杨梅素溶解度测定与关联

于 帅，程 燕，薛富民，李赛钰，李 剑，郝郁文，刘玉智，孙芸芸

(1.齐鲁工业大学(山东省科学院) 山东省分析测试中心，山东 济南 250014；2.山东蓝城分析测试有限公司，山东 济南 250102)

杨梅素(CAS号：529-44-2，分子式C15H10O8)，又名杨梅黄酮，属于黄酮类药物，其结构式如图1所示。杨梅素为黄色针状晶体，多存在于蔬菜、水果、草药中。由于杨梅素具有抗氧化性，其常被应用于食品和药物中，此外，研究表明杨梅素还具有抗病毒、抗菌作用和抗癌功效[1-2]。

图1 杨梅素分子结构式Fig.1 Molecular formula of myricetin

结晶过程工艺条件的选取对于产物的性质具有重要的影响，溶解度数据则是寻找结晶操作空间的重要前提。由于杨梅素溶解性较差，目前对于杨梅素溶解度的报道非常少。本文对杨梅素在纯溶剂中的溶解度进行了测定和关联，为后期杨梅素结晶过程的优化提供了数据基础。

1 实验部分

1.1 实验试剂与仪器

实验试剂包括杨梅素(纯度大于99.5%)、正丙醇(AR)、正丁醇(AR)、异丁醇(AR)、仲丁醇(AR)、丙酮(AR)、甲醇(HPLC级)和超纯水(实验室超纯水机制备)。

实验仪器包括超级恒温水浴(宁波新芝生物科技股份有限公司，DC-2020，精确度为0.1 K)、磁力搅拌器(DLAB，MS-H-S)、夹套反应器、分析天平(梅特勒，ME104)、高效液相色谱仪(HPLC，岛津，LC-20AT，C18柱)、X射线粉末衍射仪(XRD，日本理学，D/max-rB)、热分析仪(NETZSCH，SAT499F3-QMS403C)、真空干燥箱(上海一恒科学仪器有限公司，DZF-6050)等。

1.2 实验方法

杨梅素的溶解度测定采用HPLC法：将过量被测物放置于100 mL夹套反应器中，向反应器中加入80 mL初始溶剂，夹套中接通恒温水浴(冷却介质为50% vol的乙二醇水溶液)，开启磁力搅拌，在某指定温度下恒温6 h(预实验已确定平衡时间)。之后停止搅拌使体系静置1 h，用一次性医用注射器吸取一定量的上清液，过0.22 μm有机相针式过滤器，之后迅速用移液枪移取一定量过滤后的溶液并用甲醇定容，通过液相色谱进行溶解度测定。

用一次性胶头滴管吸取每个温度点的残留固体，经过滤、真空干燥后进行XRD分析表征。本实验液相色谱条件为进样体积5～25 μL，检测波长为360 nm，流动相甲醇∶水=85∶15，流速0.5 mL/min，柱温为35℃。实验过程中要保证每次测量的HPLC积分面积落在建模时面积范围内，本实验所建立的HPLC外标模型的R2为0.9998，符合预测标准。

1.3 系统适用性验证

以槲皮素在水中的溶解度数据[3]作为对比，验证了本实验系统的适用性，实验数据与文献数据的相对偏差均小于3.40%(公式5)，说明本实验的方法符合溶解度测定的标准。

2 溶解度模型与计算方法

2.1 溶解度模型

2.1.1 van't Hoff 模型

van't Hoff 模型[4]是通过对数方程将溶解度与温度关联起来的

(1)

其中，x1为溶质的摩尔分率溶解度，A和B为模型的参数，T是溶液的平衡温度。

2.1.2 Apelblat模型

Apelblat模型[5]是根据固液平衡理论提出的，该半经验方程可以表示为

(2)

其中x1为溶质的摩尔分率溶解度，a,b和c为模型的参数，T是溶液的平衡温度。由于修正项clnT的引入使得Apelblat模型具有了更广泛的适用性。

2.1.3λh模型

λh模型是由Buchowski等人[6]提出的一个两参数模型，其形式为

其中，x1为溶质的摩尔分率溶解度，λ和h为模型的参数，T是溶液的平衡温度，Tm为溶质的熔点温度。

2.2 计算方法

杨梅素的溶解度采用摩尔分率表示(x1):

