全 文 ：羟丙基-β-环糊精对 α-山竹黄酮的包合作用
王美丽　魏永锋＊ 　张玉丽　章舒祺
(西北大学化学系合成与天然功能分子化学教育部重点实验室　西安　710069)
2008-08-03收稿 , 2008-09-16接受
摘　要　用研磨法制备了羟丙基-β-环糊精(Hp-β-CD)与 α-山竹黄酮(α-MAG)的包合物 , 由紫外和红外吸
收光谱 、差示扫描量热分析和1H NMR对包合物进行了表征 ,并用紫外分光光度法测定了包合物的溶解度 、表
观包合稳定常数和包合反应的热力学参数 ΔG , ΔH 和 ΔS。结果表明 ,Hp-β-CD 能与 α-MAG 形成稳定的 1∶1
包合物 ,表观包合稳定常数 K为 2.11×103L mol , 加入Hp-β-CD后 , α-MAG溶解度大大增加。包合反应主要由
焓变控制 ,驱动力为范德华力和疏水作用力。
关键词　α-山竹黄酮　羟丙基-β-环糊精　包合物　紫外吸收光谱法　溶解性
Inclusion of Hydroxypropyl-β-Cyclodextrin with α-Mangostin
Wang Meili ,Wei Yongfeng＊ ,Zhang Yuli ,Zhang Shuqi
(Key Laboratory of Synthetic and Natural Functional Molecule Chemistry of Ministry of Education ,
Department of Chemistry , Northwest University , Xi an 710069)
Abstract　The inclusion complex of hydroxypropyl-β-cyclodextrin (Hp-β-CD)with α-mangostin (α-MAG)was
prepared by the grinding method and characterized by UV absorption spectrum , infrared absorption spectrum , differential
scanning calorimetric analysis and 1H NMR.The solubility of inclusion complex and the apparent stability constant of
inclusion complex were measured by UV spectrophotometry and the thermodynamic parameters of the inclusion reaction , such
as ΔG , ΔH and ΔS were derived from the inclusion constants at different temperatures.The results indicate that Hp-β-CD
can react with α-MAG forming a 1∶1 host-guest complex with apparent stability constant of 2.11×103L mol.The solubility
of α-MAG was improved remarkably due to the inclusion function of Hp-β-CD.The whole inclusion process was controlled
mainly by enthalpy and driven by van der Waals forces.
Keywords　α-Mangostin ,Hydroxypropyl-β-cyclodextrin , Inclusion compound , UV absorption spectrum , Solubility
α-山竹黄酮(α-mangostin ,简称 α-MAG)是从藤黄科藤黄属植物山竹子果壳中分离出来的化合物。
山竹子又名莽吉柿 、倒捻子 、凤果 ,在东南亚地区 ,山竹子的果壳是治疗痢疾 、疟疾 、扭伤 、伤寒 、溃疡 、皮
肤感染 、消炎杀菌和帮助伤口愈合的民间传统用药[ 1 ～ 4] 。α-MAG[ 5] 是山竹黄酮中的主要活性成分之一 ,
其结构式如图式 1所示。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-蛋白质激酶催化亚单位和植物 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 ,它还能够抑制人类免疫缺陷病毒(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 ,因此一直是世界学者研究的热点。但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-CD)是由7个 D-(+)-吡喃葡萄糖构成的 、拥有独特的腔内疏水及腔外亲水的“锥筒”
状空腔的环状低聚糖[ 6] 。β-CD可以与很多疏水性化合物形成包合物 ,从而改变其理化性质 ,达到提高
水溶性 、缓释 、改善稳定性等目的[ 7 ～ 9] 。但是 ,由于 β-CD在 C2 —C3 羟基之间形成分子内氢键 ,导致其在
