CN121248816A - 一种甘油磷酸胆碱-羧甲基-β-环糊精及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明属于医药技术领域，公开了一种甘油磷酸胆碱‑羧甲基‑β‑环糊精及其制备方法和应用，该甘油磷酸胆碱‑羧甲基‑β‑环糊精的分子结构式如下所示：本发明的甘油磷酸胆碱‑羧甲基‑β‑环糊精是将甘油磷酸胆碱通入氮气后密封，在137～142℃熔化，得到熔融的甘油磷酸胆碱，再加入羧甲基‑β‑环糊精和催化剂，在100～120℃油浴搅拌反应，反应后加入蒸馏水溶解，用有机溶剂析出产物，经洗涤和过滤，真空干燥制得。该甘油磷酸胆碱‑羧甲基‑β‑环糊精具有环糊精空腔结构和良好的溶解性，可以提高难溶药物生物利用度，并含有磷酸胆碱链段，具有良好的生物相容性，在药物控制释放或药物增溶领域有良好的应用潜力。

Description

一种甘油磷酸胆碱-羧甲基-β-环糊精及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于医药技术领域，更具体地，涉及一种甘油磷酸胆碱-羧甲基-β-环糊精及其制备方法和应用。

背景技术

β-环糊精(简称β-CD)是直链淀粉在由芽孢杆菌产生的环糊精葡萄糖基转移酶作用下生成的环状低聚糖，其特征在于含有疏水空腔，能够主客体作用包合疏水分子，进而可以改善具有低溶解度、低稳定性的活性疏水分子，以及可以达到缓释释放功能。但β-环糊精溶解度比较差，在室温下溶解度只有1.83％，通过接枝亲水基团改善其水溶性，进而提高药物生物利用率，如甲基-β-环糊精、羟丙基-β-环糊精和磺基丁基醚-β-环糊精。然而，提高β-环糊精的水溶性不足以满足化妆品应用需求，化妆品的材料还需要对细胞有亲和性。在提高环糊精水溶性的同时，还需要赋予生物功能，如促进细胞渗透，以增加细胞摄取。利用环糊精衍生物与某些功能分子的结合进而赋予环糊精衍生物新的性质。

带有磷脂基的单体作为新型的生物材料，在生物材料领域受到人们极大的青睐。研究者们认为，在各种材料表面引入了磷脂基团，不仅可以提高材料的亲水性，还可以促进细胞粘附。基于这种特殊的相互作用，许多研究将甘油磷酸胆碱接枝在各种材料中用于药物输送系统，可增强给药系统的细胞膜粘附，促进细胞内化，提高药物释放效果。

许多专利对环糊精进行改性以提高其亲水性，进而增加药物的生物利用率。例如：中国专利CN112111024A“一种绿色的酸改性环糊精及其制备方法”公开了一种绿色的酸改性环糊精材料，通过环糊精与琥铂酸在催化剂条件下通过酯化反应改性，改性的环糊精对客体分子的转载能力提升和提高其亲水性。中国专利CN109666087“一种环糊精类衍生物及其制备方法与应用”公开了一种环糊精衍生物，该衍生物有生物素、氨基酸和环糊精构成，具有良好的生物相容性，可用于药物传递、医药卫生等领域。中国专利CN113476666A公开一种利用氨基和透明质酸修饰环糊精，用于可注射型长效缓释褪黑素的关节软骨修复材料，该修复材料具有良好的生物相容性、可观的载药量、包封率和良好的药物释放能力。中国专利CN11211024A《一种绿色的酸改性环糊精及其制备方法》通过酯化反应改性，改性后的环糊精对客体分子的转载能力提升和提高其亲水性，对姜黄素有增溶效果。许多文献也对环糊精的改性进行研究，为了提高其亲水性和亲肤性，进而增加药物的生物利用率。例如，论文《Cell-Membrane-Targeted Drug Delivery System Based on Choline-Phosphate-Functionalizedβ-Cyclodextrin》利用环糊精-N3，磷酸胆碱通过Cu(I)催化叠氮-烯烃环加成(CuAAC)click反应在β-CD上接枝磷酸胆碱，改性后的β-CD水溶性是未改性的440倍，具有良好的生物相容性。论文《New zwitterionic HP-β-CD-PEI-MPC polymer used as atransdermal penetration enhancer》将两性离子型羟丙基-β-环糊精-聚乙烯亚胺和磷酸胆碱通过环氧开环和Michael加成反应在HP-β-CD-PEI1800接枝磷酸胆碱，改性后的β-CD可改变角质层角蛋白的二级结构，从而促进亲水性药物的透皮吸收。

