雷華平，姚 杰，張 輝，馮紀(jì)南

(1．湘南學(xué)院 藥學(xué)院，湖南 郴州 423043；2．湘南學(xué)院 化學(xué)生物與環(huán)境工程學(xué)院，湖南 郴州 423043)

薄荷醇為薄荷揮發(fā)油的主要藥用成分，具有消炎、止癢、鎮(zhèn)痛、防腐、調(diào)味等用途[2]，其特殊風(fēng)味能使食用者口氣清新。因此，薄荷醇被廣泛用于飲料、糖果、糕點(diǎn)及牙膏、香皂、卷煙、化妝品中。此外，在多種非處方藥中添加薄荷醇，除有潤膚、利尿、健胃還可緩解身體各種肌肉痙攣及疼痛，同時可通過促透作用而影響配伍藥物的療效[1-2]，薄荷醇的特性使得它可廣泛作用于口腔、鼻腔、消化系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)、中樞神經(jīng)系統(tǒng)等人體多個部位。由于薄荷醇易揮發(fā)性，低水溶性導(dǎo)致穩(wěn)定性較低，大大增加了其在各領(lǐng)域應(yīng)用的困難，因此最大化地發(fā)揮薄荷醇的使用效率是當(dāng)前迫切需要解決的問題和研究重點(diǎn)。

本實(shí)驗(yàn)采用相溶解度法研究不同環(huán)糊精對薄荷醇的包合作用、增溶作用及包合過程中熱力學(xué)參數(shù)的變化，旨在為研制薄荷醇的環(huán)糊精包合物制劑提供參考。

1 儀器和材料

紫外分光光度計(jì)(UV-6100PC，上海美普達(dá)儀器有限公司)；電子天平(YP2002，上海越平科學(xué)儀器有限公司)；數(shù)顯恒溫水浴鍋(HH-4，國華電器有限公司)；高低溫振蕩培養(yǎng)箱(HZQ-X500C，上海一恒科學(xué)儀器有限公司)；分析天平(AUY220，日本島津公司)。

β-CD和HP-β-CD(均購自山東濱州智源生物科技有限公司)；薄荷醇(購自吉安市天源藥用油廠)；對二甲氨基苯甲醛、硫酸和95%乙醇均為分析純。

2 方法與結(jié)果

2.1 薄荷醇分析方法的建立

2.1.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

薄荷醇標(biāo)準(zhǔn)液的配制：精密稱定100.0 mg經(jīng)五氧化二磷干燥至恒重的薄荷醇，以乙醇為溶劑定容于100 mL量瓶中，得到1.0 mg/mL的母液，備用。

精密吸取母液0.10，0.20，0.40，0.60，0.80，1.00 mL，分別置于10 mL量瓶中，以1∶1體積比的乙醇/水溶液稀釋至刻度，搖勻；分別取1mL各濃度溶液，加入10 mL試管中，加5 mL比色劑5 mg/mL對-二甲氨基苯甲醛的硫酸溶液(1.6體積濃酸/1體積水)[3]，搖勻后置于沸水中準(zhǔn)確加熱2 min，于自來水中冷卻2 min，以比色劑+醇水混合物為參比，采用紫外分光光度法，于550 nm處測定吸光度A值；以薄荷醇濃度(C)對 A回歸，得薄荷醇溶液的標(biāo)準(zhǔn)曲線方程為C=151.515A-4.197，r=0.994 9，線性范圍為20～100 μg/mL。

2.1.2 加樣回收率實(shí)驗(yàn)

精密稱取薄荷醇0.0005，0.0012，0.0022 g，置100mL容量瓶，以水為溶劑定容，得到濃度為0.0050 mg/mL，0.0125 mg/mL，0.0225 mg/mL的薄荷醇100 mL母液，備用；分別向母液中加入HP-β-CD 0.004 5,0.010 8，0.019 7 g，超聲5 min使之溶解并以水為溶劑定容至刻度，用0.45 μm微孔濾膜過濾，取濾液于550 nm處測定吸光度值；配制母液，向母液中加入β-CD 0.003 6，0.008 7，0.016 0 g，以相同方法測定吸光度A。測得在β-CD和HP-β-CD中薄荷醇的加樣回收率分別為(99.24±2.17)%和(99.23±1.79)%。

