高意，曹亞慧，范杰平

（南昌大學資源環(huán)境與化工學院，江西南昌330031）

引 言

齊墩果酸（oleanolic acid,OA）與熊果酸（urso1ic acid,UA）互為同分異構體（化學結構如圖1 所示），它們藥理作用相似，均具有抗腫瘤[1]、抗炎[2]、保肝[3]、降血糖[4]、調血脂、免疫調節(jié)[5]、抗氧化[6]等藥理作用，表現(xiàn)出廣泛的應用前景。但是有研究表明這對同分異構體在質和量上常表現(xiàn)出不同的藥效[7]，同時它們的性質非常相近，分離很困難。文獻中有報道利用模擬移動床裝置分離熊果酸和齊墩果酸[8]；或利用甲酸/過氧化氫或間氯過氧化苯甲酸與齊墩果酸反應生成三種與熊果酸結構有較大差異的化合物，再通過色譜法進行分離[9]。但這些分離方法對分離設備要求高，工藝復雜，不利于大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)，所以必須探索出一種高效、經(jīng)濟的分離方法，以促進OA和UA在臨床治療上的應用。

圖1 OA與UA的化學結構Fig.1 Chemical structure of OA and UA

結晶分離是利用混合物中各組分在溶劑中的溶解度不同或各組分溶解度隨溫度變化趨勢不同而實現(xiàn)分離，是一種很重要的分離純化技術，在生物技術、化工和醫(yī)藥等領域應用廣泛[10-12]。離子液體是一種綠色非分子型溶劑，擁有獨特的物理化學性能，被廣泛應用于分析化學、電化學、藥物結晶分離以及有機合成等領域[13-18]。有研究表明，在結晶過程中，離子液體不僅能替代常規(guī)溶劑，而且具有很多優(yōu)越性能[19]，如離子液體具有較寬的液態(tài)溫度范圍，有利于多晶型設計；離子液體有時還可提高藥物分子的穩(wěn)定性。

近年來，作者團隊及其他課題組研究了UA 和OA 在乙醇、甲醇、異丙醇、乙酸乙酯、不同濃度乙醇和不同濃度氫氧化鈉+乙醇+水混合溶劑等不同體系中的溶解度[20-23]，但UA 和OA 在這些常規(guī)溶劑中的溶解度都比較小，這無疑會降低結晶分離效率。

針對上述問題，本文測定了UA 和OA 在六種離子液體+乙醇溶液中的溶解度數(shù)據(jù)，六種離子液體包括1-乙基-3-甲基咪唑雙三氟甲磺酰亞胺鹽、1-辛基-3-甲基咪唑四氟硼酸、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸、1-丁基-3-甲基咪唑雙三氟甲磺酰亞胺鹽、1-辛基-3-甲基咪唑雙三氟甲磺酰亞胺鹽、1-辛基-3-甲基咪唑六氟磷酸。最后以1-辛基-3-甲基咪唑六氟磷酸+乙醇混合溶液為結晶溶劑，對結晶分離工藝進行了初步優(yōu)化。

所測溶解度數(shù)據(jù)可為結晶分離OA 和UA 奠定理論基礎，并且利用離子液體+乙醇混合溶液作為溶劑結晶分離OA 與UA 是一種綠色、高效、經(jīng)濟的分離方法，可為結晶分離其他物質提供重要參考。

1 實驗部分

1.1 實驗材料

UA和OA，均購自南京清韻生物科技有限公司。乙醇（分析純），由西隴科學股份有限公司提供，純度＞99.7%。1-乙基-3-甲基咪唑雙三氟甲磺酰亞胺鹽，1-辛基-3-甲基咪唑四氟硼酸，1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸，1-丁基-3-甲基咪唑雙三氟甲磺酰亞胺鹽，1-辛基-3-甲基咪唑雙三氟甲磺酰亞胺鹽，1-辛基-3-甲基咪唑六氟磷酸，均購自林洲市科能材料科技有限公司，純度皆大于99%，結構如圖2所示。其余試劑皆為分析純。

