β-环糊精包合皮革防霉剂OIT的研究

　　【中国鞋网】摘要:采用β-环糊精包合皮革防霉剂N-辛基-4-异噻唑啉-3-酮(OIT)制得了缓释长效防霉剂,研究了OIT与β-环糊精的质量比、包合时间、包合温度对产物包合率的影响,得到了最佳包合条件,最后对产物进行了表征和缓释性能的测定.

    关键词:β-环糊精;N-辛基-4-异噻唑啉-3-酮;包合物;皮革;防霉剂

    中图分类号:TS529.1文献标识码:A

    0前言

    N-辛基-4-异噻唑啉-3-酮(OIT)是目前皮革工业常用的一种低毒、高效、广谱型的防霉剂,对霉菌具有很强的杀灭作用,能达到理想的防霉效果[1,2].但其直接使用时药效散发快,持续时间短,产生局部毒性大,因此影响了它的使用效果.本文利用β-环糊精对药品的优良包合与缓释作用对皮革防霉剂OIT进行了包合,制得了使用方便、安全,可用于皮革的缓释型防霉剂.

    1实验

    1.1主要仪器与试剂

    主要仪器:热重分析仪TGAQ500,美国TA公司;JJ-1型定时电动搅拌器,金坛市华峰仪器有限公司;凯式定氮仪B-324,瑞士BUCHI公司.

    主要试剂:β-环糊精(β-CD),陕西礼泉化工有限实业公司;N-辛基-4-异噻唑啉-3-酮(OIT)98%,石家庄博雅化工公司.

    1.2OIT包合物的制备

    1.2.1环糊精包合OIT机理

    β-环糊精是由淀粉经酶解环化而成的由7个吡喃葡萄糖单元以α-1,4甙键连接的环状低聚糖化合物,它形成了一种中空立体结构的笼状化合物,如图1所示.吡喃葡萄糖环上的氢原子位于空腔内并覆盖了配糖氧原子,使空腔内部成为疏水性空间,环糊精分子空腔边缘含有羟基,使空腔外部表现为吸水性.这种憎水性内腔可与很多油溶性物质结合形成一种特殊的包合物,而亲水的外腔可增大油溶性物质在水中的溶解性,形成具有缓释作用的微囊,它已在医药、食品、农药、化肥的缓释上得到了较好的应用[4-6].

　　N-辛基-4-异噻唑啉-3-酮(OIT)作为处理高档皮革的一种低毒、高效、广谱型防霉剂,对霉菌具有很强的杀灭作用,但是它仅溶于有机溶剂而微溶于水,使用过程不方便.通过β-环糊精包合OIT不但可增大它的溶解性,而且可产生缓释作用,延长药物的作用时间.

    1.2.2包合物的制备

    将去离子水按实验设定条件加热至实验温度,再加入4.0gβ-环糊精制成饱和溶液,缓慢滴加实验量OIT到β-环糊精溶液中,搅拌反应至一定时间,趁热取出,放置至室温,在冰箱3~5℃下冷藏24h,抽滤,沉淀物用少量去离子水洗涤,再用无水乙醇淋洗两次,于40℃真空干燥得白色粉末状包合物.

    1.3包封率的测定

    精密称取上述一定质量的β-环糊精包合物,加0.2g硫酸铜,3g硫酸钾及20mL硫酸,在消化炉中消解45min后自然冷却.放冷后,用全自动凯式定氮仪测定包合物中氮的摩尔量即为包合物中含OIT的摩尔量,并按中国药典2000年版微囊、微球与脂质体制剂指导原则计算包封率和收得率:

包封率和收得率

　　1.4实验因素的确定

　　环糊精包接油性客体物质的动力学原因是:在水溶液中,环糊精亲脂腔体中的水分子形成氢键的倾向得不到满足,因而比溶液中的水分子具有更高的热焓,并且亲脂性药物整个分子能通过置换环糊精腔体内的水分子来降低体系能量.环糊精可以在水溶液中选择性地与有机小分子结合,借范德华力、氢键、偶极互相作用而形成具有不同稳定性的包合物,这是一个平衡过程,当形成1∶1的包合物时可以用下式表征这一过程:

　　式中:O为有机客体分子,Ka是结合常数,Kb是解离常数[7].结合包合原理,为了提高反应活性,增大结合常数可使包合过程向正方向进行,因此本实验固定β-环糊精加入量为4.00g,考察OIT与β-环糊精的质量比、反应温度、反应时间对包合物包封率与收得率的影响,以得到最佳条件.

　　1.5热重分析实验

    对得到的包合物采用热重分析(TGA)进行验证.测试条件为:铂坩埚;气氛为氮气;斜坡设定:升温速率10℃/min.