水中的溶解度有限 ,限制了其应用 。Hp-β-CD是由 β-CD化学改性而得到的醚化衍生物。羟丙基的引入
打开了 β-CD 的分子内氢键 ,形成无定形混合物 ,水溶性大大提高 ,并且溶血性也较 β-CD低[ 10 , 11] 。Hp-
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DOI :10.14159/j.cnki.0441-3776.2009.04.010
β-CD被认为是目前很有应用潜力的药物辅料和食品添加剂 。
图式 1　α-山竹黄酮的结构
Scheme 1　Structure of α-mangostin
为了结构的分析说明 ,编号没有按照标准命名编号
图式 2　羟丙基-β-环糊精的分子结构示意图
Scheme 2　Molecular structure of Hp-β-CD
　　为了增加 α-MAG的水溶性 ,以提高其作为药物时的生物利用度 ,用 Hp-β-CD对 α-MAG进行了包
合 ,并对包合物的结构和性能进行了表征 ,研究了其增溶效果 。结果表明 ,Hp-β-CD使 α-MAG在水中的
溶解度增大为原来的 137倍 ,此结果对于开发新的药物剂型及其临床应用有重要的实际意义。
1　实验部分
1.1　仪器与试剂
紫外-可见分光光度计(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 ,中国郑州长
城科工贸有限公司);真空干燥箱(DZF-3 ,中国上海福玛实验设备有限公司);THZ-82型水浴恒温振荡器
(中国常州国华电器有限公司);超导核磁共振仪(Varian INOVA2400 ,美国)。
α-MAG(95%,Dhanvantari Botanicals Pvt Ltd提供);Hp-β-CD(山东新大精细化工有限公司 ,DS=6.5);
甲醇(AR ,西安化学试剂厂);实验用水均为二次蒸馏水。
1.2　在加入 Hp-β-CD前后 α-MAG的紫外吸收光谱测定
在2个 25mL容量瓶中各加入 1.0×10-3mol L 的 α-MAG甲醇溶液 0.50mL ,在其中一个中再加入
1.0×10-2mol L Hp-β-CD溶液 5.00mL ,水定容 。在 25 ℃下摇振 1 h后 ,以甲醇的水溶液为空白 ,在 250
～ 600 nm 波长范围内 ,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 L α-MAG 甲醇溶液 1.00mL ,然后分别加入 1.0×10-2
mol L Hp-β-CD溶液 4.00 、5.00 、6.00 、7.00 、10.00和 12.00mL ,用水定容 ,恒温下振摇 1h 后 ,用紫外分光
光度计在 353nm下测定各溶液的吸光度 ,通过Hildebrand-Benesi方程[ 12] 计算其表观包合稳定常数。
1.4　α-MAG与 Hp-β-CD包合物的制备
将 α-MAG与 Hp-β-CD按 1:1机械混合后 ,加入少量水 ,用碾磨机反复碾磨成糊状物 ,后将糊状物于
60℃下 ,真空干燥 5h ,得淡黄色晶体。
1.5　包合物溶解性实验
分别精确移取浓度为 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和
0.80mL于 8个 10mL 的容量瓶中 ,加水1mL ,甲醇定容 ,在317nm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=22727c+0.0756 ,相关系数是 0.9996。用相同方
法在 322nm 波长下测定 α-MAG-Hp-β-CD的吸光度值 ,绘制校正曲线 ,得到线性方程为 A =18494c +
0.0206 ,相关系数是 0.9996。
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。迅速用 0.45μm的
滤膜过滤后 ,分别吸取一定量的滤液置于 10mL 的容量瓶中 ,加甲醇至刻度 ,摇匀 ,分别在 317nm波长下
和322nm波长下测定两者的吸光度。根据上述所测得的吸光度值和对应的 α-MAG和 α-MAG-Hp-β-CD
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的校正曲线分别求得 α-MAG及 α-MAG-Hp-β-CD在水中的溶解度。
1.6　差示扫描量热分析
在DSC-204F1差示扫描量热分析仪上 ,对 α-MAG 、Hp-β-CD与两者形成的包合物进行测试 ,升温速
率为 10℃ min ,升温范围为 40 ～ 400℃,测定气氛为氩气 。
1.7　红外光谱分析
采用溴化钾压片法对 α-MAG 、Hp-β-CD 、两者的物理混合物和包合物 ,在 400 ～ 4000cm-1波数范围内
测定它们的红外光谱 。
1.8　1H NMR分析
将 α-MAG 、Hp-β-CD和包合物分别溶于氘代甲醇中 ,于 400MHz超导核磁共振谱仪上测试氢谱 , 1H
的观测频率为 399.752MHz ,核磁试管为 5mm规格。
2　结果与讨论
2.1　Hp-β-CD、α-MAG及其包合物的紫外吸收光谱
α-MAG 、Hp-β-CD及其包合物溶液的紫外吸收光谱如图 1所示 。可以看出 ,在 α-MAG 的溶液中加
