18第二节包合技术

（三）核磁共振谱法
• 核磁共振谱法可从核磁共振谱上碳原子 的化学位移大小，推断包合物的形成， 可根据药物的化学结构有选择性地采用 碳谱和氢谱，一般对含有芳香环的药物， 可采用 1HNMR技术，而对于不含有芳香 环的药物可采用13CNMR技术。
（四） 荧光光谱法
• 荧光光谱法是比较药物与包合物的荧光 光谱，从曲线与吸收峰的位置和高度来 判断是否形成包合物。例如盐酸氯丙咪 嗪与β-CD和DM-β-CD的包合物的荧光光 谱如图18-12所示。盐酸氯丙咪嗪和环糊 精形成包合物后，在350nm附近的荧光强 度明显增加。
三、包合作用的影响因素
• （一）药物与环糊精的比例 • （二）对药物的要求 • （三）药物的极性或缔合作用的影响
（一）药物与环糊精的比例
• 包合物不仅在固态中能形成，在水和有机溶剂 中也能形成。包合物以晶体存在时，客分子不 一定都在空穴内，也可以在晶格空隙中；包合 物以溶液状态存在时，客分子则在空穴内。主、 客分子之比一般不遵循化学计量关系，客分子 最大存在量取决于主分子所提供的空洞数，而 所有空洞又并未被完全占领，因此，主、客分 子的比例有较大的变动范围。 • 大多数CD包合物，其主、客分子组成摩尔 比为1:1时形成稳定的单分子化合物。但体积大 的客分子比较复杂，当主分子CD用量不合适 时，也不易形成包合物，表现为客分子含量很 低。
各种环糊精的一般性质
项 目 葡萄糖单体数 分子量 分子空洞内径 空洞深度 空洞体积 [α]25D(H2O) 溶 解 度 （g/L,25℃） 结晶性状（从 水中得到） α-CD 6 973 0.45-0.6nm 0.7-0.8nm 17.6nm +150.5° 145 针状 β-CD 7 1135 0.7-0.8nm 0.7-0.8nm 34.6nm +162.5° 185 棱柱状 γ-CD 8 1297 0.85-1.0nm 0.7-0.8nm 51.0nm +177.4° 232 棱柱状
• 包合物类型。 • ①管状包合物 ：是由一种分子构成管形 或筒形空洞骨架，另一种分子填充其中 而成。 • 尿素、硫脲、环糊精、去氧胆酸等均能 与客分子形成管状包合物。
管状包合物
②层状包合物
• 如药物与某些表面活性剂能形成胶团， 某些胶团的结构属于层状包合物。月桂 酸钾使乙苯增溶时，乙苯可存在于表面 活性剂亲油基的层间，形成层状包合物。 非离子型表面活性剂使维生素Ａ棕榈酸 酯增溶，其结构也可认为是层状包合物
六、包合物的验证方法
• • • • • • • • （一）X射线衍射法[7] 射线衍射法 （二） 红外光谱法 （三）核磁共振谱法 （四） 荧光光谱法 （五） 圆二色谱法 （六）热分析法 （七）薄层色谱法 （八）紫外分光光度法
（一）X射线衍射法[7] 射线衍射法
• X射线衍射法是一种鉴定晶体化合物的常用技 术，各晶体物质在相同的角度处具有不同的晶 面间距，从而显示衍射峰。用X射线衍射法作 药物、环糊精、机械混合物和包合物粉末的X 射线衍射谱。如萘普生的包合物物相鉴定中， 混合物显示了萘普生和β-CD衍射谱重叠，表明 混合物为两者机械混合，而包合物的衍射峰很 少，强度小、而且宽，表示包合物是无定形状 态，该包合物已形成新的衍射图形，证明包合 物形成。如图18-11所示。
• 环糊精的低分子聚合物（Mr 3000-6000 ）在水 中极易溶解，浓度为400-600g/L，水溶液具有 中等粘度。分子量高达10000以上的β-CD 聚合 物仅在水中膨胀形成不溶性凝胶。水溶性高聚 物，有无定形易溶的优点，又有环糊精的包合 作用，形成的包合物水溶性大于母体β-CD，且 它的组成是不均匀的，结构中的β-CD环由甘油 基取代，几个环用甘油连接。形成包合物的能 力依赖于客分子的结构，β-CD环上的亲水基可 以阻凝或增加客分子的包合作用，两种相反的 性质可根据客分子结构来决定。
（4）冷冻干燥法和喷雾干燥 法：
• 对一些特殊的药物可以采用冷冻或喷雾 干燥的方法制得包合物。如对易溶于水 的包合物、干燥过程中易分解、变色的 药物用冷冻干燥法制得。 • 喷雾干燥法适用于难溶性或疏水性药物、 易溶于水的药物、遇热后性质又较稳定 的药物。