圖2 六種離子液體結構Fig.2 The chemical structure of six ionic liquids

1.2 實驗設備

低溫恒溫反應?。◣в写帕嚢瑁?，DFY-5L/40型，鞏義市予華儀器有限公司；Agilent 1100 高效液相色譜儀（配有四元泵及自動進樣器，DAD 檢測器），美國安捷倫公司；電子天平，F(xiàn)A2104型，上海倫捷機電儀表有限公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 高效液相色譜法（HPLC）檢測方法 參考作者前期研究結果[20-22]，利用HPLC方法對UA和OA進行定量分析。色譜條件選定為：Hypersil ODS 色譜柱(4.6 mm×200 mm，5 μm)，柱溫30℃，流動相為乙腈∶水=90∶10，流動相流速為1 ml/min，檢測波長λ=210 nm。

1.3.2 UA 和OA 在不同離子液體+乙醇混合溶液中溶解度的測定 參考作者前期研究方法[20-22]，利用平衡法測量UA 和OA 在六種離子液體+乙醇混合溶液中的溶解度，溶液中離子液體的質量分數(shù)均為5%。具體步驟如下。

（1）向西林瓶中加入一定量的離子液體+乙醇混合溶液，放入磁力攪拌子。

（2）將過量的UA 和OA 分別加入西林瓶中，先后用橡皮蓋、封口膜和防水膠帶密封。

（3）將西林瓶置于低溫恒溫反應浴中，設定一定溫度，持續(xù)攪拌48 h。

（4）關閉磁力攪拌，靜置12 h，用預先稱重的注射器，安裝濾頭并預熱后取樣，對含有樣品飽和溶液的注射器進行稱重。通過差減得到所取飽和溶液的質量。

（5）飽和溶液注入容量瓶，并用乙醇反復洗滌，洗滌液也一并加入容量瓶，最后用乙醇定容，利用HPLC測定UA或OA的含量。

（6）根據(jù)式（1）計算UA 和OA 在飽和溶液中的溶解度（摩爾分數(shù)）。每個數(shù)據(jù)點取3 個樣，所有溶解度數(shù)據(jù)的相對不確定度都在10%以內。

式中，x 表示UA 和OA 的溶解度（摩爾分數(shù)），m表示UA 或OA 在飽和溶液中的質量，M 表示UA 或OA 的摩爾質量，me表示乙醇的質量，Me表示乙醇的摩爾質量，ms表示離子液體的質量，Ms表示離子液體的摩爾質量。

1.3.3 UA 和OA 的結晶分離 利用冷卻結晶初步探討了結晶分離UA和OA的實驗條件。

（1）向250 ml 圓底燒瓶中加入一定濃度的1-辛基-3-甲基咪唑六氟磷酸+乙醇混合溶液。

（2）UA 和OA 按照合適的投料比分別加入圓底燒瓶，置于50℃水浴鍋中，攪拌。

（3）當燒瓶中的UA 和OA 剛好完全溶解時，立即取出并置于一定溫度的水浴中冷卻結晶一段時間。

（4）過濾，收集結晶，并放在60℃的烘箱中烘干；用HPLC測定晶體的純度。

2 實驗結果與討論

2.1 UA 和OA 在不同離子液體+乙醇混合溶液中的溶解度數(shù)據(jù)

由于所選離子液體的黏度很大，測定溶解度時操作困難，故以乙醇為稀釋劑降低其黏度，同時也可降低該分離方法的成本。表1、表2及圖3、圖4列出了UA 和OA 在6 種5%的離子液體+乙醇混合溶液中的溶解度數(shù)據(jù)。與文獻[20-22]比較，加入離子液體后，UA 和OA 的溶解度有一定的提高，這是因為離子液體具有類似表面活性劑的增溶效果；另外，UA 和OA 中的羥基和羧基可與離子液體形成較強的氫鍵，從而增加它們在離子液體體系中的溶解度[24-25]。如圖3 和圖4 所示，UA 和OA 在六種離子液體+乙醇混合溶液中的溶解度均隨著溫度的上升而增大，且在5%的1-辛基-3-甲基咪唑六氟磷酸+乙醇混合溶液中UA和OA溶解度差異較大。

