β-環(huán)糊精包合皮革防霉劑OIT的研究

　　【中國鞋網】摘要:采用β-環(huán)糊精包合皮革防霉劑N-辛基-4-異噻唑啉-3-酮(OIT)制得了緩釋長效防霉劑,研究了OIT與β-環(huán)糊精的質量比、包合時間、包合溫度對產物包合率的影響,得到了最佳包合條件,最后對產物進行了表征和緩釋性能的測定.

    關鍵詞:β-環(huán)糊精;N-辛基-4-異噻唑啉-3-酮;包合物;皮革;防霉劑

    中圖分類號:TS529.1文獻標識碼:A

    0前言

    N-辛基-4-異噻唑啉-3-酮(OIT)是目前皮革工業(yè)常用的一種低毒、高效、廣譜型的防霉劑,對霉菌具有很強的殺滅作用,能達到理想的防霉效果[1,2].但其直接使用時藥效散發(fā)快,持續(xù)時間短,產生局部毒性大,因此影響了它的使用效果.本文利用β-環(huán)糊精對藥品的優(yōu)良包合與緩釋作用對皮革防霉劑OIT進行了包合,制得了使用方便、安全,可用于皮革的緩釋型防霉劑.

    1實驗

    1.1主要儀器與試劑

    主要儀器:熱重分析儀TGAQ500,美國TA公司;JJ-1型定時電動攪拌器,金壇市華峰儀器有限公司;凱式定氮儀B-324,瑞士BUCHI公司.

    主要試劑:β-環(huán)糊精(β-CD),陜西禮泉化工有限實業(yè)公司;N-辛基-4-異噻唑啉-3-酮(OIT)98%,石家莊博雅化工公司.

    1.2OIT包合物的制備

    1.2.1環(huán)糊精包合OIT機理

    β-環(huán)糊精是由淀粉經酶解環(huán)化而成的由7個吡喃葡萄糖單元以α-1,4甙鍵連接的環(huán)狀低聚糖化合物,它形成了一種中空立體結構的籠狀化合物,如圖1所示.吡喃葡萄糖環(huán)上的氫原子位于空腔內并覆蓋了配糖氧原子,使空腔內部成為疏水性空間,環(huán)糊精分子空腔邊緣含有羥基,使空腔外部表現(xiàn)為吸水性.這種憎水性內腔可與很多油溶性物質結合形成一種特殊的包合物,而親水的外腔可增大油溶性物質在水中的溶解性,形成具有緩釋作用的微囊,它已在醫(yī)藥、食品、農藥、化肥的緩釋上得到了較好的應用[4-6].

　　N-辛基-4-異噻唑啉-3-酮(OIT)作為處理高檔皮革的一種低毒、高效、廣譜型防霉劑,對霉菌具有很強的殺滅作用,但是它僅溶于有機溶劑而微溶于水,使用過程不方便.通過β-環(huán)糊精包合OIT不但可增大它的溶解性,而且可產生緩釋作用,延長藥物的作用時間.

    1.2.2包合物的制備

    將去離子水按實驗設定條件加熱至實驗溫度,再加入4.0gβ-環(huán)糊精制成飽和溶液,緩慢滴加實驗量OIT到β-環(huán)糊精溶液中,攪拌反應至一定時間,趁熱取出,放置至室溫,在冰箱3~5℃下冷藏24h,抽濾,沉淀物用少量去離子水洗滌,再用無水乙醇淋洗兩次,于40℃真空干燥得白色粉末狀包合物.

    1.3包封率的測定

    精密稱取上述一定質量的β-環(huán)糊精包合物,加0.2g硫酸銅,3g硫酸鉀及20mL硫酸,在消化爐中消解45min后自然冷卻.放冷后,用全自動凱式定氮儀測定包合物中氮的摩爾量即為包合物中含OIT的摩爾量,并按中國藥典2000年版微囊、微球與脂質體制劑指導原則計算包封率和收得率:

包封率和收得率

　　1.4實驗因素的確定

　　環(huán)糊精包接油性客體物質的動力學原因是:在水溶液中,環(huán)糊精親脂腔體中的水分子形成氫鍵的傾向得不到滿足,因而比溶液中的水分子具有更高的熱焓,并且親脂性藥物整個分子能通過置換環(huán)糊精腔體內的水分子來降低體系能量.環(huán)糊精可以在水溶液中選擇性地與有機小分子結合,借范德華力、氫鍵、偶極互相作用而形成具有不同穩(wěn)定性的包合物,這是一個平衡過程,當形成1∶1的包合物時可以用下式表征這一過程:

　　式中:O為有機客體分子,Ka是結合常數,Kb是解離常數[7].結合包合原理,為了提高反應活性,增大結合常數可使包合過程向正方向進行,因此本實驗固定β-環(huán)糊精加入量為4.00g,考察OIT與β-環(huán)糊精的質量比、反應溫度、反應時間對包合物包封率與收得率的影響,以得到最佳條件.

　　1.5熱重分析實驗

    對得到的包合物采用熱重分析(TGA)進行驗證.測試條件為:鉑坩堝;氣氛為氮氣;斜坡設定:升溫速率10℃/min.

