沈阳药科大学-药剂学-包合技术.ppt

第二第二节 包合技包合技术 一、概述包包合合物物（Inclusion Inclusion compoundcompound）是是一一种种分分子子被被包包藏藏在在另另一一种种分分子子的的空空穴穴结构中而形成的复合物。构中而形成的复合物。包包合合过程程是是物物理理过程程而而不不是是化化学学过程程，这种种包包合合并并不不以以化化学学键结合合为特征，属于一种非特征，属于一种非键型型络合物。合物。1.具有包合作用的外具有包合作用的外层分子称分子称为主分子主分子 (host molecule)(host molecule)，被包合到主分子空，被包合到主分子空间中的小分子物中的小分子物质，称，称为客分子（客分子（guest guest moleculemolecule或或enclosed moleculeenclosed molecule）。）。包合物的包合物的类型型:管管状状包包合合物物：是是由由一一种种分分子子构构成成管管状状或或筒筒形形空空洞洞骨骨架架，另另一一种种分分子子填填充充其其中中而而成成。尿尿素素、环糊糊精精、硫硫脲、去去氧氧胆胆酸酸等等均均能能与与客分子形成管状包合物。客分子形成管状包合物。2.层状包合物状包合物某些表面活性某些表面活性剂能形成能形成层状的胶状的胶团，当，当药物物进入胶入胶团时就构成了就构成了层状包合物。状包合物。例如月桂酸例如月桂酸钾使乙苯增溶使乙苯增溶时，乙苯可存在于，乙苯可存在于表面活性表面活性剂亲油基的油基的层间，形成，形成层状包合物。状包合物。非离子型表面活性非离子型表面活性剂使使维生素棕生素棕榈酸酸酯增增溶，其溶，其结构也可构也可认为是是层状包合物。状包合物。3.笼状包合物状包合物是客分子是客分子进入由入由几个主分子构成几个主分子构成的的笼状晶格中而状晶格中而成的包合物。成的包合物。其空其空间完全完全闭合合且包接且包接过程程为非非化学化学结合，包合合，包合物的形成主要取物的形成主要取决于主分子和客决于主分子和客分子的大小分子的大小。4.单分子包合物：分子包合物：单分分子子包包合合物物由由单一一的的主主分分子子和和单一一的的客客分分子子形形成成包包合合物物。例例如如环糊糊精精（C C D D）常常用用为单一一的的主主分分子子，它它具具有有管管状状的的空洞。空洞。分子分子筛包合物或高分子包合物：包合物或高分子包合物：此此类包合物主要有沸石、糊精、硅胶等。包合物主要有沸石、糊精、硅胶等。原子排列成三面体配位体：形成原子排列成三面体配位体：形成笼状或筒状状或筒状空洞，包接客分子而形成高分子包合物空洞，包接客分子而形成高分子包合物。5.二、包合材料二、包合材料（一）（一）环糊精糊精环糊糊精精（Cyclodextrin,Cyclodextrin,CDCD）系系淀淀粉粉经酶解解环合合后后得得到到的的由由612612个个葡葡萄萄糖糖分分子子连接接而而成成的的环状状低低聚聚糖糖化化合合物。物。常常见的的环糊糊精精是是有有6 6（或或7 7、8 8）个个葡葡萄萄糖糖分分子子通通过-1-1，4 4苷苷键连接接而而成成，分分别称称为-CD-CD、-CD-CD、-CD-CD。6.-CD的的环状构型状构型7.CDCD的的分子构型比分子构型比较特殊，呈上窄下特殊，呈上窄下宽中中空的空的环筒状，分子中的伯筒状，分子中的伯羟基（基（6-OH6-OH）位于位于环筒窄筒窄边处，仲，仲羟基（基（2-,3-OH2-,3-OH）位）位于于宽边处。环筒外面是筒外面是亲水性的表面，内部水性的表面，内部则是一是一个具有一定尺寸的手性疏水管腔，可以个具有一定尺寸的手性疏水管腔，可以依据空腔大小依据空腔大小进行分子行分子识别。CDCD对酸酸较不不稳定，定，对碱、碱、热和机械作用和机械作用都相当都相当稳定，与某些有机溶定，与某些有机溶剂共存共存时，能形成复合物而沉淀。可利用能形成复合物而沉淀。可利用CDCD在不同在不同溶溶剂中的溶解度不同而中的溶解度不同而进行分离。行分离。8.环糊精包封糊精包封药物的立体物的立体结构构 伯伯羟基基仲仲羟基基9.