入Hp-β-CD后 , α-MAG在 317nm 和346nm的两个吸收峰都发生了红移 。最大吸收波长由 317nm 红移到
322nm ,溶液的吸光度明显减弱。次峰由346nm红移到 353nm ,溶液的吸光度则明显增强 。同时 ,实验也
发现 ,在 353nm处的吸光度随着Hp-β-CD浓度的增大而增加 。当 Hp-β-CD包合 α-MAG后 ,Hp-β-CD富
电子云的空腔增强了客体的电子云密度 ,加强了客体 π电子的共轭效应 ,使电子从 π轨道和 n轨道跃迁
至π＊轨道所需要的光子能量有所降低 ,所以吸收波长发生了红移 ,说明 α-MAG与Hp-β-CD已经形成了
包合物。
图 1　紫外吸收光谱
Fig.1　UV Absorption spectra
(a)α-MAG , (b)α-MAG-Hp-β-CD和(c)Hp-β-CD
图 2　红外吸收谱图
Fig.2　IR spectra
1.α-MAG ,2.Hp-β-CD , 3.1-2物理混合物 , 4.1-2包合物
2.2　红外光谱
图2为 α-MAG 、Hp-β-CD及它们形成的包合物与混合物的红外吸收光谱图 。通过比较图 2 中 α-
MAG的图谱与 α-MAG-Hp-β-CD 包合物的图谱可以看出以下几点变化:(1)α-MAG 中酚羟基在
3421.23cm-1的特征吸收峰移向低波数的 3306.98-1 ,且峰形加宽 ,这是由于 α-MAG 与 Hp-β-CD的空腔
发生疏水相互作用和形成分子氢键所致;(2)包合后在 1609.42 、1184.87 、1077.03 、811.95和 629.35cm-1
处的吸收峰都有较明显的位移;(3)在 α-MAG-Hp-β-CD的图谱中 , α-MAG的许多特征峰被 Hp-β-CD的
吸收峰掩盖 ,变得不容易辨认 ,并且峰形变宽。同时 ,可以看出 , α-MAG-Hp-β-CD图谱与 α-MAG 和 Hp-
β-CD两者物理混合物的图谱明显不同 ,在物理混合物的图谱中 ,两个原料的特征吸收峰都有 ,几乎没有
变化 。这均证明 α-MAG与Hp-β-CD已发生了包合作用。
2.3　包合物的溶解性
采用饱和溶液法和紫外分光光度法 ,在 317nm 波长下和 322nm 波长下 ,分别测出 α-MAG和包合物
的吸光度 ,代入各自的校正曲线方程 ,求得 α-MAG在 25℃纯水中的溶解度为 1.67×10-6mol L ,包合物
在25℃纯水中的溶解度为 2.29×10-4mol L ,增溶了 137倍。由此可见 , α-MAG与 Hp-β-CD形成包合物
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后 ,其溶解性大大提高。
2.4　α-MAG与 Hp-β-CD的表观包合稳定常数
客体进入Hp-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。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 , 14] 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包合稳定常数 K。对于 α-MAG与Hp-β-CD形成 1∶1的 α-MAG-Hp-β-CD
包合物 ,双倒数法有如下处理公式:
1ΔA = 1KΔεCMAG
O
1
CCD
0
+ 1ΔεCMAG
O
(1)
对于 α-MAG 与Hp-β-CD形成 1:2的 α-MAG-Hp-β-CD包合物 ,有如下处理公式:
1ΔA = 1KΔεCMAG
O
1
C
2
CD
0
+ 1ΔεCMAG
O
(2)
图 3　α-MAG-Hp-β-CD
包含物双倒数图(25℃)
Fig.3　Double reciprocal plot for the
α-MAG-Hp-β-CD inclusion
complex(25℃)
式中 CMAG
0
和 CCD
O
分别代表 α-MAG 与 Hp-β-CD的起始浓度 , ΔA 为加
入Hp-β-CD前后吸光度的变化值 , K 是表观包合稳定常数 , Δε是 α-
MAG与 α-MAG-Hp-β-CD包合物的摩尔吸光系数的差值 ,是一个常数 。
由式(1)和式(2)可见 ,根据 Hp-β-CD浓度和对应的吸光度的变化
值 ΔA ,求得 1 CCD
0
、1 C2CD
0
和 1 ΔA。若以 1 CCD
0
对 1 ΔA作图为直线 ,
表明主体和客体形成 1∶1包合物;若以 1 C2CD
0
对 1 ΔA 作图为直线 ,表
明主体和客体形成 2∶1包合物 。表观包合稳定常数=直线截距 直线
斜率 。
对于Hp-β-CD与 α-MAG的包合过程 ,按实验1.3求得在 353nm处
吸光度的变化值 ΔA ,以 1 CCD
0
对 1 ΔA 作双倒数曲线 ,得图 3 ,线性拟
合得直线方程 y=0.0026x+5.4743 ,相关系数为 0.9907 ,两者呈良好的线性关系 ,故 α-MAG能与 Hp-β-
CD形成 1∶1包合物。在 25℃时 , α-MAG-Hp-β-CD包合物的表观稳定常数为 K =2.11×103L mol。包合
常数较大 ,说明 α-MAG与Hp-β-CD较易形成包合物 。
2.5　温度对于包合作用过程的影响及包合物热力学参数的测定