环糊精分子中含有大量的活泼羟基，可与多种化合物进行反应，形成稳定的化学接枝，但目前利用具有生物相容性的材料改性环糊精的研究较少。通过生物相容性材料改性可以进一步增强环糊精的实用性，改性后的环糊精可以增强药物的生物利用度及其生物相容性。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的不足和缺点，本发明目的在于提供一种甘油磷酸胆碱-羧甲基-β-环糊精。该甘油磷酸胆碱-羧甲基-β-环糊精具有良好的是生物相容性和水溶性。

本发明的另一目的在于提供上述甘油磷酸胆碱-羧甲基-β-环糊精的制备方法，该方法是先将氯乙酸修饰环糊精得到羧甲基-β-环糊精，再通过酯化将甘油磷酸胆碱接枝在羧甲基-β-环糊精上，得到甘油磷酸胆碱-羧甲基-β-环糊精，通过氯乙酸和甘油磷酸胆碱对环糊精类物质进行改性得到。

本发明的再一目的在于提供上述甘油磷酸胆碱-羧甲基-β-环糊精的应用。

本发明的目的通过下述技术方案来实现：

一种甘油磷酸胆碱-羧甲基-β-环糊精的分子结构式如下所示：

所述的甘油磷酸胆碱-羧甲基-β-环糊精的制备方法，是将甘油磷酸胆碱通入氮气后密封，在137～142℃熔化，得到熔融的甘油磷酸胆碱，再加入羧甲基-β-环糊精和催化剂，在100～120℃油浴搅拌反应，反应完成后加入蒸馏水溶解，再用有机溶剂析出产物，经洗涤和过滤，真空干燥制得。

优选地，所述的羧甲基-β-环糊精和熔融的甘油磷酸胆碱的摩尔比为1:(4～8)；所述催化剂为浓硫酸、磷酸或苯磺酸，所述羧甲基-β-环糊精和熔融的甘油磷酸胆碱的质量比为(0.75～1.5):1；所述熔融的甘油磷酸胆碱和催化剂的质量比为(20～40):1；所述有机溶剂为甲醇或/和乙醇。

优选地，所述油浴搅拌反应的时间为4～6h；所述搅拌反应的转速为400～600r/min；所述真空干燥的温度为40～50℃。

进一步地，所述羧甲基-β-环糊精是将β-环糊精溶于氢氧化钠溶液的环糊精溶液在30～40℃碱化，得到碱化的环糊精溶液，在其中滴加氯乙酸水溶液，在50～60℃搅拌反应，反应完成后用盐酸溶液滴定至中性，再加入甲醇析出产物，经洗涤和过滤，真空干燥制得。

优选地，所述氯乙酸水溶液的浓度10.6～14.8mol/L；所述氢氧化钠溶液的浓度为25～40wt％；所述环糊精溶液中β-环糊精和碱性溶液的质量比为1:(1.5～2)，所述环糊精溶液中β-环糊精和氯乙酸水溶液中的氯乙酸的质量比为1:(0.5～0.7)。

优选地，所述搅拌反应的时间为4～6h，所述滴加氯乙酸水溶液的速率为0.5～1mL/min；所述真空干燥的温度为40～50℃，所述盐酸溶液的浓度为4～8mol/L，所述碱化的时间为20～30min。

所述的甘油磷酸胆碱-羧甲基-β-环糊精在药物控制释放或药物增溶中的应用。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1.本发明的甘油磷酸胆碱-羧甲基-β-环糊精是一种双重功能化环糊精衍生物，其结构结合了甘油磷酸胆碱的亲水头部和羧甲基-β-环糊精的疏水空腔。由于环糊精具有空腔结构，作为一个外壳可以与药物分子、天然活性成分、化妆品添加剂等成分的疏水活性分子结合，提高疏水活性分子的稳定性和水溶性。此外，由于β-环糊精水溶性较低，通过甘油磷酸胆碱对其进行修饰，提高了β-环糊精的水溶性，甘油磷酸胆碱中的磷酸胆碱基团作为细胞膜外表面的组分之一，可以促进与细胞的粘附，疏水性活性分子更加容易进入细胞中，使磷酸胆碱基团与细胞膜磷脂有相容性。