-CD-CD在室温下水中溶解度在室温下水中溶解度仅为1.85%1.85%（w/vw/v），其水溶性比没有），其水溶性比没有环合的合的低聚糖同分异构体要低得多，其原因是：低聚糖同分异构体要低得多，其原因是：-CD-CD是晶体是晶体,其晶格能高，故水溶性差；其晶格能高，故水溶性差；-CD-CD的仲的仲羟基形成分子内基形成分子内氢键，使其与，使其与周周围水分子形成水分子形成氢键的可能性下降，故的可能性下降，故水溶性差。水溶性差。通通过对-CD-CD分子分子进行化学行化学结构修构修饰，破坏破坏-CD-CD的晶格的晶格结构（使晶体构（使晶体变成易成易溶于水的无定形溶于水的无定形结构）；构）；减少仲减少仲羟基基的数目（如的数目（如进行取代反行取代反应等），可以大等），可以大大提高大提高-CD-CD的水溶性（例如的水溶性（例如-CD-CD衍生衍生物的水溶性物的水溶性较大）。大）。10.各种各种环糊精的一般性糊精的一般性质 11.-CD-CD在不同温度的水中溶解度在不同温度的水中溶解度温温 度度（）20406080100溶溶解解度度（g/L）18378018325612.（二）（二）环糊精衍生物糊精衍生物由由于于在在-CD-CD 的的圆筒筒两两端端有有7 7个个伯伯羟基基和和1414个个仲仲羟基基，其其分分子子内内（或或分分子子间）的的氢键阻阻止止水水分分子子的的水水化化，使使-CD-CD水水溶溶性性较小。小。如如果果将将甲甲基基、乙乙基基、羟丙丙基基、羟乙乙基基等等基基团引引入入到到-CD-CD分分子子中中与与羟基基进行行烷基基化化反反应（例例如如形形成成羟丙丙基基-CD-CD），可可以以破破坏坏分分子子内内氢键的的形形成成，使使-CD-CD的的理理化化性性质特特别是水溶性是水溶性发生生显著改著改变。13.-环糊精的衍生物糊精的衍生物14.衍生化反衍生化反应的的类型型烷基基化化：如如-CD-CD与与硫硫酸酸二二甲甲酯（或或溴溴甲甲烷）在在4040O OC C条条件件下下生生成成甲甲基基化化衍衍生生物物：二甲基二甲基-CD-CD或三甲基或三甲基-CD-CD；羟烷基基化化：在在碱碱性性条条件件下下，-CD-CD 与与环氧氧丙丙烷发生生缩合合反反应生生成成无无定定形形的的、水溶性的水溶性的2-2-羟丙基丙基-CD-CD 。分分支支化化支支链-CD-CD 衍衍生生化化：在在异异淀淀粉粉酶作作用用下下，-CD-CD 与与麦麦芽芽糖糖作作用用可可生生成成6-O-6-O-麦芽糖基麦芽糖基-CD-CD。15.三、包合作用的影响因素三、包合作用的影响因素（一）（一）药物极性的影响物极性的影响（二）（二）药物与物与环糊精的比例糊精的比例（三）包合作用（三）包合作用竞争性争性16.（一）（一）药物极性的影响物极性的影响 在在环糊精的空洞内，非糊精的空洞内，非极性客分子更容易与疏水性极性客分子更容易与疏水性空洞相互作用，因此疏水性空洞相互作用，因此疏水性药物、非解离型物、非解离型药物易被包物易被包合。合。17.（二）（二）药物与物与环糊精的比例糊精的比例包包合合物物不不仅在在水水和和有有机机溶溶剂中中能能形形成成，而而且且在固在固态中也能形成。中也能形成。包包合合物物以以溶溶液液态存存在在时，客客分分子子在在主主分分子子的的空空穴穴内内；包包合合物物以以晶晶体体存存在在时，客客分分子子不不一一定都在空穴内，也可以在晶格空隙中。定都在空穴内，也可以在晶格空隙中。一一般般情情况况下下，当当主主、客客分分子子的的摩摩尔比比为1:11:1时，会形成会形成较稳定的定的单分子化合物。分子化合物。18.（三）、包合作用的（三）、包合作用的竞争性争性 包合物在水溶液中（或含有少量乙醇的水包合物在水溶液中（或含有少量乙醇的水溶液中）与客分子溶液中）与客分子药物物处于一种于一种动态平衡平衡的状的状态：CD+G CDG KR KD式中：式中：K KR R为结合速度常数，合速度常数，K KD D为解离速度常数。解离速度常数。从式中可知：从式中可知：环糊精糊精CDCD的的浓度越高，包合物度越高，包合物CDCDG G的生的生成量越大，最成量越大，最终客分子客分子G G几乎被完全几乎被完全包合（达到包合（达到饱和状和状态）。）