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刘飞飞论文
单位代码10642密级公开学号200504034005
学士学位论文
紫外分光光度法测定氧氟沙星的解离常数
论文作者:
刘飞飞
指导教师:
胡承波
学科专业:
化学
研究方向:
药物化学
提交论文日期:
2009年月日
论文答辩日期:
2009年4月22日
学位授予单位:
重庆文理学院
中国重庆
2009年5月
目录
摘要............................................................................................................................................................Ⅰ
Abstract.....................................................................................................................................................Ⅱ
1.前言......................................................................................................................................................1
1.1氧氟沙星解离常数测定的意义.....................................................................................................1
1.2解离常数测定方法比较................................................................................................................1
1.2.1电位滴定法.............................................................................................................................1
1.2.2电导法.....................................................................................................................................2
1.2.3荧光法…………….................................................................................................................2
1.2.4毛细管电泳法.........................................................................................................................2
1.2.5化学力滴定技术.....................................................................................................................3
1.2.6紫外分光光度法.....................................................................................................................3
1.3研究内容…………………….........................................................................................................3
2.实验部分..................................................................................................................................................4
2.1实验原理…………………............................................................................................................4
2.2实验仪器及试剂............................................................................................................................4
2.2.1实验仪器.................................................................................................................................4
2.2.2实验试剂...............................................................................................................................5
2.3实验方法……………….................................................................................................................5
2.3.1溶液的配制.............................................................................................................................5
2.3.2氧氟沙星最大吸收波长的确定……………………………………………………………6
2.3.3不同PH值下最大吸收波长处吸光度的测定………………………………………………6
2.3.4氧氟沙星pKa的计算...............................................................................................................6
3.实验结果及讨论..........................................................................................................................................6
3.1氧氟沙星的紫外吸收光谱............................................................................................................6
3.2不同pH值的氧氟沙星溶液在265nm~400nm的紫外吸收光谱..................................................7
3.3氧氟沙星pKa的计算........................................................................................................................8
4.实验总结......................................................................................................................................................9
参考文献........................................................................................................................................................12
致谢............................................................................................................................................................14
紫外分光光度法测定氧氟沙星的解离常数
化学专业
(1)班刘飞飞指导老师胡承波
摘要:
本文用紫外分光光度法测定了氧氟沙星的吸光度,然后通过作图法计算出氧氟沙星的解离常数。
从紫外光谱表明,氧氟沙星在293.5nm处有最大紫外吸收。
结果表明当PH值分别<2.52和>6.88时,氧氟沙星完全质子化和完全去质子化,2.52 该法简单快速,方便易行。 关键词: 氧氟沙星;紫外分光光度法;解离常数 TheMeasurementoftheOfloxacinDissociationConstant byUVSpectrum ChemicalprofessionalCandidate: DuoTianhuiAdvisorteacher: HuChengbo Abstract: Inthethesis,theOfloxacindissociationconstant(pKa)wasmeasuredbyUVspectrummethod.IntheUVspectrum,therewasmaxabsorptionvalueat293.5nm.TheresultsshowedthatOfloxacinwasprotonatedwhollyanddeprotonatedwhollywhenpHvaluewaslessthan2.52andlargerthan6.88,respectively.However,pHvaluesbetween2.52and6.88,theprotonatedwhollyanddeprotonatedwhollyOfloxacinwascoexistinbuffersolution.WehavegotthepKawas5.42byplottingandthemethodwassimple,quiklyandeasytooperate. Keywords: ofloxacin;UVspectrum;dissociationconstant 1.