2.本发明以环糊精类物质为母体，用氯乙酸和甘油磷酸胆碱对其进行修饰，得到甘油磷酸胆碱-羧甲基-β-环糊精，具有良好的生物相容性和水溶性，在化妆品和医药卫生等领域具有潜在的应用价值。

附图说明

图1为本发明合成甘油磷酸胆碱-羧甲基-β-环糊精的示意图；

图2为实施例1中β-环糊精、羧甲基-β-环糊精、甘油磷酸胆碱-羧甲基-β-环糊精的红外图谱；

图3为实施例1中甘油磷酸胆碱-羧甲基-β-环糊精的核磁图谱；

图4为实施例2中羧甲基-β-环糊精、甘油磷酸胆碱-羧甲基-β-环糊精的表现粘度随浓度的变化曲线。

图5为实施例3中β-环糊精、羧甲基-β-环糊精和甘油磷酸胆碱-羧甲基-β-环糊精的溶解度。

图6为实施例3中β-环糊精、羧甲基-β-环糊精和甘油磷酸胆碱-羧甲基-β-环糊精在室温下的吸水效果。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。

实施例1

1.将10g环糊精溶解于15.28mL浓度25wt％的氢氧化钠溶液中的环糊精溶液，在40℃碱化30min，得到碱化的环糊精溶液；

2.将氯乙酸溶液(6.66g氯乙酸溶于5mL蒸馏水)逐渐滴加到碱化的环糊精溶液中滴定23min，在57℃搅拌反应4h，用4mol/L盐酸溶液滴定至中性，加入甲醇析出白色含有杂质的羧甲基-β-环糊精的固体，冷藏过夜14h，除去溶液得到白色固体，再将白色固体溶解于蒸馏水中，加入甲醇快速搅拌析出白色固体，冷藏14h，重复3次，除去氯化钠(碱化的环糊精溶液中的氢氧化钠与盐酸反应的产物)和碱化后未反应的氯乙酸，最后在50℃真空干燥，得到羧甲基-β-环糊精。

3.在氮气保护下，将5g在50℃真空过夜的甘油磷酸胆碱在140℃加热40min至其全部熔化，得到熔融的甘油磷酸胆碱。

4.将熔融的甘油磷酸胆碱加入2g羧甲基-β-环糊精和80ul催化剂(体积浓度70vol％浓硫酸)，在氮气气氛下，107℃油浴搅拌(400rpm)反应4h，反应结束后，加入蒸馏水溶解，再加入有机溶剂甲醇速搅拌析出产物，在-5℃冷藏14h，除去溶液得到固体，将固体溶解于蒸馏水中，加入有机溶剂甲醇快速搅拌析出固体，-5℃冷藏14h，重复3次，除去Cl^-、和未反应的甘油磷酸胆碱，最后在50℃真空干燥，得到甘油磷酸胆碱-羧甲基-β-环糊精，如图1所示。

图2为实施例1中β-环糊精、实施例1羧甲基-β-环糊精、甘油磷酸胆碱-羧甲基-β-环糊精的红外图谱。从图2可知，羧甲基-β-环糊精在1604cm^-1处出现醚键C-O的红外吸收峰；甘油磷酸胆碱-羧甲基-β-环糊精在1735.20cm^-1处出现酯基C＝O伸缩振动，1477.03cm^-1处出现N-CH₃伸缩振动，1230.96cm^-1处出现P＝O伸缩振动。图3为实施例1中甘油磷酸胆碱-羧甲基-β-环糊精的核磁图谱。从图3可知，δ_H＝3.10-3.36ppm峰值对应-N(CH₃)，δ_H＝4.90-5.06峰值对应β-1，4-糖苷键之间的C-O-C键，说明成功制备了甘油磷酸胆碱-羧甲基-β-环糊精。