    1.6釋放性能測定

    將β-環(huán)糊精包合物配成一定濃度的乙醇-水溶液均勻浸涂于實驗用原皮上,在自然條件下暴露于空氣中,每隔一定時間用乙醇定期萃取同面積的原皮,將濾液處理后用UV-3000紫外分光光度計在Kmax=276nm下測定其吸光度,同時將經計算與包合物中等量的OIT配成同濃度乙醇-水溶液做同上的對比實驗,分析包合物的OIT釋放和保留性能.

    2結果與討論

    2.1OIT加入量的影響

    OIT的用量影響到所得產品的包封率和成本,因為β-CD的空腔容納OIT有一飽和量.OIT加入量的影響如圖2所示,包封率曲線顯示,當OIT加入量從0.40g增加到0.80g時,隨著OIT投入量的增加,包封率基本保持不變,都在70%以上,此后再增加OIT投入量包封率不斷減少.這是由于提高OIT的投入量,雖然可以使包合物中OIT的絕對量稍有提高,但同時有大量的藥物游離在外.而從收得率曲線可以看出,當OIT投入量為0.8g以下時,收得率很低,說明有很多的β-CD過量未參與反應;當OIT投入量為0.8g,收得率達到最大值時,再增加OIT投入量則收得率降低,說明此時的OIT為過量,故從包封率和收得率曲線可以看出,OIT投入量以0.8g為最佳.

    2.2包合時間的影響

  包合時間的影響

　　β-CD包合OIT的過程實際上就是水分子與OIT分子在范德華力的作用下,相互置換的重排和移去過程,因此會有一個時間的平衡過程.包合時間的影響如圖3所示,包封率曲線顯示包合時間由0.5h提高到1.5h時,包封率增加很快,但是在1.5h以后,再延長包合時間,包封率提高已不明顯.這是因為增加包合時間能為β-環(huán)糊精和OIT提供更多的相互碰撞機會,有利于包合物的形成,提高包合率.但當包合物充分形成后,β-CD的空腔已經飽和,再增加包合時間對促進包合物的形成效果甚微,收得率曲線顯示包合時間對收得率影響不大,但在1.5h時收得率較高,綜合包封率和收得率曲線,選擇1.5h包合時間為最佳.

　　2.3包合溫度的影響

    通過對包合物形成過程的熱力學分析可知,環(huán)糊精分子空腔無論是在固相還是在水溶液中并非是空著的,而是結合有水分子,范德華力和疏水鍵互相作用、氫鍵和釋放能量、電荷轉移以及π-π堆積都是包合物形成與穩(wěn)定的驅動力.伴隨包合物的形成會有明顯的熱量變化,因此溫度也是包合過程重要的影響因素.包合溫度過低,則β-環(huán)糊精在水中溶解度較小,不利于包結絡合過程,此時Ka迅速下降,影響包合向產物方向進行.包合溫度的影響如圖4所示,由包封率曲線可知,溫度為40~55℃,包封率隨溫度的升高而增加,在55℃時包封率最高.當包合溫度上升至60℃時,包封率反而降低.這是因為在一定溫度范圍內,提高包合溫度能增加β-環(huán)糊精的溶解度,并為OIT的絡合提供動能,促進二者的相互碰撞幾率,有利于包合物的生成.但當包合達到平衡后,過高的溫度又促進了已形成的包合物中OIT分子的熱運動,導致包合物的解絡.由收得率曲線可以看出,包合溫度對收得率影響不大,在55℃時收得率相對較高,故溫度以55℃為宜.

包合溫度的影響

　　3包合物的檢測

    3.1熱重分析(TGA)

    對OIT、β-CD、二者物理混合物和β-CD-OIT包合物4種樣品進行熱重分析,結果如圖5所示.由圖5可見,物理混合物的圖譜基本上是OIT和β-CD的圖譜的簡單疊加,它與包合物的圖譜有明顯的區(qū)別.熱重曲線顯示β-CD-OIT包合物(A)的明顯失重溫度約為252℃;溫度升至350℃左右時,總失重率達到60%;β-CD(B)的明顯失重溫度為278℃,溫度升至350℃時,總失重率達75%.TGA曲線說明,經過包合反應后獲得的新物質的失重起始溫度向低溫區(qū)遷移了26℃,同時顯示經過包合后熱穩(wěn)定性增強,證明了包合物的形成.

包合物的緩釋性能

  3.2包合物的緩釋性能

    對實驗樣品和對照樣品進行原皮藥物釋放性能測定,結果如圖6所示.

    從圖6可以看出,經過β-CD包合,皮革在放置一個月后其中的OIT濃度減少了69.78%,放置兩個月后減少了31.46%,而直接浸涂OIT的皮革樣品則其在放置20天左右已基本揮發(fā)殆盡,故可證明經本實驗β-CD包合的OIT具有良好的緩釋性能.

　　4結論

　　研究得到β-環(huán)糊精包合皮革防霉劑OIT的最佳工藝條件為:OIT加入量為0.8g,包合時間為1.5h,包合溫度為55℃.對反應產物的熱重分析結果證明β-CD-OIT包合物已經形成,并具有良好的藥物緩釋性能.

    參考文獻

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