2.2 溶解度數(shù)據(jù)的擬合

分別用Apelblat 方程、van’t Hoff 方程、三次多項式模型對UA 和OA 在六種離子液體+乙醇混合溶液中的溶解度數(shù)據(jù)進行了擬合，并通過均方根偏差（RMSD）和相對平均偏差（RAD）評價了模型的適用性，RMSD 和RAD 值越小，說明溶解度數(shù)據(jù)擬合得越好[26]。

RMSD 和RAD 計算公式分別如式（2）和式（3）所示。

式中,n 表示實驗測量的溶解度數(shù)據(jù)點；xi

圖3 UA溶解度數(shù)據(jù)及Apelblat擬合曲線Fig.3 Mole fraction solubility of UA and correlated by Apelblat model

表1 UA在6種離子液體+乙醇的混合溶液中的溶解度Table 1 Solubility of UA in the six mixed solutions of ionic liquids+ethanol

表2 OA在6種離子液體+乙醇的混合溶液中的溶解度Table 2 Solubility of OA in the six mixed solutions of ionic liquids+ethanol

c表示通過各種擬合方程計算得到的UA 和OA 摩爾分數(shù)；xi是實驗測得的UA和OA的摩爾分數(shù)。

標槍導彈是一種單兵反坦克導彈，總重22千克，射程4.7公里，是一種射前鎖定、射后不理的導彈，用于攻擊裝甲車輛、直升機，適合巷戰(zhàn)。

2.2.1 Apelblat 方程擬合 Apelblat 三參數(shù)方程模型[式(4)]是假設溶解度的熱焓隨溫度線性變化，再由Clausius-Clapeyron 方程推出溶解度隨溫度變化的關系[27-33]。UA 和OA 溶解度的Apelblat 模型擬合曲線分別如圖3 和圖4 所示，相關擬合參數(shù)列于表3和表4中。

式中，x 表示UA 或OA 在6 種離子液體+乙醇混合溶液中的摩爾分數(shù)；T 表示溫度，K；a、b、c 表示的是模型的三個不同的參數(shù)。

圖4 OA溶解度數(shù)據(jù)及Apelblat擬合曲線Fig.4 Mole fraction solubility of OA and correlated by Apelblat model

表3 擬合UA溶解度數(shù)據(jù)的Apelblat模型參數(shù)Table 3 Parameters of Apelblat model for UA solubility data

表4 擬合OA溶解度數(shù)據(jù)的Apelblat模型參數(shù)Table 4 Parameters of Apelblat model for OA solubility data

2.2.2 van’t Hoff 方程擬合 在溫度變化范圍不大時，溶質的溶解度與溫度也可用簡化的van’t Hoff模型[式(5)]表示[27-33]。

式中，d和e是van’t Hoff模型的參數(shù)。

UA 和OA 溶解度的van’t Hoff 模型擬合曲線分別如圖5 和圖6 所示，相關擬合參數(shù)列于表5 和表6中。

2.2.3 多項式經(jīng)驗方程 多項式經(jīng)驗方程在關聯(lián)溶解度數(shù)據(jù)時，假設在溶劑、溶質和壓強等因素確定情況下，溶解度只是隨著溫度的變化而變化[33-34]，本文利用三次多項式[式（6）]對UA 和OA 的溶解度數(shù)據(jù)進行了擬合。

圖5 UA溶解度數(shù)據(jù)及van’t Hoff擬合曲線Fig.5 Mole fraction solubility of UA and correlated by van’t Hoff model

表5 擬合UA溶解度數(shù)據(jù)的van’t Hoff模型參數(shù)Table 5 Parameters of van’t Hoff model for UA solubility data

表6 擬合OA溶解度數(shù)據(jù)的van’t Hoff模型參數(shù)Table 6 Parameters of van’t Hoff model for OA solubility data

UA 和OA 溶解度的三次多項式模型擬合曲線分別如圖7、圖8 所示，相關擬合參數(shù)列于表7 和表8中。

表7 擬合UA溶解度數(shù)據(jù)的三次多項式模型參數(shù)Table 7 Parameters of cubic polynomial model for UA solubility data