。在制在制备包合物包合物时，其它物，其它物质或有机溶或有机溶剂会与客分子会与客分子产生生竞争包合（或将原包合物中的争包合（或将原包合物中的药物置物置换出来），影出来），影响包合效果。响包合效果。19.四、常用的包合技四、常用的包合技术（方法）（方法）饱和水溶液法和水溶液法研磨法研磨法超声波法超声波法冷冷冻干燥法干燥法喷雾干燥法干燥法液液-液或气液或气-液法液法（最常用的方法（最常用的方法为前三者）前三者）20.（1 1）饱和水溶液法和水溶液法将将环糊糊精精饱和和水水溶溶液液与与药物物或或挥发油油按按一一定定的的比比例例混混合合，在在一一定定温温度度和和一一定定时间条条件件下下搅拌拌、振振荡，经冷冷藏藏、过滤、干燥，即得、干燥，即得环糊精的包合物。糊精的包合物。制制备条条件件：影影响响包包合合率率的的主主要要因因素素有有投投料料比比、包包合合温温度度、包包合合时间、搅拌拌方方式式等等；客客分分子子为油油时，一一般般认为投投料料比比为-CD:-CD:油油=6:1=6:1时，包包合合效效果比果比较理想理想;包合包合时间3030分分钟以上以上。21.（2 2）研磨法）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。22.（3）超声波法 将将环糊糊精精饱和和水水溶溶液液中中加加入入客客分分子子药物物，混混合合后后用用超超声声波波处理理，将将析析出出沉沉淀淀溶溶剂洗洗涤、干干燥燥，即即得得稳定的包合物。定的包合物。23.（4 4）冷）冷冻干燥法和干燥法和喷雾干燥法干燥法对受受热干燥干燥过程中易分解且程中易分解且易溶于水的易溶于水的药物，可以采用物，可以采用冷冷冻干燥的方法制干燥的方法制备包合物。包合物。喷雾干燥法适用于遇干燥法适用于遇热较稳定、定、难溶性或疏水性溶性或疏水性药物。物。24.五、包合物的五、包合物的验证方法方法（一）（一）X-射射线衍射法衍射法（二）（二）红外光外光谱法法（三）核磁共振（三）核磁共振谱法法（四）（四）荧光光光光谱法法（五）（五）圆二色二色谱法法（六）（六）热分析法分析法（七）薄（七）薄层色色谱法法（八）紫外分光光度法（八）紫外分光光度法25.（一）（一）X-X-射射线衍射法衍射法X-X-射射线衍衍射射法法是是一一种种鉴定定晶晶体体化化合合物物的的常常用用技技术，各各晶晶体体物物质在在相相同同的的角角度度处具具有有不不同同的的晶晶面面间距距，从从而而显示示衍射峰。衍射峰。例例如如，在在萘普普生生（NAPNAP）的的包包合合物物鉴定定中中，机机械械混混合合物物显示示了了萘普普生生和和-CD-CD的的衍衍射射谱重重叠叠，而而包包合合物物的的衍衍射射峰峰很很少少、强度度小小且且很很宽，从从而而表表明明：该包包合合物物是是无无定定形形状状态，包包合合物物已已经形成（如形成（如图18-1118-11所示）。所示）。26.图18-11NAP及其及其-CD的包合物等的的包合物等的X-射射线谱1.NAP2.-CD3.机械混合物机械混合物4.包合物包合物27.（二）（二）红外光外光谱法法红外外光光谱法法是是比比较药物物包包合合前前后后在在红外外区区吸吸收收的的特特征征，根根据据吸吸收收峰峰的的变化化情情况况（吸吸收收峰峰的的降降低低、位位移移或或消消失失），证明明药物物与与环糊糊精精产生生的的包包合合作作用用，并并可可确确定包合物的定包合物的结构。构。可可以以分分别做做药物物、环糊糊精精、二二者者机机械械混混合合物物和和包包合合物物的的红外外吸吸收收光光谱并并进行行比比较。该法法主主要要用用于于含含羰基基药物物的的包包合合物物检测。28.（三）核磁共振（三）核磁共振谱法法核核磁磁共共振振谱法法可可从从核核磁磁共共振振谱上上碳碳原原子子的的化化学学位位移移大大小小，推推断断包包合合物物的形成。的形成。可可根根据据药物物的的化化学学结构构，有有选择性性地采用碳地采用碳谱和和氢谱。一般是：。一般是：对含含有有芳芳香香环的的药物物，可可采采用用1 1HNMRHNMR；对不含有芳香不含有芳香环的的药物可采用物可采用1313CNMRCNMR。