2.2 薄荷醇相溶解度的測定

精密稱取β-CD和HP-β-CD，配制成不同濃度的水溶液；取上述水溶液各10 mL，置于25 mL容量瓶中，加入過飽和量的薄荷醇，再將不同濃度的混合液置于37 ℃的恒溫條件下振蕩包合3天；取上清液，0.45 μm孔徑的微孔濾膜過濾，經(jīng)適當(dāng)稀釋后，在波長550 nm處測吸光度A，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線線性回歸方程分別得出不同濃度的環(huán)糊精溶液下對應(yīng)的薄荷醇的濃度；以β-CD及HP-β-CD濃度(mmol/L)為橫坐標(biāo)，混合液中薄荷醇濃度為縱坐標(biāo)，得出該溫度下薄荷醇/HP-β-CD和薄荷醇/β-CD的相溶解度圖；改變測定溫度，同法操作，再分別求出溫度為37 ℃和45 ℃時不同濃度的CD溶液下對應(yīng)的薄荷醇的濃度。

薄荷醇在不同濃度β-CD和HP-β-CD中的溶解度及增溶倍數(shù)如表1和表2所示。

表1 薄荷醇在β-CD中的溶解度及增溶倍數(shù)表

表2 薄荷醇在HP-β-CD中的溶解度及增溶倍數(shù)表

表1和表2增溶結(jié)果表明，在3種不同溫度下，β-CD及HP-β-CD的濃度的增加，薄荷醇的溶解度也隨之增加。在相同濃度的環(huán)糊精溶液中薄荷醇的溶解度均隨溫度的升高而增大。衍生物HP-β-CD與母體β-CD相比，顯著增加了薄荷醇在水中的溶解度，這是因?yàn)镠P-β-CD在水中的溶解度(750 g/L)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于β-CD在水中的溶解度(18 g/L)。

薄荷醇與β-CD和HP-β-CD形成包合物的相溶解度見圖1和圖2。

圖1 薄荷醇與β-CD形成包合物的相溶解度圖

圖2 薄荷醇與HP-β-CD形成包合物的相溶解度圖

從圖1和圖2可以看出，在各種溫度條件下，薄荷醇的溶解度隨β-CD及HP-β-CD濃度的增加而呈直線上升，表明有形成可溶性的包合物。根據(jù)相溶解度圖求出每條曲線的線性回歸方程，根據(jù)公式，其中是薄荷醇在水溶液中的固有飽和濃度，相當(dāng)于相溶解度曲線上的截距，可得到不同溫度下薄荷醇與β-環(huán)糊精包合物的穩(wěn)定常數(shù)，結(jié)果如表3，4所示。

由上可知，隨著溫度的升高，薄荷醇-β-CD和薄荷醇-HP-β-CD包合物的穩(wěn)定常數(shù)降低，形成薄荷醇-環(huán)糊精包合物的趨勢減弱，包合平衡向解離方向進(jìn)行。而且HP-β-CD對薄荷醇的增溶作用明顯強(qiáng)于β-CD，穩(wěn)定常數(shù)也高于薄荷醇-β-CD包合物。

表3 不同溫度下薄荷醇與β-CD包合物的相溶解度回歸方程和穩(wěn)定常數(shù)

表4 不同溫度下薄荷醇與HP-β-CD包合物的相溶解度回歸方程和穩(wěn)定常數(shù)

2.3 包合過程熱力學(xué)參數(shù)的計(jì)算

依據(jù)穩(wěn)定常數(shù)K與溫度T的關(guān)系，即Vant’t Hoff方程lnK=-ΔH/RT+ΔS/R，作出不同溫度下薄荷醇與β-CD及HP-β-CD包合反應(yīng)的lnK-1/T圖，并求出其線性回歸方程。在實(shí)驗(yàn)溫度范圍內(nèi)(25～45 ℃)，可以認(rèn)為ΔH和ΔS是與溫度無關(guān)的常數(shù)[4-5]。由回歸方程的斜率(-ΔH/R)和截距(ΔS/R)分別求出反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)焓變和熵變ΔS。其中R為摩爾氣體常數(shù)，R=8.314 J·mol-1·K-1。由Gibss-Helmholtz公式ΔG=ΔH-TΔS，求得包合過程的吉布斯自由能變ΔG。所得數(shù)據(jù)詳見表5、6。

表5 薄荷醇與β-CD包合反應(yīng)的熱力學(xué)參數(shù)

表6 薄荷醇與HP-β-CD包合反應(yīng)的熱力學(xué)參數(shù)

由表中可得出，薄荷醇與β-CD及HP-β-CD的包合反應(yīng)中焓變(ΔH)、熵變(ΔS)、吉布斯自由能變化(ΔG)均為負(fù)值，表明包合過程為放熱反應(yīng)。

