β-CD形成的包合物的红
外吸收图谱。由图 3可见 ,由于包合作用 , α-MAG
中的羟基在 β-CD空腔中发生缔合 ,形成氢键 ,使得
其特征吸收峰由 3 421.60 cm-1移向低波数的
3 388.01cm-1 ,并且峰形变宽。同时 ,在 α-MAG-β-
CD图谱中 , α-MAG的许多特征峰都被 β-CD的吸收
峰掩盖 ,变得不太容易辨认。另外 ,通过 α-MAG-β-
CD图 谱 与 α-MAG图谱 比 较 , 在 2 926.63,
1 639.71, 1 434.18, 1 157.02, 1 033.11, 941.03,
853.45, 758.99及 578.87cm-1都有较明显的位移 。
然而 , α-MAG和 β-CD的物理混合物的红外图谱只
是二者红外图谱的简单叠加 ,保留了各自的特征吸
收峰。比较 α-MAG-β-CD图谱与混合物图谱发现 ,
二者在 1 275 ～ 1 445 cm-1间存在明显的差异 。以
上现象都说明包合物已形成。
图 3　α-MAG(a), β-CD(b), 物理混合物 (c)及 α-
MAG-β-CD(d)的红外吸收谱图
Fig3　IRspectraofα-MAG(a), β-CD(b), physical
mixture(c)andα-MAG-β-CD(d)
2.3　包合物的溶解性
在 317nm波长下 ,测得 α-MAG和其包合物的
吸光度分别为 0.213 4和 0.820 6。代入 α-MAG的
校正曲线方程 ,求得 α-MAG在 25 ℃纯水溶液的溶
解度为 0.054 6g/L,而包合物为 0.168 g/L,增溶倍
数为 3.1。由此可见 ,在与 β-CD形成包合物后 , α-
MAG溶解度有了较大的提高 。
2.4　α-MAG和 γ-MAG与 β-CD表观包合稳定常
数的测定
　　客体进入 β-CD主体疏水空腔形成包合物是环
糊精包合客体的一种特性 。根据文献报道环糊精与
客体能形成 1∶1 , 2∶1和 1∶2等多种形式的包合物 。
在环糊精浓度远远大于客体浓度时 ,环糊精与客体
仅可能形成 1∶1和 2∶1[ 13]的包合物。通过紫外 -
可见吸收光度法 ,由 Hildebrand-Benesi方程确定包
合物的包合比 ,同时也可测定包合物的表观稳定常
数 K。对于 α-MAG与 β-CD形成 1∶1的 α-MAG-β-
CD包合物 ,根据双倒数法有如下处理公式:
1
A=
1
KεCMAG0
1
CCD0 +
1
εCMAG0。 (1)
对于 α-MAG与 β-CD形成 1∶2的 α-MAG-β-CD包
合物 ,则有如下处理公式:
1A= 1KεCMAG0
1
C2CD0 +
1εCMAG0。 (2)
式中:CMAG0和 CCDO分别代表 α-MAG与 β-CD的起始
浓度;A为溶液的吸光度值;K是表观包合稳定常
数;ε是生成包合物的摩尔吸光系数。
由式(1)和式(2)可见 ,根据 β-CD浓度和测得
对应的吸光度 A,计算 1/CCD0 , 1/C2CD0和 1/A。若以
1/CCD0 ～ 1/A作图为直线 ,表明主 、客体形成 1∶1包
合物;若 1/C2CD0 ～ 1/A为直线 , 表明主 、客体形成
2∶1包合物 。
对于 β-CD与 α-MAG包合过程 ,按实验 1.3测
得两者的吸光度 A,以 1/C2CD0对 1/A作图 ,并进行线
性拟合得直线见图 4。图 4为 α-MAG-β-CD包合物
的双倒数图 。其线性相关系数为 0.988 1。故 α-
MAG能与 β-CD形成 1∶2包合物 ,结构式如图 5所
示。在 25 ℃时 , 包合物表观稳定常数 K=7.6 ×
10
4L2 /mol2。
图 4　α-MAG-β-CD包合物双倒数图(25 ℃)
Fig.4　Doublereciprocalplotfortheα-MAG-β-CDinclu-
sioncomplex(25℃)
图 5　α-MAG-β-CD包合物结构示意图
Fig.5　Theschematicrepresentationofthestructureof
theα-MAG-β-CDinclusioncomplex
2.5　包合物热力学参数的测定
实验测定了 4个不同温度下的表观包合稳定常
数 ,根据范德霍夫方程(lnK=-ΔH/RT+ΔS/R),
—775—第 5期　　　　　　　　　　　　　　　章舒祺等:α-山竹黄酮与 β-环糊精包合作用
以 lnK对 1/T作图 ,用所得直线的斜率和截距分别
求得 α-山竹黄酮与 β-CD包合过程的热力学参数
ΔH和 ΔS,再根据 ΔG=ΔH-TΔS求得 ΔG。结果见
表 1。
表 1　α-MAG与 β-CD包合过程的热力学参数
Tab.1　Thermodynamicparametersfortheinclu-
sionreactionofα-MAGwithβ-CD
T/K K/(L2· mol-2)
ΔG/
(kJ· mol-1)
ΔH/
(kJ· mol-1)
ΔS/
(J· mol-1)
298 7.6×104 -28.03 -35.38 -24.67
308 5.4×104 -27.78
318 3.7×104 -27.53
328 2.0×104 -27.29
　　由表 1可得 ,随着温度的升高 ,包合物的 K值
逐渐减小 ,即升温不利于包合物的生成。由于包合
反应的 ΔG和 ΔH均负值 ,说明 α-MAG与 β-CD的
包合过程是一个能自发进行的放热过程 。 ΔH为负
值且绝对值较大 ,表明体系平衡以焓变控制为主 ,包
合过程的推动力主要是范德华力 [ 14, 15] 。反应的 ΔS
为较小负值 ,可能是由于两个方面共同作用 。一方
面是 α-MAG分子进入 β-CD空腔 ,其自由度降低 ,
使得熵值降低;另一方面是一些水分子从 β-CD的
空腔中释放 ,使得熵值增加 。这两个相对的原因导
致体系的熵值净减少 。
2.6　差示扫描量热分析