其中m1和m2分别为溶质和溶剂的质量，M1和M2分别为溶质和溶剂的相对分子质量。

采用平均相对偏差 (Average Relative Deviation,ARD)对溶解度模型的拟合效果评估。

3 结果与讨论

3.1 物质表征

杨梅素在不同溶剂体系和温度下残余固体的XRD图谱均与图2(a)相同，说明在测定的溶剂体系中溶质未发生晶型转化。杨梅素的差式扫描热分析如图2(b)所示，熔点在620 K左右。

图2 (a) 杨梅素X射线粉末衍射图，(b) 杨梅素差式扫描热图Fig.2 (a) XRD pattern of myricetin,(b) DSC curve of myricetin

3.2 溶解度

表1 杨梅素在五种纯溶剂中溶解度数据 (0.1 MPa)aTable 1 The solubility data of myricetin in five pure solvents (0.1 MPa)a

注：a温度的不确定度u(T)=0.5 K，压力的不确定度u(P)=5 kPa，溶解度测量的不确定度ur(xA)=0.01。

预实验中采用了水、甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、仲丁醇、丙酮、乙腈、甲苯、DMF、DMSO作为溶剂。发现在乙醇中杨梅素溶解度很大，在测定过程中会形成胶体状物质；在水、异丙醇、甲苯中溶解度极小，所测得的数据无规律；在甲醇、乙腈中杨梅素发生了晶型转化；在DMF和DMSO中溶质变质且与溶剂形成了胶状物质。所以，最终确定的实验溶剂为正丙醇、正丁醇、异丁醇、仲丁醇和丙酮。杨梅素在以上五种溶剂中的溶解度如表1所示，在实验选取的纯溶剂中，杨梅素溶解度均随着温度的上升而增大。在温度小于298.15 K时，不同溶剂中溶解度顺序为仲丁醇>正丙醇>异丁醇>丙酮>正丁醇；在温度大于等于298.15 K时，不同溶剂中溶解度顺序为仲丁醇>正丙醇>异丁醇>正丁醇>丙酮；而溶剂的极性顺序为正丙醇(61.7)>正丁醇(60.2)>异丁醇(55.2)>仲丁醇(50.6)>丙酮(35.5)[7]，说明极性并不是影响杨梅素溶解度的唯一因素，杨梅素中含有多个羟基并且含有双键和苯环结构，其与溶剂分子间的相互作用力以及氢键都会影响溶质的溶解度。

3.3 模型拟合

杨梅素的溶解度较低，采用传统的重量法或动态法测量溶解度是不合适的，本研究中采用的HPLC法可以更为精确地测定溶解度较小的物系的溶解度。分别用van't Hoff方程、Apelblat方程和λh方程对溶解度数据进行了拟合，拟合曲线与数据点如图3所示。拟合结果如表2所示，三种模型对杨梅素溶解度的拟合相关性较好，就ARD值而言，Apelblat方程的平均相对偏差均小于0.37%，拟合效果要优于van't Hoff方程和λh方程。原因是相比于van't Hoff方程，Apelblat方程存在一个clnT的修正项。

(a)van't Hoff 方程，(b) Apelblat方程，(c) λh方程 图3 不同热力学模型拟合的杨梅素溶解度图 Fig.3 Solubility of myricetin fitted by different thermodynamic models 表2 在五种纯溶剂中van't Hoff方程，Apelblat方程，与λh方程对杨梅素溶解度拟合的模型参数Table 2 Parameters for the van't Hoff,Apelblat and CNIBS/R-K models for the solubility of myricetin in five pure solvents

表2(续)

4 结论

采用HPLC法测定了杨梅素在正丙醇、正丁醇、异丁醇、仲丁醇和丙酮五种纯溶剂中的溶解度，测定的温度范围为283.15～308.15 K。发现在实验选取的纯溶剂中，杨梅素溶解度均随着温度的上升而增大。采用van't Hoff方程、Apelblat方程和λh方程对溶解度数据进行关联，Apelblat方程拟合效果最佳，其平均相对偏差均小于0.37%。该溶解度数据为杨梅素的结晶制备过程提供了数据基础。