实施例2

1.将10g环糊精溶解于14.75mL浓度25wt％的氢氧化钠溶液中的环糊精溶液，在40℃碱化30min，得到碱化的环糊精溶液；

2.将氯乙酸溶液(6.66g氯乙酸溶于5ml蒸馏水)逐渐滴加到碱化的环糊精溶液25min完成，在55℃搅拌反应4h，完成后用6mol/L盐酸溶液滴定至中性，加入甲醇析出白色固体，冷藏过夜14h，除去溶液得到白色固体，再将白色固体溶解于蒸馏水中，加入甲醇快速搅拌析出白色固体，冷藏14h，重复3次，除去氯化钠和碱化后未反应的氯乙酸；最后在50℃真空干燥，得到羧甲基-β-环糊精。

3.在氮气保护下，将5g在50℃真空过夜的甘油磷酸胆碱在140℃加热40min至其全部熔化，得到熔融的甘油磷酸胆碱。

4.将熔融的甘油磷酸胆碱加入1.5g羧甲基-β-环糊精和150ul催化剂(70vol％浓硫酸)，在氮气气氛下，在125℃油浴搅拌(400rpm)反应4h，反应结束后趁热加入蒸馏水溶解，再加入乙醇快速搅拌析出产物，-5℃冷藏14h，除去溶液得到固体，再将固体溶解于蒸馏水中，加入有机溶剂快速搅拌析出固体，-5℃14h，重复3次，除去Cl^-、和未反应的甘油磷酸胆碱；最后在40℃真空干燥，得到甘油磷酸胆碱-羧甲基-β-环糊精。

图4为实施例2中羧甲基-β-环糊精和甘油磷酸胆碱-羧甲基-β-环糊精的表观粘度随浓度的变化曲线，从图4可知，在相同浓度下，甘油磷酸胆碱-羧甲基-β-环糊精的表观粘度比羧甲基-β-环糊精大，说明经过甘油磷酸胆碱改性后的环糊精的表观粘度增大。

实施例3

1.将10g环糊精溶解于12.58mL浓度40wt％的氢氧化钠溶液中的环糊精溶液，在40℃碱化30min，得到碱化的环糊精溶液；

2.将氯乙酸溶液(6.66g氯乙酸溶于5mL蒸馏水)逐渐滴加到碱化的环糊精溶液滴定25min，在55℃搅拌反应4h，反应完成后用8mol/L盐酸滴定至中性，加入甲醇析出白色胶体，冷藏过夜14h，过滤，再用甲醇洗涤三次，在60℃真空干燥，得到羧甲基-β-环糊精。

3.在氮气保护下，将5g在50℃真空过夜的甘油磷酸胆碱在140℃下加热40min至其全部熔化，得到熔融的甘油磷酸胆碱；

4.将熔融的甘油磷酸胆碱加入2g羧甲基-β-环糊精和80ul催化剂(70％浓硫酸)，在氮气气氛下，在107℃油浴搅拌(400rpm)反应4h，反应结束后趁热加入蒸馏水溶解，再加入乙醇快速搅拌析出产物，冰箱冷藏16h，除去溶液得到固体，再将固体溶解于蒸馏水中，加入乙醇快速搅拌析出固体，冷藏16h，重复3次，除去Cl^-、和未反应的甘油磷酸胆碱，最后在50℃真空干燥，得到甘油磷酸胆碱-羧甲基-β-环糊精。

图5为实施例3中β-环糊精、羧甲基-β-环糊精、甘油磷酸胆碱-羧甲基-β-环糊精的溶解度。从图5可知，环糊精经过羧甲基化改性羧甲基-β-环糊精的溶解度比β-环糊精提高131倍，再经过甘油磷酸胆碱接枝的甘油磷酸胆碱-羧甲基-β-环糊精的溶解度提高到149倍。可以明显看出，环糊精经过甘油磷酸胆碱的接枝的甘油磷酸胆碱-羧甲基-β-环糊精的溶解度显著提高。图6为实施例3中β-环糊精、羧甲基-β-环糊精和甘油磷酸胆碱-羧甲基-β-环糊精在室温下的吸水效果。由图6可知，羧甲基-β-环糊精和甘油磷酸胆碱-羧甲基-β-环糊精在室温下放置12h后，吸收空气中水蒸气呈液体状，而环糊精在室温下放置12h后呈粉末状，说明环糊精经过甘油磷酸胆碱的改性后明显提升了吸水能力。

