氧化槐果碱溶解行为之热力学研究

张澎钊

摘 要：在常压，298.15 K条件下，用RD 496-CK 2000 微量量热计测量氧化槐果碱在蒸馏水中的溶解焓，得到氧化槐果碱在蒸馏水中的微分和积分溶解热，建立热量与溶质的量之间的关系式，由动力学方程知其溶解过程为一级反应，在吸热过程中半衰期t=66.48 min，摩尔焓变△H=-4.28 KJ·mol-1，吉布斯自由能△G =94.48 KJ·mol-1，摩尔熵变△S=-331.24 J·mol-1·K-1;在放热过程中，半衰期t=60.04 min，摩尔焓变△H=10.40 KJ·mol-1，摩尔吉布斯自由能△G=224.79 KJ·mol-1，摩尔熵变△S= -719.06 J·mol-1·K-1 。

关键词：热力学;动力学;溶解;氧化槐果碱

1. 引言：

药用植物是人类生存与发展的重要自然资源。我国药用植物资源丰富，有记载的药用植物11020种，隶属于383科，2313属，约占药用植物资源总数的87%，是植物药种植和出口大国。

苦参是一种常用的中药材，主要产于我国山西，河南，河北及西北各省。临床研究也证实，苦参含有多种化学成分，如苦参碱，氧化苦参碱，N-氧化槐根碱，槐定碱，并都具有广泛的生物活性，其中苦参中70%左右为氧化苦参碱[1]。氧化槐果碱是苦参苦豆子等豆科植物中的生物碱[2]，是这些中草药的有效成分，药理作用较广，能升高白细胞数，加强机体免疫力，而起抗痢疾杆菌，皮肤真菌，滴虫等感染的作用。

氧化槐果碱是槐果碱的氮氧化物，在水、甲醇、乙醇、氯仿、苯等溶剂中溶解性较好，难溶于乙醚，水合物熔点162℃-163℃，无水物C15H22N2O2 为207℃，分子量：364.36，形状：白色或类白色结晶性粉末，无臭、味苦。

氧化槐果碱可溶于多种有机溶剂和水中，本次实验采用微热量热法，只研究了在298.15 K下其在蒸馏水中的溶解，经计算得出其溶解过程的动力学方程和热力学数据。

2. 实验

2.1 试剂

氧化槐果碱：宝鸡市方晟生物科技开发有限公司;蒸馏水

2.2 仪器及条件

RD 496微量量热计（四川绵阳中物热分析有限公司）;CK 2000测控仪（四川绵阳中物热分析有限公司）;AB 135-S电子天平。

2.3 实验条件

在常压及298.15 K条件下，分别取质量为10.20 mg、11.65 mg、13.36 mg、15.37 mg氧化槐果碱，溶解在同体积（1.5 ml）蒸馏水中。用微热量热仪测出溶解热。

3. 结果与讨论

3.1在蒸馏水中的热力学溶解行为

本次实验所取质量小于20 mg时，298.15 K下，在蒸馏水中的溶解为吸热过程，用RD 496-2000微量量热计平行测量四次，每次测量结果比较接近，精密度也好。

下表1.1描述不同质量的氧化槐果碱在1.5 ml蒸馏水中溶解所吸收的热量

从上表中，可看到随质量不断增加，吸收热量增加，摩尔焓变大体保持不变，所以不同质量下计算的摩尔焓变的平均值也可以认为是氧化槐果碱在蒸馏水中无限稀释溶解的摩尔焓变。

由上表中的物质的量n和吸收的热量Q之间良好线性关系，根据分析可以确定其在蒸馏水中的摩尔焓变为-4.28 kJ·mol-1。

3.2在蒸馏水中溶解过程的动力学

动力学方程描述的是在蒸馏水中的溶解速率，根据动力学方程及数据经计算查询可得到：

298.15 K下氧化槐果碱在蒸馏水中溶解吸热过程的反应级数n=1.39速率常数k= 10-3.76 ，可以近似认为此溶解过程为准一级反应，則此溶解过程的半衰期t1/2=66.48 min

3.3在蒸馏水中的热力学计算

本次试验在CK 2000微量量热计里进行，控温298.15 K，是等温等压等容的环境，符合热力学公式计算条件。经计算汇总，t1/2（min）= 64.48，ΔS（J·mol-1·K-1）= -331.24，ΔH（kJ/mol）= -4.28，ΔG（kJ·mol-1）= 94.48

由以上数据计算得到表观摩尔焓和偏摩尔焓如下表2.1所示

4.小结

（1）氧化槐果碱在蒸馏水中的溶解度大，质量太小可能会造成不可避免的误差，由于实验仪器本身容量的局限性此次试验选择了质量为10 mg到16 mg 的4个梯度进行，但由于该药物分子结构在水中溶解的特殊性，线性关系良好。

（2）经计算得在298.15 K下其在蒸馏水中的溶解动力学方程为吸热时，可以近似认为是准一级反应，其半衰期为吸热时t1/2=66.48 min，速率常数k=10-3.76 s-1，其热力学数据分别为摩尔焓变△solH=-4.28 kJ·mol-1， 摩尔熵变△solS=-331.24 J·mol-1·K-1，摩尔吉布斯自由能△solG=94.48 kJ·mol-1。

（3）氧化槐果碱（OSC）和槐果碱（SC）都是苦参中的重要化学物质，且它们的分子结构非常相近，比槐果碱多一个氧原子，从分子结构判断两者可能具有相似的药理活性。

参考文献

[1] 王红程，姜新道. 苦参素药理作用研究进展[J]. 齐鲁药事，2008， 2 （27）：106-107.

[2] 杨清娥，张宏利，韩崇选，杨学军，王明春.氧化槐果碱的提取分离工艺及其毒性研究[J].西北林学院院报，2006， 5 （30）：123.