    1.6释放性能测定

    将β-环糊精包合物配成一定浓度的乙醇-水溶液均匀浸涂于实验用原皮上,在自然条件下暴露于空气中,每隔一定时间用乙醇定期萃取同面积的原皮,将滤液处理后用UV-3000紫外分光光度计在Kmax=276nm下测定其吸光度,同时将经计算与包合物中等量的OIT配成同浓度乙醇-水溶液做同上的对比实验,分析包合物的OIT释放和保留性能.

    2结果与讨论

    2.1OIT加入量的影响

    OIT的用量影响到所得产品的包封率和成本,因为β-CD的空腔容纳OIT有一饱和量.OIT加入量的影响如图2所示,包封率曲线显示,当OIT加入量从0.40g增加到0.80g时,随着OIT投入量的增加,包封率基本保持不变,都在70%以上,此后再增加OIT投入量包封率不断减少.这是由于提高OIT的投入量,虽然可以使包合物中OIT的绝对量稍有提高,但同时有大量的药物游离在外.而从收得率曲线可以看出,当OIT投入量为0.8g以下时,收得率很低,说明有很多的β-CD过量未参与反应;当OIT投入量为0.8g,收得率达到最大值时,再增加OIT投入量则收得率降低,说明此时的OIT为过量,故从包封率和收得率曲线可以看出,OIT投入量以0.8g为最佳.

    2.2包合时间的影响

  包合时间的影响

　　β-CD包合OIT的过程实际上就是水分子与OIT分子在范德华力的作用下,相互置换的重排和移去过程,因此会有一个时间的平衡过程.包合时间的影响如图3所示,包封率曲线显示包合时间由0.5h提高到1.5h时,包封率增加很快,但是在1.5h以后,再延长包合时间,包封率提高已不明显.这是因为增加包合时间能为β-环糊精和OIT提供更多的相互碰撞机会,有利于包合物的形成,提高包合率.但当包合物充分形成后,β-CD的空腔已经饱和,再增加包合时间对促进包合物的形成效果甚微,收得率曲线显示包合时间对收得率影响不大,但在1.5h时收得率较高,综合包封率和收得率曲线,选择1.5h包合时间为最佳.

　　2.3包合温度的影响

    通过对包合物形成过程的热力学分析可知,环糊精分子空腔无论是在固相还是在水溶液中并非是空着的,而是结合有水分子,范德华力和疏水键互相作用、氢键和释放能量、电荷转移以及π-π堆积都是包合物形成与稳定的驱动力.伴随包合物的形成会有明显的热量变化,因此温度也是包合过程重要的影响因素.包合温度过低,则β-环糊精在水中溶解度较小,不利于包结络合过程,此时Ka迅速下降,影响包合向产物方向进行.包合温度的影响如图4所示,由包封率曲线可知,温度为40~55℃,包封率随温度的升高而增加,在55℃时包封率最高.当包合温度上升至60℃时,包封率反而降低.这是因为在一定温度范围内,提高包合温度能增加β-环糊精的溶解度,并为OIT的络合提供动能,促进二者的相互碰撞几率,有利于包合物的生成.但当包合达到平衡后,过高的温度又促进了已形成的包合物中OIT分子的热运动,导致包合物的解络.由收得率曲线可以看出,包合温度对收得率影响不大,在55℃时收得率相对较高,故温度以55℃为宜.

包合温度的影响

　　3包合物的检测

    3.1热重分析(TGA)

    对OIT、β-CD、二者物理混合物和β-CD-OIT包合物4种样品进行热重分析,结果如图5所示.由图5可见,物理混合物的图谱基本上是OIT和β-CD的图谱的简单叠加,它与包合物的图谱有明显的区别.热重曲线显示β-CD-OIT包合物(A)的明显失重温度约为252℃;温度升至350℃左右时,总失重率达到60%;β-CD(B)的明显失重温度为278℃,温度升至350℃时,总失重率达75%.TGA曲线说明,经过包合反应后获得的新物质的失重起始温度向低温区迁移了26℃,同时显示经过包合后热稳定性增强,证明了包合物的形成.

包合物的缓释性能

  3.2包合物的缓释性能

    对实验样品和对照样品进行原皮药物释放性能测定,结果如图6所示.

    从图6可以看出,经过β-CD包合,皮革在放置一个月后其中的OIT浓度减少了69.78%,放置两个月后减少了31.46%,而直接浸涂OIT的皮革样品则其在放置20天左右已基本挥发殆尽,故可证明经本实验β-CD包合的OIT具有良好的缓释性能.

　　4结论

　　研究得到β-环糊精包合皮革防霉剂OIT的最佳工艺条件为:OIT加入量为0.8g,包合时间为1.5h,包合温度为55℃.对反应产物的热重分析结果证明β-CD-OIT包合物已经形成,并具有良好的药物缓释性能.

    参考文献

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