前言 喹诺酮类抗菌药物是一大类具有1,4-二氢-4-氧代喹啉-3-羧酸结构的合成化合物,对革兰氏阴性(G-)菌和革兰氏阳性(G+)菌,包括绿脓杆菌、厌氧菌和对抗生素耐药的耐药菌、淋球菌等病原微生物均有作用,而作用的强弱取决于其化学结构。 氧氟沙星(9-氟-2,3-二氢-3-甲基-10-(4-甲基-1-哌嗪基)-7-氧代-7H-吡啶并[1,2,3-Δ]-[1,4]苯并噁嗪-6-羧酸)属第三代喹诺酮类广谱抗生素,临床主要用于敏感菌所致的呼吸道、咽喉、扁桃体、泌尿道、皮肤软组织、胆囊及胆管、中耳炎、鼻窦、泪囊、肠道等部位的急、慢性感染[1]。 尤其对革兰氏阳性菌及阴性菌有高度的抗菌活性[2],具有抗菌谱广、抗菌作用强、毒副作用小等特点[3]。 可与异烟研、利福平并用治疗结核病。 其结构式如下[4]: 图1氧氟沙星的结构 Fig1Thestructureofofloxacin 氧氟沙星分子结构中具有疏水性的N-甲基哌嗪环及亲水性的恶嗪环,哌嗪基使整个分子的碱性增加,而恶嗪环上有羰基和羧基,因此氧氟沙星在小范围的pH值内表现出两性,从而理论上有两个不同的pKa值(如图1所示分子结构中两个不同的pKa中心),并且氧氟沙星在紫外区有紫外吸收,因此可以通过紫外分光光度法先测出一系列不同pH值氧氟沙星溶液的吸光度,然后再计算出氧氟沙星的两个pKa值(如图2所示氧氟沙星两个不同的解离过程)。 图2氧氟沙星的解离过程 1.1氧氟沙星解离常数测定的意义 解离常数(pKa)是影响药物体内吸收和分布的一个因素,它关系到药物溶解度与pH值之间的重要理化常数,对药物的提取分离、处方和制备工艺筛选,研究药物的溶解性、构效关系、合成、制剂分析以及研究药物的体内代谢过程等具有重要的指导意义[4]-[5],同时可为分子水平上研究药物的吸收及与受体结合提供重要信息[6]。 此外,外消旋体的手性拆分需要选择合适的手性流动相的PH值,PH值的选择与该消旋体的解离常数也密切相关。 氧氟沙星是弱酸,在溶液中存在弱电离。 因此研究氧氟沙星的解离常数对于进一步研究其药理和提高药效以及手性分离都具有重要的指导意义。 1.2解离常数测定方法的研究现状 目前,用于测定解离常数的方法较多,各国学者从不同方面对不同化合物的解离常数进行了研究,常见的有电位滴定法、电导率法、荧光法、各种常规电泳法、化学力滴定技术及等紫外分光光度法等。 1.2.1电位滴定法: 电位滴定法简便快捷,对于没有合适指示剂滴定以及深色或混浊溶液等难于用指示剂判断终点的滴定特别有利,对于滴定突跃小难于用指示剂指示终点的滴定,如采用新操作技术可以得到满意的结果。 比如朱志良[4]等人采用pH电位滴定法,利用先进的BEST程序,针对聚羧酸在水溶液中解离及平衡常数测定的复杂性,构建了聚天冬氨酸(PASP)在水溶液中解离的H4L和H2L两种模型,分别测得了相应的各级酸解离常数,并得到了PASP在不同pH条件下的物种分布曲线,方法简单易行。 但是此法一般采用人工滴定法,根据指示剂的颜色变化指示终点,然后目测标准溶液消耗体积,计算结果,这样不仅要求操作仔细而且误差较大[6]。 而且当有机弱酸弱碱的水溶性较差时,不能测得准确的pKa[7],且要求样品纯度高[8]。 1.2.2电导率法: 电导率法适用于稀溶液,对温度影响比较敏感。 对于pKa较小的酸(如醋酸),当溶液极稀时,仍能够得到较准确的结果。 但是由于采用不断稀释溶液的方法测定一系列的电导率,所以每次得到的电导率在计算时可能要引入活度的修正,对实验数据的计算分析和图形表达比较繁琐、耗时[6],且结果的统计性和准确性不高[6]。 况且,此法使用半中和点求算pKb,由于半中和点法要求药物在水中有足够的溶解度,同时滴定时有明显突跃点,因此,此法不适于一元弱碱或弱解离性的药物,更不适用于难溶于水药物pKb的测定。 1.2.3荧光法: 用荧光法测定配合物解离常数,实验原理简单,但此法要求严格,计算繁琐,不适用于一般弱酸弱碱有机化合物的解离常数的测定。 有关荧光法测定物质解离常数的研究有李俊等通过荧光法测定了核黄蛋白-核黄素的解离常数[17],得到实际测得配合物的解离度α为0.049,Kd值为1.20×10-9mol/L,与文献值的1.30×10-9mol/L非常接近的结果。 1.2.4毛细管电泳法: 用该法测定离解常数既不需要知道样品溶液的浓度也不要求样品具有很高的纯度。 此外,毛细管区带电泳法灵敏度高、用样量少,对于某些因溶解度较差或纯度不高而无法用其他方法测定的样品具有无可比拟的优点,因而被认为是测定离解常数方便而有效的方法[15]。 但毛细管电泳法研究不多,对温度、pH环境要求较高,精确度偏低,操作复杂且样品溶液的粘度显著影响测定结果[21]。 相关报道有陈晓峰等通过毛细管电泳法同时测定了酚类系列化合物的表观离解常数[21],通过实验发现实验结果误差较大,发现此种方法可以应用于系列化合物PKa数值的测定,同时这种方法也有一定的局限性,对个别化合物的测定结果相对于系列化合物更加准确,样品溶液的粘度显著影响测定结果,因此,要对混合样品溶液的粘度应进行适当调节和控制,以便获得更加准确的测定结果。 1.2.5化学力滴定技术: “化学力滴定”技术是建立在CFM(化学显微镜)基础上的一种测定表面官能团(如-COOH,-NH2,-SO3H等)离解常数pK值的一种新方法。 此方法适用较少且所用的仪器昂贵,所以一般不用此法。 此法的应用及报道较少有张华等通过化学力滴定技术测定了自组装膜表面解离常数[25],此法利用CFM探针和样品之间的“粘附力”对缓冲溶液pH值的改变非常敏感这一特性,系统地改变溶液的pH值,测定所对应的“粘附力”的大小,可以得到一条表示“粘附力”和溶液pH值之间函数关系的曲线,称为“力滴定曲线”。 结合理论分析,给出自组装膜表面官能团的解离常数。 