（5）液-液法和气-液法 ：
• 主要用于中药中提取的挥发油或芳香化 合物的蒸汽或冷凝液直接通入β-CD溶液 中，进行包合，经过滤、干燥即得包合 物。
层状包合物
③笼状包合物
• 是客分子进入由几个主分子构成的笼状 晶格中而成，其空间完全闭合且包接过 程为非化学结合，包合物的形成主要取 决于主分子和客分子的大小。
笼状包合物
④单分子包合物：
• 单分子包合物由单一的主分子和单一的 客分子形成包合物。常用 • 单一的主分子辅料，如具有管状空洞的 包合辅料环糊精（C D）。
ß-CD不同温度的水中溶解度[21] 温 度 （℃） 20 40 60 80 100
水百度文库溶 解 度 （ g/L ） 18
37
80
183
256
（二）环糊精衍生物
• 由于β-CD 在圆筒两端有7个伯羟基与14 个仲羟基，其分子间或分子内的氢基阻 止水分子的水化，使β-CD 水溶性降低。 如将甲基、乙基、羟丙基、羟乙基等基 团引入β-CD分子中与羟基进行烷基化反 应，破坏了β-CD分子内的氢键形成，使 其理化性质特别是水溶性发生显著改变。
第二节 包合技术
• 一、概述 • 包合物（Inclusion compound）是一种分子被 包藏在另一种分子空穴结构内具有独特形式的 复合物。这种结合并不以化学键结合为特征， 而且包合过程是物理过程而不是化学过程，故 属于一种非键型络合物。包合物是一种分子的 空间结构中全部或部分包入另一种分子而成。 包合物由主分子和客分子两种组分组成，具有 包合作用的外层分子称为主分子(host molecule)， 被包合到主分子空间中的小分子物质，称为客 分子（guest molecule或enclosed molecule）。
（二）对药物的要求
• ① 药物分子在水中溶解度越低，使CD包合作用 增加，药物分子在水中的溶解度越大。 • ②甲基化β-、γ-CD衍生物中甲基化程度较低的 对药物的增溶作用比较强。 • ③若药物分子带电荷，并药物与CD带相反电荷 CD 时，CD增溶作用加强； CD • ④可离子化的药物分子与CD形成包合物时，其 稳定性与药物的状态有关。 • ⑤CD对离子型药物增溶作用与pH有关 • ⑥一些聚合物可与CD形成络合物，通过增大药 物分子与CD包合物的表观稳定性常数提高CD对 疏水性药物分子的增溶作用。
（六）热分析法
• 热 分 析 法 中 包 括 差 热 分 析 法 （ differential thermal analysis ， DTA ） 和 差 示 扫 描 量 热 法 （differential scarnning calorimetry，DSC）是鉴 定药物和环糊精是否形成了包合物的常用检测 方法。 • 鉴定时测定客分子药物、环糊精、包合物、混 合物各自的DTA曲线，由DTA曲线上的吸收峰 及温差的变化可显示包合物是否形成。
• 如β-CD在室温下水中溶解度仅为1.85% （w/v），其衍生物水溶性随甲基化程度 而增大，但当分子中2/3以上的羟基被取 代时，水溶性反而下降。由于CD分子中 各羟基的反应活性不尽相同，仲羟基比 伯羟基酸性强，伯羟基的立体阻碍较小， 因此，在强碱性溶液中有利于6-OH的取 代反应，表现为一定的取向性。CD分子 中羟基取代基类型，取代位置和取代程 度都对其理化性质，包括形成包合物的 稳定性产生影响。
• 环糊精的适量高聚物能使甾体溶于水并使药物 溶出速率增大，舌下或口服包合物可有效地吸 收，无毒性，对口腔组织无损害。可根据客分 子性质，选择不同分子量的β-CD聚合物制成包 合物,控制包合物的稳定常数，从而控制生物利 用度与稳定性。 • 疏水性β-CD衍生物，目前主要为乙基化β-CD， 系将乙基引入β-CD的羟基，按取代程度不同而 降低水中溶解度。
• CD的水溶性比无环的低聚糖同分异构体 要低得多，原因是：CD是晶体，晶格能 高；分子内的仲羟基形成分子内氢键， 使其与周围水分子形成氢键的可能性下 降。 • 通过破坏CD的晶格结构和减少仲羟基数 提高CD分子的水溶性。对CD分子进行化 学结构修饰，通过化学反应，如取代反 应等制得的CD衍生物可使羟基数减少， 水溶性大大提高；晶体变成易溶于水的 无定形结构。