实施例4

1.将10g环糊精溶解于12.10mL浓度25wt％的氢氧化钠溶液中的环糊精溶液，在40℃碱化30min，得到碱化的环糊精溶液；

2.将氯乙酸溶液(6.66g氯乙酸溶于5mL蒸馏水)滴加到碱化的环糊精溶液中滴定25min，在52℃搅拌反应4h，反应完成后，用8mol/L盐酸溶液滴定至中性，加入甲醇析出白色固体，冷藏过夜14h，除去溶液得到白色固体，再将白色固体溶解于蒸馏水中，加入甲醇快速搅拌析出白色固体，冷藏14h，重复3次，除去氯化钠和碱化后未反应的氯乙酸，最后在50℃真空干燥，得到羧甲基-β-环糊精。

3.在氮气保护下，将5g在50℃真空过夜的甘油磷酸胆碱在140℃下加热40min至其全部熔化，得到熔融的甘油磷酸胆碱。

4.将熔融的甘油磷酸胆碱加入4g羧甲基-β-环糊精和100ul催化剂(80vol％浓硫酸)，在氮气气氛下，在107℃油浴搅拌(600rpm)反应4h，反应结束后加入蒸馏水溶解，再加入乙醇快速搅拌析出产物，-5℃冷藏14h，除去溶液得到固体，再将固体溶解于蒸馏水中，加入乙醇快速搅拌析出固体，-5℃冷藏14h，重复3次，除去Cl^-、和未反应的甘油磷酸胆碱，最后在50℃真空干燥，得到甘油磷酸胆碱-羧甲基-β-环糊精。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合和简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种甘油磷酸胆碱-羧甲基-β-环糊精，其特征在于，所述甘油磷酸胆碱-羧甲基-β-环糊精的分子结构式如下所示：

2.根据权利要求1所述的甘油磷酸胆碱-羧甲基-β-环糊精的制备方法，其特征在于，所述甘油磷酸胆碱-羧甲基-β-环糊精是将甘油磷酸胆碱通入氮气后密封，在137～142℃熔化，得到熔融的甘油磷酸胆碱，再加入羧甲基-β-环糊精和催化剂，在100～120℃油浴搅拌反应，反应后加入蒸馏水溶解，再用有机溶剂析出产物，经洗涤和过滤，真空干燥制得。

3.根据权利要求2所述的甘油磷酸胆碱-羧甲基-β-环糊精制备方法，其特征在于，所述的羧甲基-β-环糊精和熔融的甘油磷酸胆碱的摩尔比为1:(4～8)；所述催化剂为浓硫酸、磷酸或苯磺酸，所述羧甲基-β-环糊精和熔融的甘油磷酸胆碱的质量比为(0.75～1.5):1；所述熔融的甘油磷酸胆碱和催化剂的质量比为(20～40):1；所述有机溶剂为甲醇或/和乙醇。

4.根据权利要求2所述的甘油磷酸胆碱-羧甲基-β-环糊精制备方法，其特征在于，所述油浴搅拌反应的时间为4～6h；所述搅拌反应的转速为400～600r/min；所述真空干燥的温度为40～50℃。

5.根据权利要求2所述的甘油磷酸胆碱-羧甲基-β-环糊精的制备方法，其特征在于，所述羧甲基-β-环糊精是将β-环糊精溶于氢氧化钠溶液的环糊精溶液在30～40℃碱化，得到碱化的环糊精溶液，在其中滴加氯乙酸水溶液，在50～60℃搅拌反应，反应完成后用盐酸溶液滴定至中性，再加入甲醇析出产物，经洗涤和过滤，真空干燥制得。

6.根据权利要求5所述的甘油磷酸胆碱-羧甲基-β-环糊精的制备方法，其特征在于，所述氯乙酸水溶液的浓度10.6～14.8mol/L；所述氢氧化钠溶液的浓度为25～40wt％；所述环糊精溶液中β-环糊精和碱性溶液的质量比为1:(1.5～2)，所述环糊精溶液中β-环糊精和氯乙酸水溶液中的氯乙酸的质量比为1:(0.5～0.7)。

7.根据权利要求5所述的甘油磷酸胆碱-羧甲基-β-环糊精的制备方法，其特征在于，所述搅拌反应的时间为4～6h，所述滴加氯乙酸水溶液的速率为0.5～1mL/min；所述盐酸溶液的浓度为4～8mol/L，所述碱化的时间为20～30min。

8.权利要求1所述的甘油磷酸胆碱-羧甲基-β-环糊精在药物控制释放或药物增溶中的应用。