得到化学力滴定技术具有高度的空间局域性,并测定了自组装膜表面的局域解离性质。 1.2.6紫外分光光度法: 紫外分光光度法简单,快速,操作方便,重现性好,数据处理不繁琐,结果满意,具有实用价值,适合于对一元弱酸(碱)性药物电离常数的测定[7]。 在国内外有不少用紫外分光光度法测定物质解离常数的文献和报道,如刘西京等[3]采用紫外分光光度法,在一系列不同pH值的缓冲液中测定吸收度,以吸收度-氢离子浓度进行非线形回归计算pKa*并校正。 实验测得葛根素的pKa1和pKa2值分别是(7.439±0.033)和(10.024±0.058),pKa值随着离子强度的增加而降低。 该方法结果准确、可靠、方便。 胡湘南等[4]用紫外分光光度法测定西地那非的电离平衡常数,结果测得西地那非的pKa值为9.35±0.02,方法简便、易行。 赵秀丽等[7]通过紫外分光光度法测定了丁香酚的电离常数pKa为10·21±0·2,RSD为0·2%。 并得到该方法简便、快速,重现性好,适用于难溶性一元弱酸(碱)性药物电离常数的测定的结论。 此外还有基于紫外分光光度法上的另一种方法等摩尔浓度分光光度法,此法无需知道供试液中药物的准确浓度,仅要求各份供试液的浓度相等,即可称为等摩尔浓度分光光度法。 此方法在多个波长下测定,可减小测定误差,提高准确度。 但此法测定波长的选择,一般应选择分子型、离子型药物紫外吸收系数差异大,吸收曲线比较平坦的波长作为测定波长,并避开等吸收点[28]。 所以不适合有些物质解离常数的测定。 此法的报道有王长虹等通过等摩尔浓度分光光度法测定盐酸骆驼蓬碱解离常数[28],通过实验测得盐酸骆驼蓬碱的解离常数为7.67±0.10,RSD1.30%。 杨世昕[29]采用等摩尔分光光度法测定了2-甲基-5(4)-硝基咪唑(2-methyl-5(4)-nitroimindazole)的酸碱两性解离常数,结果测得该品的pKb=12.98±0.02,pKa=9.64±0.04。 方法结果可靠,方法简便。 此方法在多个波长下测定,可减小测定误差,提高准确度。 但此法测定波长的选择,一般应选择分子型、离子型药物紫外吸收系数差异大,吸收曲线比较平坦的波长作为测定波长,并避开等吸收点[34]。 所以不适合有些物质解离常数的测定。 通过对不同物质解离常数研究方法的综述,可见紫外分光光度法由于操作简单,快速,精密度高、重现性好、数据处理方便,特别对于一元弱酸(碱)性药物电离常数的测定。 氧氟沙星为一元弱酸性化合物,因此本文采用分光光度法测定氧氟沙星的解离常数。 1.3研究内容 本实验应用紫外分光光度法测定氧氟沙星的解离常数,主要研究以下内容: 氧氟沙星最大吸收波长的确定。 高酸度和低酸度吸光度的测定。 高酸度和低酸度之间一系列吸光度的测定。 解离常数的计算。 2.实验部分 2.1实验原理 有机弱酸弱碱性药物在介质中可发生电离,以有机弱酸HB为例,它在溶剂SH中的离解可表示为: HB+SH=SH+2+B-Ka=αB-·αSH+2/αHBαB-和αSH+2分别表示平衡时HB的共轭碱B-和溶剂化的质子SH+2的活度,在稀溶液中可近似地用浓度代替活度: Kα=([SH+2]·[B-]/[HB]) (1) 式 (1)中解离常数Ka常用其负对数值pKa表示: pKα=pH+log[HB]/[B-] (2) 式 (2)中HB为共轭酸,B-为共轭碱。 由上 (2)式可知,在一定的PH值下,只要知道[HB]与[B-]的比值,就可计算PKa。 根据吸光度加和性原理 A=εHB[HB]+εB-[B-] 即A=εHB[SH+2]c/Ka+[H+]+εB-Kac/Ka+[H+] 其中c为弱酸的分析浓度,c=[HB]+[B-] 在高酸度下,可近似认为溶液中弱酸只以HB一种型体存在,在选定的波长范围内测定其吸光度,则有: AHB=εHB[HB]≈εHBc 同理,在低酸度下,可认为该酸主要以B-结构存在,在选定的波长范围内测定其吸光度,则有: AB-=εB-[B-]≈εB-c 综合以上各式,得 pKα=pH+log[(A-AB-)/(AHB-A)](3)A______________________________________________________________________________________________________________________________ 再以log[(A-AB-)/(AHB-A)]为横坐标,以pH值为纵坐标,作xy散点图,得到一条x与y的一元一次直线方程,在(A-AB-)=(AHB-A),即log[(A-AB-)/(AHB-A)]=0处的pH值即为pKα值。 如果HB与B-均有紫外吸收,而且它们的紫外吸收光谱又有明显的差异,我们就可以用分光光度法测定pKa值。 我们通常配制①、②、③三种pH值不同的HB溶液,使溶液①中药物以HB的型体存在;溶液②中的药物部分为HB,部分为B-;溶液③中的药物以B-的型体存在。 在一定波长处分别测定溶液 、②、③的吸光度,根据测定酸碱解离常数的原理,可按上式计算药物的pKa值,式中A为溶液②的吸光度,AHB为溶液①的吸光度,AB-为溶液③的吸光度。 再用公式 pKa’=pKa-lgf=pKa-(0.509Z2I0.5/1+I0.5)(4) 校正。 式中f为活度系数,为Z离子价数,为I离子强度,pKa’即为所测得的氧氟沙星解离常数。 2.2实验仪器及试剂 2.2.1实验仪器 UV-2550型紫外分光光度计: 日本岛津公司 PHS-P1型酸度计: 上海电光器件厂 石英比色皿(厚度1cm): 金坛市正基仪器有限公司 容量瓶(50mL;100mL;
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