（2）研磨法 ：
• 环糊精中加入2-5倍量的水研匀，加入客 分子药物量，在研磨机中充分混匀、研 磨成糊状，经低温干燥，溶剂洗涤，再 干燥，即得包合物。为了工业化大生产， 目前采用胶体磨法制备包合物。
（3）超声波法
• 将环糊精饱和水溶液中加入客分子药物 溶解，混合后用超声波处理，将析出沉 淀经溶剂洗涤、干燥即得稳定的包合物。
（三）药物的极性或缔合作用 的影响
• 环糊精在空洞内对客分子的包合是用低 极性客分子取代已被包合的水分子的过 程。从能量的角度看，非极性客分子更 容易与疏水性空洞相互作用，因此疏水 性药物、非解离型药物易被包合。
四、包合作用的竞争性
• 包合物在水溶液中或含有少量乙醇的水 溶液中与客分子药物处于一种动态平衡 状态
β-环糊精的衍生物
反应类型
• ①烷基化： • ②羟烷基化 • ③ 分支化支链β-CD 衍生物
• CD聚合物是有多个CD单元的高分子量衍 生物，这类衍生物既保持了CD包合物的 能力，并兼有较好的机械强度，较好的 稳定性和化学可调性等。CD聚合物按合 成方法可分为3类：①交联型；②CD单 体聚合；③CD接到其他聚合物上。
⑤分子筛包合物或高分子包合 物：
• 此类包合物主要有沸石、糊精、硅胶等。 原子 • 排列成三面体配位体：形成笼状或筒状 空洞，包接客分子而形成高分子包合物。
二、包合材料
• （一） 环糊精 • 环糊精（Cyclodextrin,CD）系淀粉经酶 解环合后得到的由6~12个葡萄糖分子连 接而成的环状低聚糖化合物。常见的环 糊精是有6、7、8个葡萄糖分子通过α-1， 4苷键连接而成，分别称为α-CD、β-CD、 γ-CD。
CD + G
KR KD
CD·G
五、常用的包合技术
• • • • • • 饱和水溶液法、 研磨法、 超声波法、 冷冻干燥法、 喷雾干燥法、 液-液或气-液法等
（1）饱和水溶液法 ：
• 将环糊精饱和水溶液同药物或挥发油按一定的 比例混合，在一定温度和一定时间条件下搅拌、 振荡，经冷藏、过滤、干燥即得环糊精的包合 物。 • 制备条件：①包合过程中影响包合率的主要因 素包括投料比、包合温度、包合时间、搅拌方 式等；②客分子为油，投料比一般认为油：βCD=1：6时包合效果比较理想。③包合时混合 时间30分钟以上。
ß-CD环状构型
环糊精包封药物的立体结构
• 其分子构型比较特殊，呈上窄下宽中空 的环筒状，分子中的伯羟基（6-OH）位 于环筒窄边处，仲羟基（2-,3-OH）位于 宽边处。环筒外面是亲水性的表面，内 部则是一个具有一定尺寸的手性疏水管 腔，可以依据空腔大小进行分子识别。 • 本品对酸较不稳定，对碱、热和机械作 用都相当稳定。CD与某些有机溶剂共存 时，能形成复合物而沉淀。可利用CD在 溶剂中溶解度不同而进行分离。
NAP及其与ß-CD的包合物等的粉末X射线谱 1.NAP 2.ß-CD 3.机械混合物 4.包合物
（二） 红外光谱法
• 红外光谱法是比较药物包合前后在红外区吸收 的特征，根据吸收峰的变化情况，确认 • 吸收峰的降低、位移或消失，由此证明药物与 环糊精产生的包合作用，并可确定包合物的结 构。分别作药物、环糊精、二者机械混合物和 包合物的红外吸收光谱，并进行比较。该法主 要用于含羰基药物的包合物检测。
CIP-ß-CD体系的荧光光谱 1.CIP 2.CIP+ß-CD 3.CIP+DM-ß-CD
（四） 圆二色谱法
• 平面偏振光通过光学活性物质时，除圆偏振 光发生旋转外，还发生偏振光被吸收的现象， 导致左右旋转圆偏振光的能量不同，振幅也不 同，此现象为圆二色性。由于左右旋转圆偏振 光的振幅不同，合成后沿椭圆轨迹运动，成为 椭圆偏振光。若在不同波长测定圆二色性物质 的旋光度α或椭圆率Q，并以旋光度或椭圆率为 纵坐标，波长为横坐标作图，若得具有峰尖和 峰谷的曲线，称为 cotton效应，此曲线称为 cotton效应曲线。此曲线总是位于光学活性物 质的吸收峰附近。对有光学活性的药物，可分 别作药物与包合物的Cotton效应曲线，即圆二 色谱，从曲线形状可判断包合与否。