应用核磁共振技术研究盐酸非索非那定与β-环糊精包合的相互作用

The Interaction Study of the Inclusion of Fexofenadine with β-Cyclodextrin by NMR

摘要: 目的：研究溶液状态下盐酸非索非那定(FFD)与β-环糊精相互作用过程以及包合物立体构型。方法：应用核磁共振(NMR)技术如1D-NMR和2D-ROESY的方法研究了盐酸非索非那定(FFD)与β-环糊精在水溶液中的包合过程以及包合物的立体结构。结论：根据FFD/β-CD不同比例包合物¹H-NMR中化学位移的变化以及2D-ROESY，可以判定，盐酸非索菲那定与β-环糊精发生了包合，而且当比例为1:1时，主要是单取代苯环进入β-CD空腔内，而且是从β-CD的宽口进入。

Abstract: Objects: To study the interaction between Fexofenadine and β-cyclodextrin and the geometry structure of the complexation in solution. Methods: The interaction study of the inclusion between fexofenadine and β-cyclodextrin in aqueous solution was attempted by ¹H-NMR and 2D-ROESY. Conclusion: The results of ¹H-NMR of chemical shift changes and 2D-ROESY in different proportion complexation suggest that there was interaction between FFD and β-CD, and when the molar ratio of fexofenadine to β-cyclodextrin is one, the p-phenyl ring of fexofenadine is predominantly included within β-cyclodextrin cavity, which penetrates deep from the wider rim.

1. 引言

盐酸非索非那定是组胺H1-受体拮抗药，无抗胆碱和抗肾上腺素受体作用，属于无镇静作用的第2代抗组胺药 [1] ，用于治疗季节性过敏性鼻炎及慢性特发性蕁麻疹，具有很好的临床治疗效果，且无催眠等中枢神经不良反应 [2] 。但其水溶性差，生物利用度低，当其与β-环糊精包合时，溶解度明显增加。本文应用NMR技术研究了溶液状态下其与β-环糊精的包合过程以及包合物的立体结构。

2. 实验部分

2.1. 样品

盐酸非索非那定由本实验室合成，纯度为99.9%；β-环糊精，西亚试剂购置，纯度99.9%。

2.2. 样品制备

保持盐酸非索非那定的浓度1 × 10⁻² M不变，加入β-CD的量分别为1.13 mg、2.27 mg、4.54 mg和11.35 mg，得到不同配比的复合物(1, 2, 4, 10)。

2.3. 实验仪器及条件

1D和2D核磁共振实验均在日本电子ECA-400型超导傅立叶变换核磁共振仪上进行的。该仪器配有产生选择脉冲的Laminal波形发生器和5 mm z-轴梯度脉冲多核探头。以重水做溶剂，HDO在4.63 ppm处的信号做标准。实验温度为25℃。

对于¹H NMR实验，谱宽9.18 kHz，数据点32768，90°脉冲宽度10.88 ms，弛豫延迟1.2 s，扫描次数16。

2D ¹H-¹H COSY谱采用梯度的双量子滤波(DQF-COSY)实验，采用下列脉冲序列：(90˚−t₁−90˚−Δ−90˚−t₂)_n，其中Δ = 10 us。F1轴：2429.5 Hz；数据点512.F2轴：2429.5 Hz；数据点1024。扫描次数16。每个t₁增量累加1次，弛豫延迟1 s。

对于2D-ROE实验，采用旋转坐标系的NOESY实验。其脉冲序列为：(90˚−t₁−SP−t₂)_n

3. 实验结果与讨论

3.1. β-CD对药物¹H-NMR的影响

图2A为游离态盐酸非索非那定(1)的¹H-NMR谱。其中六元环以及脂肪链部分的信号出现在1.3~3.0 ppm。由于在游离态和包合物中信号无明显区别，因此在图1中未标出。根据苯环取代剂效应和DQF-COSY谱得到的信息，对图2A种各信号作了指定，结果标示在图2A中有关信号的上方。

