Transcript 包合物
第四节 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的空 穴结构中而形成的复合物。 •包合过程是物理过程而不是化学过 程，这种包合并不以化学键结合为 特征，属于一种非键型络合物。 •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）。 •包合物的类型: ①管状包合物：是由一种分子构成管状或筒形空洞 骨架，另一种分子填充其中而成。尿素、环糊精、硫 脲、去氧胆酸等均能与客分子形成管状包合物。 ②层状包合物 • 某些表面活性剂能形成层状的胶团，当药物 进入胶团时就构成了层状包合物。 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 成的包合物。 • 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。 按包合物的结构分： 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。例如环糊精（C D）常用为单一的主分子，它具有管状 的空洞。 ⑤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。 • 常见的环糊精是由6（或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。 环糊精的研究进展 • 1891年由Villes首先发现 • 二十世纪初期分离成功α、β环糊精 • 50年代处确定了环糊精的化学结构 • 1968年美国CPC公司开始小批量生产β－ 环糊精 • 1972年日本帝人公司发现利用细菌可大 量生产β－环糊精 • 我国1984年工业生产试验通过鉴定 环糊精的结构 环糊精的立体结构 ß-CD的环状构型 环糊精的一般性质 项目 α β γ 葡萄糖单体数 ６ ７ ８ 分子量 973 1135 1297 分子内径(A) 4.5-6 7-8 8.5-10 空隙深度(A) 7-8 7-8 7-8 空洞体积 17.6nm 34.6nm 51.0nm +150.5 +162.5 +177.4 溶解度（g/100ml）（20 C） 14.5 1.85 23.2 碘络合物颜色 兰 黄 紫褐色 结晶形状 针状 棱柱状 梭柱状 25 （比旋度）[α]D (H2O) o •CD的分子构型比较特殊，呈上窄下宽中 空的环筒状。 • 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。 • CD对酸较不稳定，对碱、热和机械作用 都相当稳定，与某些有机溶剂共存时， 能形成复合物而沉淀。可利用CD在不同 溶剂中的溶解度不同而进行分离。 环糊精包封药物的立体结构 伯羟基 仲羟基 β -环糊精在不同温度的水中 溶解度(g/100ml,25oC) o 温度（ C） 20 40 60 80 100 水溶解度（g/L） 18 37 80 183 256 • β-CD在室温下水中溶解度仅为1.85% （w/v），其水溶性比没有环合的低聚 糖同分异构体要低得多。 • 通过对β-CD分子进行化学结构修饰， 破坏β-CD的晶格结构（使晶体变成易 溶于水的无定形结构）； 减少仲羟基 的数目（如进行取代反应等），可以大 大提高β-CD的水溶性（例如β-CD衍生 物的水溶性较大）。 β- 环糊精的动物毒性试验（L D 50） 日 本 美 小鼠 大鼠 大鼠 雄 雌 >2.15 >12.5 >12 >12 18.11.0 皮下注射 <0.9 >0.9 <1.5 >1.5 3.70.2 腹腔注射 >0.9 >0.9 >1.5 >1.5 0.70.1 口 服 雄 国 雌 每日 0.1, 0.4, 1.6 慢性毒性 g/kg 6 个月未显示 毒性 常用于药剂处方中环糊精的选择 环糊精 -环糊精 建议最佳剂型 注射剂（仅限于动脉滴注） -环糊精 -环糊精 甲基环糊精 口服（片剂） 注射剂 注射剂（仅限于小剂量或高 稀释的输液）；口服（控释 制剂用）；外用 注射剂 注射剂 羟丙基-环糊精 羟乙基--环糊精 备 注 例如 PGE--CD 注射液，严格用 于小分子 如吡咯喜康--CD 大分子抗生素用 良好的助溶剂，但有强溶血作 用，建议用于高度疏水或对水 分极度敏感的药物 注射剂首选 羟丙基-环糊精，但无特别优 点 （二）环糊精衍生物 • 由于在β-CD 的圆筒两端有7个伯羟基和 14个仲羟基，其分子内（或分子间）的 氢键阻止水分子的水化，使β-CD水溶性 较小。 • 如果将甲基、乙基、羟丙基、羟乙基等 基团引入到β-CD分子中与羟基进行烷基 化反应（例如形成羟丙基-β-CD），可 以破坏分子内氢键的形成，使β-CD的理 化性质特别是水溶性发生显著改变。 β-环糊精的衍生物 •衍生化反应的类型 ①烷基化：如β-CD与硫酸二甲酯（或溴 甲烷）在40OC条件下生成甲基化衍生物： 二甲基-β-CD或三甲基-β-CD ； ②羟烷基化：在碱性条件下，β-CD 与 环氧丙烷发生缩合反应生成无定形的、 水溶性的2-羟丙基-β-CD 。 ③分支化支链β-CD 衍生化：在异淀粉 酶作用下，β-CD 与麦芽糖作用可生 成6-O-α-麦芽糖基-β-CD。 环糊精在体内的吸收过程 包合物（固体）包合物（溶解）环糊精+药物→吸收 淀粉酶 麦芽糖+药物→吸收 三、包合作用的影响因素 （一）药物极性的影响 （二）药物与环糊精的比例 （三）包合作用竞争性 （一）药物极性的影响 在环糊精的空洞内，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。 （二）药物与环糊精的比例 • 包合物不仅在水和有机溶剂中能形成，而且 在固态中也能形成。 • 包合物以溶液态存在时，客分子在主分子的 空穴内；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。 • 一般情况下，当主、客分子的摩尔比为1:1时， 会形成较稳定的单分子化合物。 （三）、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 的状态： KR CD + G CD·G KD 式中：KR为结合速度常数，KD为解离速度常数。 从式中可知：环糊精CD的浓度越高，包合物CD·G的生 成量越大，最终客分子G几乎被完全包合（达到饱和 状态）。 在制备包合物时，其它物质或有机溶剂会与客分子产 生竞争包合（或将原包合物中的药物置换出来），影 响包合效果。 四、常用的包合技术（方法） • 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 （最常用的方法为前三者） （1）饱和水溶液法 • 将环糊精饱和水溶液与药物或挥发油 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影响包合率的主要因素 有投料比、包合温度、包合时间、搅 拌方式等；②客分子为油时，一般认 为投料比为β-CD:油=6:1时，包合效 果比较理想;③包合时间30分钟以上。 （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。在工业化大生产 中，目前采用胶体磨研磨制备 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，混合后用 超声波处理，将析出沉淀 溶剂洗涤、干燥，即得稳 定的包合物。 （4）冷冻干燥法和喷雾干燥法 • 对受热干燥过程中易分解且 易溶于水的药物，可以采用 冷冻干燥的方法制备包合物。 • 喷雾干燥法适用于遇热较稳 定、难溶性或疏水性药物。 五、包合物的验证方法 （一）X-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 • 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。 • 例如，在萘普生（NAP）的包合物鉴 定中，机械混合物显示了萘普生和 β-CD的衍射谱重叠，而包合物的衍 射峰很少、强度小且很宽，从而表明： 该包合物是无定形状态，包合物已经 形成（如图18-11所示）。 图18-11 NAP及其ß-CD的包合物等的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 （吸收峰的降低、位移或消失），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。 • 可以分别做药物、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。 （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。 （四）荧光光谱法 •是比较药物与包合物的荧光光谱， 从荧光曲线、吸收峰的强度和位置 变化来判断是否形成包合物。 （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 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、物理混合物各自的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。 （七）薄层色谱法 •选择适当的溶剂系统， 对药物和包合物在同样 的条件下进行展开，若 药物与β-CD完全形成包 合物，则包合物将不含 有纯药物的展开斑点。 （八）紫外分光光度法 可以从两方面证实有无包合物生成： •从吸收峰的位置和高度来判断； •从紫外-可见吸收曲线有无等吸收点 来判断。 等吸收点 图18-15 对硝基酚-α-CD包合物的紫 外吸收曲线(pH11,20℃) α-CD的浓度（a→b）: 0, 1×10-4, 5×10-4, 1×10-3, 5×10-3，1×10-2mol/L. （九）溶出度法 • 溶出度法不仅用于包合物的生成，也 可以证实或评价形成包合物的增溶效 果，其方法是通过绘制溶解度曲线进 行判断。 • 通过测定药物在不同浓度的环糊精溶 液中的溶解度，绘制溶解度曲线。以 药物浓度为纵坐标，环糊精浓度为横 坐标作相溶解度图。从曲线上判断是 否生成包合物。 六.包合技术在药剂学的应用 • • • • • 提高药物的稳定性 使潮解性、挥发性或液体药物粉末化 增加不溶性药物的溶解度 提高药物的生物利用度 降低药物的毒副作用、刺激性，掩盖不 良气味 • 调节释药速率 七.环糊精包合物在中药 领域的研究与应用 • 中药成分环糊精包合物的制法 • 环糊精包合物在中药领域的工艺研究 • 环糊精包合物在中药领域的应用前景 • 存在问题 中药成分环糊精 包合物的制法 • 液－液法 • 固－液法 –将β－CD加蒸馏水研匀后，加入肉桂油或 肉桂油的乙醇溶液混匀，置胶体磨中，充 分研磨至糊状物，冷风吹干即得。 • 气－液法 –将含有挥发油或芳香化合物的蒸汽吹入环 糊精溶液中，使之包结，经过滤、干燥后 即得挥发油－CD粉末。 环糊精包合物在中药领 域的工艺研究 • 不同制法对包封效果的影响 • 主客体的投入比例对包封效果的影响 • 溶媒和添加剂对包封效果的影响 • 其它因素对包封效果的影响 –温度、用水量、搅拌时间、沉淀方法和 干燥方法等等。 环糊精包合物在中药 领域的应用前景 • 防止挥发性成分的挥发，提高中药制剂 的稳定性 • 改善有效成分的溶解性，提高制剂的溶 出速率和生物利用度 • 使中药挥发油粉末化，便于制剂制备 • 掩盖药物的不良气味，利于患者服用 • 降低药物的刺激性，减少药物不良反应 • 用于有效成分的分离和含量测定 作业 1.什么叫做包合物？包合技术在药剂学中 有什么应用？ 2.包合物的制备方法有哪些？简单介绍下 最常用的几种制备方法。