Cu-NIC-TMED富集黄芩中黄芩苷的规律及机理_郭文娟.pdf

Chem.J.Chinese Universities,2023,44(2),2022051120220511(1/11)CHEMICAL JOURNAL OF CHINESE UNIVERSITIES高 等 学 校 化 学 学 报研究论文Cu-NIC-TMED富集黄芩中黄芩苷的规律及机理郭文娟1，2，张颖1，2，于洁1，代昭1，2，侯伟钊1（1.天津工业大学化学工程与技术学院,天津市绿色化工过程工程重点实验室,2.省部共建分离膜与膜过程国家重点实验室,天津 300387）摘要 以烟酸(NIC)为配体制备了金属-有机骨架材料(MOFs)铜-烟酸-四甲基乙二胺配位聚合物(Cu-NIC-TMED),并将其用于黄芩中黄芩苷的吸附、分离和纯化,建立了一种无毒无害、环境友好、流程简化且效率较高的提取方法.采用溶剂热法合成Cu-NIC-TMED,然后对其进行结构表征,以实现适当的配位及准确合成.研究了Cu-NIC-TMED吸附黄芩苷的规律和机理:该吸附符合准二级动力学方程,平衡吸附数据符合Langmuir吸附等温模型.同时,通过对响应面(RSM)进行优化得到最佳吸附参数.在最佳吸附参数条件下,Cu-NIC-TMED对黄芩中黄芩苷的吸附率高达84.08%,且对黄芩中其它成分的吸附效果微乎其微.使用pH=6.8的磷酸盐缓冲溶液（PBS）作为解吸溶液,Cu-NIC-TMED解吸黄芩苷的解吸率为41.24%,黄芩苷的纯度由吸附前的21.55%提高到解吸后的75.77%,Cu-NIC-TMED在吸附前后具有良好的稳定性,回收率达到78.64%.因此,Cu-NIC-TMED在黄芩苷的吸附纯化中具有应用价值.关键词 金属有机框架；铜-烟酸-四甲基乙二胺配位聚合物；黄芩苷；烟酸中图分类号 O643 文献标志码 A doi：10.7503/cjcu20220511Law and Mechanism of Enrichment of Baicalin in Scutellaria baicalensis by Cu-NIC-TMEDGUO Wenjuan1，2*，ZHANG Ying1，2，YU Jie1，DAI Zhao1，2，HOU Weizhao1（1.Tianjin Key Laboratory of Green Chemical Technology and Processes Engineering，School of Chemical Engineering and Technology，Tiangong University，2.State Key Laboratory of Separation Membranes and Membrane Processes，Tianjin 300387，China）Abstract In this paper，nicotinic acid was used as the ligand to prepare copper nicotinate coordination polymer，and the metal organic framework（MOFs）material was used for the adsorption，separation and purification of baicalin in Scutellaria baicalensis，and a non-toxic，environmentally friendly，simple process，and efficient extraction method was obtained.In this experiment，the copper nicotinate coordination polymer Cu-NIC-TMED was synthesized by solvothermal method，and then its structure was characterized for proper coordination and accurately synthesized.The law and mechanism of the adsorption of baicalin by Cu-NIC-TMED were studied：the adsorption conformed to the Quasi-secondary kinetic equations，and the equilibrium adsorption data conformed to the Langmuir adsorption isothermal model.At the same time，the optimal adsorption parameters were obtained by optimizing the response surface（RSM）.Under the condition of obtaining the optimal adsorption parameters，the adsorption rate of Cu-NIC-TMED on baicalin in S.baicalensis was as high as 84.08%，and the adsorption effect on other ingredients in S.baicalensis was minimal.Using pH=6.8 phosphate buffered saline（PBS）as the desorption solution，the ratio of 收稿日期：2022-08-01.网络首发日期：2022-10-06.