3 討 論

從表1和表2可以看出，β-CD和HP-β-CD對薄荷醇都具有一定的增溶作用。在不同溫度下，薄荷醇的溶解度均隨β-CD和HP-β-CD的濃度的增加而呈線性增加。隨著溫度的升高，在CD濃度相同的情況下，薄荷醇的溶解度也相應(yīng)增大。β-CD由于受自身溶解度的影響，雖然在一定程度上增加了薄荷醇的溶解度，同時也限制了其增溶作用。

薄荷醇對β-CD和HP-β-CD的相溶解度研究結(jié)果表明，在不同溫度下，薄荷醇的溶解度均隨β-CD和HP-β-CD的濃度的增加而呈不同程度的增加，β-CD 和HP-β-CD與薄荷醇形成的可溶性包合物的摩爾比均為 1∶1。隨著溫度的升高，薄荷醇與β-CD和HP-β-CD形成包合物的穩(wěn)定常數(shù)K值均降低，表明混合液中形成包合物的趨勢會隨著溫度升高而降低，包合物中的客分子可能越來越多的離開主分子的空囊而進(jìn)入水相。實(shí)驗(yàn)測得的穩(wěn)定常數(shù)都不太大，薄荷醇-HP-β-CD包合物為272～307 L/mol，而薄荷醇-β-CD包合物僅為228～235 L/mol，說明環(huán)糊精分子與薄荷醇分子之間的作用力較弱，衍生物 HP-β-CD的包合能力比母體β-CD強(qiáng)。但是，如果K值太大，將導(dǎo)致藥物很難從包合物中解離出來發(fā)揮作用，因此K值并不是越大越好，必須根據(jù)制劑目的確定適宜的K值。

薄荷醇與β-CD和薄荷醇與HP-β-CD在水溶液中的包合過程熱力學(xué)參數(shù)變化是ΔG和ΔH為絕對值較大的負(fù)值，ΔS為絕對值很小的負(fù)值。這表明包合過程為放熱反應(yīng)，常溫常壓下可自發(fā)形成包合物，降低溫度使反應(yīng)向包合物生成的方向進(jìn)行，因此在實(shí)際操作中應(yīng)綜合考慮選擇適宜的反應(yīng)溫度及制備工藝。在包合物中，β-CD和HP-β-CD將薄荷醇限制在分子囊中，使其自由度降低，從而包合體系的混亂度減小，熵值減小。根據(jù)熱力學(xué)第二定律，熵值減小不利于反應(yīng)的正向進(jìn)行，但較大的負(fù)焓極大的補(bǔ)償了熵變值小的不利，因此在 3種實(shí)驗(yàn)溫度下，包合過程的ΔG都小于零。雖然熱焓的變化為負(fù)值，但比一般的化學(xué)反應(yīng)熱小，表明主分子和客分子在進(jìn)行包合作用時，相互之間沒有發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，故沒有形成共價鍵、離子鍵等化學(xué)鍵，因此β-環(huán)糊精與薄荷醇的包合主要是一種物理過程。從經(jīng)典的疏水性相互作用的模型中可以得出，體系的焓只稍有增加，而體系的熵則會大量增加，顯然整個過程是由熵驅(qū)動的。由此可見，包合物的形成并不是一種經(jīng)典的疏水性作用。因此，分子間氫鍵和范德華力可能是環(huán)糊精與薄荷醇形成包合物的主要作用力，環(huán)糊精分子的疏水性作用導(dǎo)致其空腔中的水分子之間不能充分形成氫鍵而具有非常巨大的焓值。所以如果體系的焓有大幅度的下降則可能是因?yàn)闃O性比水小的薄荷醇分子替代了疏水空腔中富焓的水分子。從能量的角度來看，包合作用可以看成是之前存在于環(huán)糊精空囊中的水分子被薄荷醇分子取代的過程，β-CD 和HP-β-CD 分子空腔中的富焓水的釋放是包合反應(yīng)的主要驅(qū)動力。

5 結(jié) 論

薄荷醇能分別與β-CD和HP-β-CD在常溫常壓下自發(fā)形成包合物，包合過程為放熱反應(yīng)，較低溫有利于包合物的形成和穩(wěn)定。包合物的生成是一種焓驅(qū)動的物理過程，主要是分子間氫鍵和范德華

力作用的結(jié)果。薄荷醇與2種環(huán)糊精形成的包合物能夠增加藥物的溶解性，特別是HP-β-CD能夠顯著提高薄荷醇在水中的溶解度，得到的包合物的穩(wěn)定性也優(yōu)于薄荷醇-β-CD，說明衍生物HP-β-CD比母體β-CD對薄荷醇有更強(qiáng)的包合能力。

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