测定了5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),以 lnK
对1 T 作图 ,用所得直线的斜率和截距求得 α-MAG与 Hp-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　Hp-β-CD与 α-MAG包合过程的热力学参数
Tab.1　The thermodynamic parameters of inclusion reaction of Hp-β-CD with α-MAG
T K K (L mol) ΔG (kJ mol) ΔH (kJ mol) ΔS (J mol)
298 2.11×103 -18.98
308 1.78×103 -19.15
318 1.46×103 -19.33 -13.80 17.38
328 1.34×103 -19.50
338 1.07×103 -19.67
　　由表 1可知 ,随着温度的升高 ,K 值随之降低 ,说明低温更有利于包合反应的进行 ,但是温度对包合
反应的影响并不大。得到的 ΔH 、ΔG均为负值 ,且 ΔG随着温度的升高在减小 , ΔS 为较小的正值 ,说明
包合过程是一个能自发进行的放热过程 。它们之间存在着较强的相互作用力 ,包合的驱动力主要来自
于分子内识别的焓变 ,其本质是基于主 、客体间的范德华力和疏水作用力 。熵变为较小的正值 ,是下述
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两方面共同作用的结果:就客体分子而言 ,被 Hp-β-CD包合后 ,自由度减少 ,熵值减少;同时 ,环糊精腔
内的高能水被释放 ,以及客体分子周围原有的水化层被破坏 ,又导致熵值增加。
2.6　差示扫描量热分析
对 α-MAG ,Hp-β-CD及包合物进行了差示扫描量热分析 ,结果见图 4。由图 4的 DSC曲线可知 , α-
MAG 在 183.6℃出现一吸热峰 ,是其熔点 。Hp-β-CD在 103.8℃有一脱水吸热峰 ,在 313.39℃处有一熔
融分解峰。而两者的包合物呈现出一个新的 DSC曲线 。α-MAG的熔融分解峰和 Hp-β-CD的熔融分解
峰消失 ,取而代之的是在 349.37℃出现了一个新的吸热峰 ,这表明包合物的确已经形成 。
图 4　差示扫描量热分析图
Fig.4　The DSC curves
1包含物 , 2 Hp-β-CD , 3α-MAG
图 5　核磁共振氢谱
Fig.5　1H NMR
1 Hp-β-CD ,2 α-MAG , 3包合物
2.7　核磁共振氢谱
α-MAG ,Hp-β-CD和其包合物的1H NMR分析结果见图 5和表 2。可以看出 ,(1)α-MAG与 Hp-β-CD
包合后 , α-MAG上质子的化学位移不同程度地向低场移动;(2)α-MAG上 4a ,4c 位(见图式 1)上的质子
化学位移变化明显 , ■δ分别达到了0.04与0.05 ,说明Hp-β-CD在此处与 α-MAG有稳定的强相互作用;
(3)α-MAG其它质子所受影响较小。证明包合物已形成 ,主客体的包结比为 1∶1 ,与紫外光谱法所测实
验结果相吻合 。由于在实验中 ,用氘代甲醇为溶剂 ,以氘代甲醇甲基质子残留峰δ3.30为标准定标 ,所
以未能观察到—OH质子的化学位移 。
表 2　α-MAG包合后1H NMR的化学位移的变化
Tab.2　The change of chemical shift(Δδ)of 1H in α-MAG after complexation by NMR
4a 4c 7a 7c 8a 8c 10a 10a 10c 10c 11a
δα-MAG 6.68 6.22 4.07 3.27 5.22 5.22 1.65 1.82 1.67 1.77 3.75
δ包合物 6.72 6.27 4.09 3.27 5.23 5.23 1.67 1.82 1.67 1.79 3.75
Δδ -0.04 -0.05 -0.02 0 -0.01 -0.01 -0.02 0 0 -0.02 0
3　结论
　　从以上的讨论可知 , α-MAG 与 Hp-β-CD较易形成包合物 ,包合比为 1∶1 ,表观包合稳定常数 K 为
2.11×103L mol。利用紫外和红外吸收光谱法 、差示扫描量热分析法和1H NMR对包合物进行了表征。
由热力学实验获得的包合反应的热力学函数 ΔG , ΔH 和 ΔS 表明 ,包合反应主要是由焓变控制 ,驱动力
为范德华力。包合物比 α-MAG在纯水中的溶解度提高了约 137倍 ,使 α-MAG的溶解性大大提高 ,对于
开发新的药物剂型及其临床应用有重要的实际意义。
参 考 文 献
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王美丽
1981年 7月出生于陕西眉县
2005年毕业于西北大学本科
现系西北大学化学系硕士生
从事天然产物化学研究
Email:wangml0706@sohu.com
魏永锋
1963年 6月出生于陕西户县
2000年获西北大学理学博士学位
现系西北大学副教授
从事药物分析和天然产物研究
Email:weiyfeng@nwu.edu.cn
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