29.（四）（四）荧光光光光谱法法是是比比较药物物与与包包合合物物的的荧光光光光谱，从从荧光光曲曲线、吸吸收收峰峰的的强度度和和位位置置变化来判断是否形成包合物。化来判断是否形成包合物。例例如如盐酸酸氯丙丙咪咪嗪与与-CD-CD和和DM-DM-CD-CD的的包包合合物物的的荧光光光光谱如如图18-18-1212所所示示。盐酸酸氯丙丙咪咪嗪与与环糊糊精精形形成成包包合合物物后后，在在350nm350nm附附近近的的荧光光强度明度明显增加。增加。30.图18-12 CIP-18-12 CIP-CD-CD体系的体系的荧光光光光谱1.CIP 2.CIP+1.CIP 2.CIP+-CD 3.CIP+DM-CD 3.CIP+DM-CD-CD31.（四）（四）圆二色二色谱法法平平面面偏偏振振光光通通过光光学学活活性性物物质时，将将发生生偏偏振振光光被被吸吸收收的的现象象，导致致左左旋旋转圆偏偏振振光光和和右右旋旋转圆偏偏振振光光的的能能量量（即即振振幅幅）不不同同，此此现象象称称为圆二二色色性性。由由于于左左、右右旋旋转圆偏偏振振光光的的振振幅幅不不同同，合合成成后后的的偏偏振光振光为椭圆形的形的轨迹。迹。对于于圆二二色色性性物物质，可可在在不不同同波波长下下，测定定其其椭圆率率Q，并并以以Q为纵坐坐标，波波长为横横坐坐标作作图，即即可可得得到具有峰尖和峰谷的曲到具有峰尖和峰谷的曲线（称（称为cotton效效应曲曲线）。）。若若某某药物物具具有有光光学学活活性性，可可分分别作作药物物与与包包合合物物（CD为对称称性性分分子子，无无圆二二色色性性）的的Cotton效效应曲曲线（即即圆二二色色谱图），从从曲曲线形形状状即即可可判判断断包包合合形形成成与与否否。如如维生生素素A酸酸溶溶于于二二甲甲亚砜后后有有明明显的的圆二色性，而形成包合物后无二色性，而形成包合物后无圆二色性。二色性。32.（六）（六）热分析法分析法热分分析析法法中中包包括括差差热分分析析法法（differential differential thermal thermal analysisanalysis，DTADTA）和和差差示示扫描描量量热法法（differential differential scarnning scarnning calorimetrycalorimetry，DSCDSC）是是鉴定定是是否否形形成成了了包合物的常用包合物的常用检测方法。方法。鉴定定时测定定客客分分子子药物物、环糊糊精精、包包合合物物、物物理理混混合合物物各各自自的的DTADTA曲曲线，由由DTADTA曲曲线上上的的吸吸收收峰峰及及温温差差的的变化化可可显示示包包合物是否形成。合物是否形成。33.（七）薄（七）薄层色色谱法法选择适适当当的的溶溶剂系系统，对药物物和和包包合合物物在在同同样的的条条件件下下进行行展展开开，若若药物物与与-CD-CD完完全全形形成成包包合合物物，则包包合合物物将将不不含含有有纯药物的展开斑点。物的展开斑点。34.（八）紫外分光光度法（八）紫外分光光度法可以从两方面可以从两方面证实有无包合物生成：有无包合物生成：从吸收峰的位置和高度来判断；从吸收峰的位置和高度来判断；从紫外从紫外-可可见吸收曲吸收曲线有无等吸收点有无等吸收点来判断。来判断。35.图18-15对硝基酚硝基酚-CD包合物的紫包合物的紫外吸收曲外吸收曲线(pH11,20)-CD的的浓度（度（ab）:0,110-4,510-4,110-3,510-3，110-2mol/L.等吸收点等吸收点36.（九）溶出度法（九）溶出度法溶出度法不溶出度法不仅用于包合物的生成，也用于包合物的生成，也可以可以证实或或评价形成包合物的增溶效价形成包合物的增溶效果，其方法是通果，其方法是通过绘制溶解度曲制溶解度曲线进行判断。行判断。通通过测定定药物在不同物在不同浓度的度的环糊精溶糊精溶液中的溶解度，液中的溶解度，绘制溶解度曲制溶解度曲线。以。以药物物浓度度为纵坐坐标，环糊精糊精浓度度为横横坐坐标作相溶解度作相溶解度图。从曲。从曲线上判断是上判断是否生成包合物。否生成包合物。37.