图2B~E为不同包合物中盐酸非索非那定的¹H谱。测定这些谱图的其他条件相同，只是β-CD与药物的摩尔比不同。从图中很明显的看到，当药物与β-CD包合后，其芳环氢信号与游离态(图2A)是有很大区别。为了确定信号的归属，本文采用DQF-COSY方法FFD做了测定，结果如图3所示。DQF-COSY谱包含的信息与普通的COSY谱相同，但它有一个重要的特点即抑制了单峰的强度，对其他弱信号的观测干扰较小，因此，适用于研究以重水为溶剂并且浓度较低的样品质子之间的自旋偶合作用。在图3中对角峰与一维谱中的各信号相对应，交叉峰反映了信号间的自旋耦合相关。沿连接对角峰与交叉峰的连线，可以找出每个自旋系统的信号。药物的芳环¹H信号出现在7.1~7.6 ppm范围。根据图3中出现的偶合相关信号和偶合常数的大小，各峰的归属应如图2A中所示。

Figure 1. The structure of fexofenadine

图1. 盐酸非索非那定的结构

Figure 2. The ¹H-NMR of FFD of different proportion complexation

图2. β-环糊精与盐酸非索非那定不同包合比例的FFD的部分¹H-NMR

图2中当药物与β-CD包合后，其芳环氢信号与游离态是有很大区别，而且包合物中随β-CD的浓度的提高，H-1的化学位移明显低场移动，H-2、H-4高场移动，H-3信号变化不明显，这充分说明药物的芳香环部分进入β-CD的空腔内，被环糊精包合，而且药物在水中的溶解度也明显增加。

3.2. 盐酸非索非那定对β-CD ¹HNMR的影响

图2E为游离态的β-CD ¹HNMR谱。由于在游离态和包合物中β-CD的H₁信号无明显区别，故在图中未标示出。根据β-CD的DQF-COSY谱(图3)以及偶合关系：中心在3.93 ppm的双峰、3.82的三重峰、3.51 ppm的四重峰和3.46 ppm的三重峰可分别指定为H₁、H₃、H₂、H₄。H₅和H₆峰重叠，在DQF-COSY谱中从H₄(3.46 ppm)出发可以找出3.71 ppm处为H₅；考察图4A-E可以发现，包合物中随药物的浓度的提高，β-CD的H_2’和H_4’信号无明显的变化，而H_3’和H_5’信号则呈现明显的高场位移，H₃在图4B中分别与H_6’相重合，H_5’则位移到H_2’和H_4’之间。芳环属于磁各向异性很强的基团，进入β-CD的空腔内会引起H_3’和H_5’信号向高场位移。因此，这个事实与盐酸非索非那定的芳环部分进入β-CD空腔内的推断相一致。

Figure 3. The COSY of FFD

图3. FFD的COSY谱

Figure 4. The ¹H-NMR of β-CD in different proportion complexation

图4. 不同比例包合物中β-CD的¹H-NMR谱

Figure 5. The NOESY of complexation (1:1)

图5. 包合物(1:1)的NOESY谱

3.3. 包合物的立体结构

若深入的研究包合物的立体结构，需要借助2D-ROESY谱。β-CD分子呈圆筒形状，内腔直径约为7Å，并且H_3’和H_5’在空间上接近，因此，若芳环部分被包藏在β-CD的空腔内，则芳环氢与β-CD的H_3’和H_5’在空间上接近，有可能出现NOE。由图5可以发现，FFD：β-CD为1时，H-1、H-2、与H-3’和H-5’有交叉峰，而且，H-2和H-4’也存在交叉峰，由此可知：主要是单取代苯环进入β-CD空腔内，而且是从β-CD的宽口进入。

4. 结论

本文应用1D-NMR和2D-NOESY的方法研究了盐酸非索非那定与不同比例的β-环糊精形成包合物的过程以及立体结构，当摩尔比例为1:1时主要是FFD的单取代苯环部分从宽口进入β-环糊精的空腔内。