對比表3～表8 可知：三次多項式模型的RAD 和RMSD 值比Apelblat 方程和van’t Hoff 方程的都要小，所以三次多項式方程能更好地關聯(lián)OA 與UA 在六種離子液體+乙醇混合溶液中的溶解度數(shù)據(jù)。

2.3 結晶分離UA與OA的單因素實驗

溶解度測定實驗發(fā)現(xiàn)，在5%的1-辛基-3-甲基咪唑六氟磷酸+乙醇混合溶液中UA 和OA 溶解度差異較大，故選擇以1-辛基-3-甲基咪唑六氟磷酸+乙醇混合溶液為結晶溶劑，通過單因素優(yōu)化法，對結晶分離工藝進行了初步優(yōu)化。探討了離子液體濃度、原料中UA/OA 質量比、結晶溫度、結晶時間對OA在結晶產(chǎn)品中含量的影響。

圖6 OA溶解度數(shù)據(jù)及van’t Hoff擬合曲線Fig.6 Mole fraction solubility of OA and correlated by van’t Hoff model

表8 擬合OA溶解度數(shù)據(jù)的三次多項式模型參數(shù)Table 8 Parameters of cubic polynomial model for OA solubility data

首先，考察離子液體濃度對產(chǎn)品中OA 含量（wOA）的影響，分別用1%、3%、5%、7%、9%的1-辛基-3-甲基咪唑六氟磷酸+乙醇混合溶液對UA 和OA 進行結晶分離，UA 與OA 質量比、結晶溫度、結晶時間分別為1∶1、35℃、14 h，由圖9（a）可知，隨著1-辛基-3-甲基咪唑六氟磷酸濃度的增大，OA 質量分數(shù)先增大后逐漸減小，因此利用5%的1-辛基-3-甲基咪唑六氟磷酸+乙醇溶液結晶分離UA 和OA 效果較好。

其次，考察原料中UA 與OA 的質量比對產(chǎn)品中OA 含量（wOA）的影響，取UA 與OA 的質量比為0.5∶1、1∶1、1.5∶1、2∶1、2.5∶1 的混合物分別進行結晶分離研究，離子液體濃度、結晶時間、結晶溫度分別為5%、35℃、14 h，由圖9（b）可知，在實驗條件范圍內，原料中UA 與OA 質量比對結果影響較小，UA 與OA質量比為1.5∶1時，產(chǎn)品純度稍高。

然后，考察結晶溫度對產(chǎn)品中OA 含量（wOA）的影響，當離子液體濃度、UA 與OA 的質量比、結晶時間分別為5%、1.5∶1、14 h，在五個不同溫度（20、25、30、35、40℃）下分別進行結晶分離實驗，由圖9（c）可知，隨著結晶溫度的上升，OA 含量緩慢增大；但結晶溫度超過30℃時，OA 含量大幅度下降；因此結晶溫度設置為30℃較好。

圖7 UA溶解度數(shù)據(jù)及三次多項式擬合曲線Fig.7 Mole fraction solubility of UA and correlated by cubic polynomial model

最后，考察結晶時間對產(chǎn)品中OA 含量（wOA）的影響，將離子液體濃度、UA 和OA 質量比、結晶溫度固定為5%、1.5∶1、30℃，結晶時間分別為6、10、14、18、22 h，由圖9（d）可知，隨結晶時間的延長，結晶產(chǎn)物中OA 的質量分數(shù)先增大后減小，當結晶時間為14 h時，OA含量較高。

綜上所述，在5%1-辛基-3-甲基咪唑六氟磷酸+乙醇混合溶劑中，當原料中UA 和OA 質量比為1.5∶1，結晶溫度30℃和結晶時間14 h，結晶產(chǎn)物中OA的質量分數(shù)可達到85%。

與文獻中模擬移動床[8]或色譜法[9]分離UA 和OA 相比較，本方法更為簡便，更易于放大。當然，要特別注意離子液體回收利用的問題[35]。結晶母液經(jīng)過套用后，可采用兩種較簡便的辦法回收離子液體：其一，先回收結晶母液中的乙醇，再加入另一與離子液體不互溶的溶劑萃取出UA 和OA，離子液體就可實現(xiàn)回用；其二，先回收結晶母液中的乙醇，再加入與離子液體可互溶的溶劑，但該溶劑可明顯降低UA 和OA 的溶解度，使UA 和OA 析出，過濾后就可回收離子液體。