联系人简介：郭文娟,女,博士,副教授,主要从事天然产物化学方面的研究.E-mail:基金项目：天津市教育委员会科研计划项目(批准号:2019KJ010)资助.Supported by the Tianjin Municipal Education Commission Scientific Research Program,China(No.2019KJ010).CHEMICAL JOURNAL OF CHINESE UNIVERSITIES高 等 学 校 化 学 学 报研究论文Chem.J.Chinese Universities,2023,44(2),2022051120220511(2/11)Cu-NIC-TMED desorbed baicalin was 41.24%，and the purity of baicalin was increased from 21.55%before adsorption to 75.77%after desorption，Cu-NIC-TMED had good stability before and after adsorption，and the recovery rate reached 78.64%.Therefore，Cu-NIC-TMED has application value in the adsorption and purification of baicalin.Keywords Metal organic framework；Copper nicotinate coordination polymer；Baicalin；Niacin金属-有机骨架材料（Metal-organic frameworks，MOFs）是具有周期性网络结构的晶体材料1.该材料具有微孔结构丰富、骨架稳定、比表面积大、孔尺寸多样、孔表面官能团和表面势能多样等特点2，3，可用于吸附分离气体分子、药物分子及蛋白质类生物大分子等多种成分，是一种极具潜力的吸附分离材料46.MOFs作为吸附分离材料，最早用于气体分子的吸附和分离，如H2的储存、CO2和CH4等气体的分离等7.将 MOFs 用于生物活性物质的吸附与分离，始于 MOFs 对药物的吸附存储和释放8.（CH3）2NH2 Zn（TATAT）2/3 3DMF H2O是一种合成的MOFs材料，Luisi等9将其用于吸附抗癌药5-氟尿嘧啶（5-FU），以研究该MOFs材料能否作为5-FU的缓释骨架.结果表明，在5-FU饱和溶液中，该MOFs材料对5-FU的吸附量达到0.22 g/g，在不同的溶剂系统中MOFs对5-FU的解吸附效果不同，在磷酸盐（PBS）缓冲溶液中8 h，MOFs对5-FU的释放量为42%，可起到缓释效果.此外，MOFs还用于多种抗癌药物的吸附存储与释放研究，如顺铂10、白消妥11和托泊替康12等.值得一提的是，适宜的MOFs材料对药物的吸附量非常大，如PAA ZIF-8对阿霉素的吸附量可达0.95 g/g13.MOFs材料常用的有机配体，如羧酸类配体（代表：对苯二甲酸）及含氮杂环配体（代表：2-甲基咪唑），通常具体一定的毒性，限制了MOFs材料在药物领域的应用.本课题组14曾用2-甲基咪唑作为配体，合成ZIF-8材料用于黄芩苷的富集，取得了一定的效果.但考虑到中药安全性的问题，本文以烟酸为有机配体，以期降低MOFs材料的毒性.烟酸又称尼克酸（Nicotinic acid，NIC），广泛存在于动、植物性食物中，是人体和动物不可缺少的物质.烟酸会参与人体组织的氧化还原过程，进而影响人体细胞对碳水化合物、脂肪、蛋白质的能量摄入和代谢.烟酸还可用作植物生长调节剂、头发生长促进剂、染料助剂、聚合物稳定剂和感光材料抗氧化剂等15，16.烟酸干燥状态极稳定，不吸潮，分子式为C6H5NO2，分子量123.11，结构式如Scheme 1（A）所示，符合作为MOFs材料有机配体的要求.黄芩苷（Baicalin，分子式：C21H18O11；MW：446.32）结构式如Scheme 1（B）所示，其具有广泛的药理活性，包括对神经系统和免疫系统的作用、肝脏保护、抗肿瘤作用以及抗氧化作用1721.这些药理作用表明，黄芩苷在治疗肝癌、抑郁症、糖尿病，特别是癌症方面具有广阔的发展前景22.黄芩苷的制备方法主要为传统的提取分离方法，虽操作简单，但工艺复杂、产品纯度不高，而且提取过程使用大量有机溶剂，不环保、流程长且效率低.本文以烟酸为配体制备了铜-烟酸-四甲基乙二胺配位聚合物（Cu-NIC-TMED），将该MOFs材料用于黄芩苷的富集分离纯化，实现了无毒无害、环境友好、流程简化且效率较高的黄芩苷富集方法2327.Scheme 1Structures of nicotinic acid(A)and baiclin(B)CHEMICAL JOURNAL OF CHINESE UNIVERSITIES高 等 学 校 化 学 学 报研究论文Chem.J.Chinese Universities,2023,44(2),2022051120220511(3/11)1 实验部分1.1试剂与仪器甲醇和无水乙醇，分析纯，天津市科密欧化学试剂有限公司；烟酸，分析纯，天津市光复精细化工研究所；一水合乙酸铜，分析纯，上海阿拉丁生化科技股份有限公司；浓盐酸，纯度36%38%，天津市风船化学试剂科技有限公司；四甲基乙二胺，纯度99%，天津艾利安电子科技有限公司；黄芩饮片，北京同仁堂大药房；实验用水均为去离子水.TU-1901型紫外-可见分光光度计（UV-Vis），北京普析通用仪器有限责任公司；LC-10A型高效液相色谱仪（HPLC），日本岛津公司；FTIR-650型傅里叶变换红外光谱仪（FTIR），北京普析通用仪器有限责任公司；TG 209 F3 Tarsus型热重分析仪（TG），德国耐驰制造有限公司；Hitachi S4800型冷场发射扫描电镜（CFE-SEM），日本Hitachi公司；Autosorb-iQ-C型全自动物理化学吸附仪（BET），美国康塔公司；D8 Advance型X射线衍射仪（XRD），德国Bruker公司；K-alpha