分别对 α-MAG和其包合物做 DSC分析 ,结果
见图 6。由图 6的 DSC图可知 , α-MAG在 183.6℃
出现一吸收峰 ,是其熔点。 β-CD在 104.6℃有一脱
水吸热峰 ,在 219.9 ℃处有一熔融分解峰 。两者的
包合物呈现出一个新的 DSC曲线。 α-MAG在
183.6℃的熔融分解峰和 β-CD在 219.9 ℃的熔融
分解峰完全消失 ,取而代之的是在 224.9 ℃出现一
个全新的吸收峰 。这表明包合物的确已经形成 ,而
且较 α-MAG的熔融分解温度提高了 41.3 ℃,热稳
定性明显加强。
3　结　论
从以上的讨论可以得出:α-MAG与 β-CD容易
形成 1∶2型包合物 ,其表观包合稳定常数 K为 7.6
×104L2 /mol2。利用紫外和红外吸收光谱 、差示扫
描量热分析等测试方法对包合物进行了表征。加入
β-环糊精后 , α-MAG在纯水中的溶解度提高了 3.1
倍 ,热稳定性也得到明显提高 。通过热力学实验获
得了包合反应的热力学函数 ΔG, ΔH和 ΔS。包合反
应主要由焓变控制 ,驱动力为范德华力 。
图 6　α-MAG, β-CD及其包合物的差示扫描量热分析图
Fig.6　DSCthermogramsofα-MAG, β-CDandα-MAG-β-CD
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Abstract:Aim　Tocalculatetheresidualintensity, predicttheresiduallife-span, andsyntheticalyevaluatethe
safestateofheatingfurnancetube.Methods　Basedonthetestingandinspectionoftheheatingfurnancetube, the
corrosionmechanismwasanalyzed;accordingtoASMEB-31GCode, theresidualintensitywascalculated;with
themethodoffiniteelementandoptimumdesign, theresiduallife-spanwaspredicted.Results　Thecorrosion
mechanism, theresidualintensity, andtheresiduallife-spanofheatingfurnancetubewereobtianed.Conclusion　
Thecorrosionmechanismanalysisresultsshowthatthecorosionoftheheatingfurnancetubeismainlychemical
corrosionandelectrochemicalcorosioncasuedbyCO2 andH2S;theintensityevaluationresultsshowthattheresid-
ualintensityissatisfiedwiththeneedsofsafty, theresiduallife-spanis116 727 houres.
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Inclusioncomplexationofα-mangostinwithβ-cyclodextrin
ZHANGShu-qi, WEIYong-feng
(ColegeofChemistry＆MaterialsScience, NorthwestUniversity, Xi′an710069, China)
Abstract:Aim　Tostudytheinclusioncomplexationofα-mangostin(α-MAG)withβ-cyclodextrin(β-CD).
Methods　Theinclusioncomplexofβ-CDwithα-MAGwasprepared.Thesolubilityandtheapparentformation
constantfortheinclusioncomplexweredeterminedbyUVspectrophotometry.Theinclusioncomplexwascharacter-
izedbyUVabsorptionspectroscopy, infraredabsorptionspectroscopyanddiferentialscanningcalorimetryanalysis.
Thethermodynamicparametersfortheinclusionreaction, suchasΔG, ΔHandΔSwerederivedfromtheinclusion
constantsatdiferenttemperatures.Results　α-MAGcanreactwithβ-CDtoforma1∶2 host-guestcomplexwith
apparentformationconstantof7.6×104L2 /mol2.Conclusion　Thesolubilityandthermalstabilityofα-MAGwere
remarkablyimprovedduetotheinclusionfunctionofβ-CD.Thewholeinclusionprocesiscontroledbyenthalpy
andvanderwaalsforceisthemaindrivingforce.
Keywords:α-mangostin;β-cyclodextrin;UVspectrophotometry;solubility;thermalstability;thermodynamics
—784— 西北大学学报(自然科学版)　　　　　　　　　　　　　　　　　第 39卷