3 結 論

本實驗測定了UA 和OA 在離子液體+乙醇混合溶劑體系的溶解度，并對其結晶分離工藝進行了初步探討研究，得出如下結論。

（1）在293.2～333.2 K 范圍內，UA 與OA 在六種離子液體+乙醇混合溶液中的溶解度均隨著溫度的上升而增大，其中，在5%的1-辛基-3-甲基咪唑六氟磷酸+乙醇混合溶液中UA 與OA 溶解度差異較大。

（2）溶解度數(shù)據(jù)分別用Apelblat 方程、van’t Hoff 方程和三次多項式模型進行了擬合，結果發(fā)現(xiàn)三次多項式方程能更好地關聯(lián)UA和OA在6種離子液體+乙醇混合溶液中的溶解度數(shù)據(jù)。

圖8 OA溶解度數(shù)據(jù)及三次多項式擬合曲線Fig.8 Mole fraction solubility of OA and correlated by cubic polynomial model

（3）利用5%的1-辛基-3-甲基咪唑六氟磷酸+乙醇混合溶液對UA 和OA 進行了結晶分離，通過單因素實驗對結晶工藝條件進行了初步優(yōu)化，得到較佳的工藝條件：結晶溫度30℃，結晶時間14 h，1-辛基-3-甲基咪唑六氟磷酸的濃度5%，UA 和OA 質量比1.5∶1，在此條件下結晶產(chǎn)物中OA 的質量分數(shù)可達到85%。

圖9 結晶實驗條件對產(chǎn)品中OA含量的影響
Fig.9 The effect of experiment conditions on the mass fraction of OA in the product

[11] 聶強.類質同晶甾體化合物的分離過程研究[D].天津:天津大學,2007.Nie Q. Study on the preparation process of isomorphic steroids[D].Tianjin:Tianjin University,2007.

[12] 張成.油酸與亞油酸物系溶劑結晶分離過程的研究[D].天津:天津大學,2004.Zhang C. Study on the crystallization separation process of oleic acid and linoleic acid solvents[D]. Tianjin: Tianjin University,2004.

[13] 鄒漢波,董新法,林維明.離子液體及其在綠色有機合成中的應用[J].化學世界,2004,45(2):107-110.Zou H B,Dong X F,Lin W M.Ionic liquids and their applications in green organic synthesis[J]. Chemical World, 2004, 45(2):107-110.

[14] 李汝雄, 王建基. 離子液體的合成與應用[J]. 化學試劑, 2001,23(4):211-215.Li R X, Wang J J. Synthesis and application of ionic liquids[J].Chemical Reagents,2001,23(4):211-215.

[15] Zhao H. Current studies on some physical properties of ionic liquids(p)[J].Cheminform,2010,6(41):545-557.

[16] 趙東濱,寇元.室溫離子液體:合成、性質及應用[J].大學化學,2002,17(1):42-46.Zhao D B, Kou Y. Room temperature ionic liquids: synthesis,properties and applications[J]. University Chemistry, 2002, 17(1):42-46.

[17] 石家華, 孫遜, 楊春, 等. 離子液體研究進展[J]. 化學通報,2002,65(4):243-250.Shi J H, Sun X, Yang C, et al. Research progress of ionic liquids[J].Chemical Bulletin,2002,65(4):243-250.

[18] 黃碧純,黃仲濤.離子液體的研究開發(fā)及其在催化反應中的應用[J].工業(yè)催化,2003,11(2):1-6.Huang B C, Huang Z T. Research and development of ionic liquids and their applications in catalytic reactions[J]. Industrial Catalysis,2003,11(2):1-6.

[19] Muldoon M J, Nockemann P, Lagunas M C. Crystal engineering with ionic liquids[J].CrystEngComm,2012,14(15):4873.

[20] Fan J P, Kong T, Zhang X H, et al. Solubilities of ursolic acid and oleanolic acid in (ethanol+water) mixed solvents from T=(292.2 to 328.2K) [J]. Journal of Chemical Thermodynamics, 2012, 47:372-375.

[21] Fan J P, Cao Y H, Zhang X H, et al. Determination and modeling of the solubilities of ursolic acid and oleanolic acid in ethanol+sodium hydroxide+water mixed solvents from T=283.2 to 323.2 K[J]. Journal of Chemical & Engineering Data, 2017, 62(11): 3991-3997.

[22] Fan J P, Kong T, Zhang L, et al. Solubilities of ursolic acid and oleanolic acid in four solvents from (283.2 to 329.7) K[J]. Journal of Chemical&Engineering Data,2011,56(5):2723-2725.

[23] Schneider P, Hosseiny S S, Szczotka M, et al. Rapid solubility determination of the triterpenes ursolic acid and oleanolic acid by UV-spectroscopy in different solvents[J]. Phytochemistry Letters,2009,2(2):85-87.

[24] Ge L, Guo L, Yang K, et al. Solubility of diosgenin in several imidazolium-based ionic liquids[J]. Journal of Chemical and Engineering Data,2015,60:11-15.

[25] Lee B S, Lin S T. Prediction and screening of solubility of pharmaceuticals in single- and mixed-ionic liquids using COSMO-SAC model[J].AIChE Journal,2017,63(7):3096-3104.

[26] 駱健美,金志華.納他霉素在不同溶劑中溶解度的測定與關聯(lián)[J].高校化學工程學報,2008,21(5):733-738.Luo J M,Jin Z H.Measurement and correlation of the solubility of natamycin in different solvents [J]. Journal of Chemical Engineering of Chinese Universities,2008,21(5):733-738.

[27] Zhang Q, Hu Y, Yang Y, et al. Thermodynamic models for determination of the solubility of the (1∶1) complex of (urea + lmalic acid) in (methanol + acetonitrile) binary solvent mixtures[J].Journal of Chemical Thermodynamics,2015,80(6):7-12.

[28] Fan J P, Yang X M, Xu X K, et al. Solubility of rutaecarpine and evodiamine in (ethanol+water) mixed solvents at temperatures from (288.2 to 328.2)K[J]. Journal of Chemical Thermodynamics,2015,83:85-89.

[29] Jiang S, Qin Y, Wu S, et al. Solubility correlation and thermodynamic analysis of sorafenib free base and sorafenib tosylate in monosolvents and binary solvent mixtures[J]. Journal of Chemical&Engineering Data,2016,62(1):259-267.

[30] Aniya V, De D, Mohammed A M, et al. Measurement and modeling of solubility of para-tert-butylbenzoic acid in pure and mixed organic solvents at different temperatures[J]. Journal of Chemical&Engineering Data,2017,62(4):1411-1421.

[31] Shakeel F, Haq N, Salem-Bekhit M M, et al. Solubility and dissolution thermodynamics of sinapic acid in (DMSO + water)binary solvent mixtures at different temperatures[J]. Journal of Molecular Liquids,2017,225:833-839.

[32] Shan Y,Fu M,Yan W.Solubilities of 4,5,7-triacetoxyflavanone in fourteen organic solvents at different temperatures[J]. Journal of Chemical&Engineering Data,2016,62(1):568-574.

[33] 徐衡,董奕,馬沛生.順丁烯二酸酐在鄰苯二甲酸酯中溶解度的研究[J].石油化工,2000,29(7):502-504.Xu H, Dong Y, Ma P S. Study on the solubility of maleic anhydride in phthalates[J]. Petrochemical Industry, 2000, 29(7):502-504.

[34] 鄒瑩,劉永瓊,祝宏,等.替硝唑在水溶液中溶解度的實驗測定及關聯(lián)[J].武漢工程大學學報,2008,30(1):7-9.Zou Y, Liu Y Q, Zhu H, et al. Experimental determination and correlation of the solubility of tinidazole in aqueous solution[J].Journal of Wuhan University of Technology,2008,30(1):7-9.

[35] Lan N, Ahn M K, Koo Y M. Methods for recovery of ionic liquids—a review[J].Process Biochemistry,2014,49(5):872-881.