利多卡因分子结构研究

张碧涵 ，王 倩 ，李萌萌 ，吴梦谣 ，孟 露 ，张 勇 ，常 明

（1.河北科技大学 化学与制药工程学院，河北 石家庄 050018；2.石家庄学院 化工学院，河北 石家庄 050035）

0 引言

利多卡因是一类重要的酰胺类局麻药，广泛应用于高血压[1]、膝关节手术[2]、带状疱疹[3]及小儿包皮环切[4]等重要临床医学领域. 室温下，利多卡因为白色晶状，而在不同使用温度下，利多卡因的理化性能会发生改变. 中红外（MIR）光谱具有方便、快捷、灵敏度高的优点，广泛应用于化合物结构研究领域[5-16]. 因此，本研究采用MIR 及变温MIR（TD-MIR）光谱进一步研究温度变化对利多卡因分子结构的影响，具有一定的应用研究价值.

1 实验

1.1 材料

利多卡因（分析纯，上海麦克林生化科技有限公司）.

1.2 仪器

Spectrum100 型红外光谱仪（美国PE 公司），单反射变温附件和变温控件（英国Specac 公司）.

1.3 方法

1.3.1 红外光谱仪操作条件

每次实验以空气为背景，对信号进行8 次扫描累加；测温范围303～393 K，变温步长5 K.

1.3.2 数据获得及处理

MIR 数据获得采用Spectrum 6.3.5 操作软件.

2 结果与讨论

2.1 利多卡因分子MIR 光谱研究

采用MIR 光谱开展了利多卡因分子结构的研究. 首先采用一维MIR 光谱开展了利多卡因分子结构的研究，见图 1. 其中 3 245.69 cm-1处的吸收峰是利多卡因分子 νNH-利多卡因晶体-一维；3 039.93 cm-1和 3 021.80 cm-1处的吸收峰是利多卡因分子 νCH-利多卡因晶体-一维；2 969.17 cm-1处的吸收峰是利多卡因分子 νasCH3-利多卡因晶体-一维；2 922.64 cm-1处的吸收峰是利多卡因分子 νasCH2-利多卡因晶体-一维；2 874.71 cm-1处的吸收峰是利多卡因分子 νsCH3-利多卡因晶体-一维；2 856.52 cm-1处的吸收峰是利多卡因分子 νsCH2-利多卡因晶体-一维；1 661.76 cm-1处的吸收峰是利多卡因分子νamide-Ⅰ-利多卡因晶体-一维；1467.01 cm-1处的吸收峰是利多卡因分子 δCH2-利多卡因晶体-一维；1 371.94 cm-1处的吸收峰是利多卡因分子 δsCH3-利多卡因晶体-一维.

图1 利多卡因分子MIR 光谱（303 K）

研究发现，利多卡因的分子结构主要包括：芳基、酰胺基团、叔胺及烷基，如图2 所示. 利多卡因分子νasCH3-利多卡因晶体-一维、νasCH2-利多卡因晶体-一维、νsCH3-利多卡因晶体-一维和 νsCH2-利多卡因晶体-一维对应的吸收频率要大于相应的烷烃，这主要是因为利多卡因分子中酰胺基团具有很强的诱导效应，会进一步降低烷基电子云密度. 利多卡因分子二阶导数、四阶导数及去卷积的光谱信息见表1. 研究发现，利多卡因分子二阶导数MIR 光谱、四阶导数MIR 光谱和去卷积 MIR 光谱过于复杂. 其中，利多卡因分子 νamide-Ⅰ-利多卡因晶体-二阶导数对应的吸收频率包括：1662.01，1 659.14，1 646.40，1 639.47，1 628.25 cm-1.利多卡因分子 νamide-Ⅰ-利多卡因晶体-四阶导数对应的吸收频率包括：1 681.23，1 674.73，1 667.89，1 661.41，1 655.64，1 648.34，1 641.80，1 630.73 cm-1.νamide-Ⅰ-利多卡因晶体-去卷积对应的吸收频率包括：1 678.14，1 674.56，1 672.12，1 668.73，1 666.03，1 662.25，1 659.94，1 657.20，1 654.29，1 651.02，1 648.13，1 644.51，1 641.96，1 639.93，1 637.02，1 633.76，1 630.92 cm-1. 复杂的光谱给目标产物的结构表征带来很大的困难.

图2 利多卡因分子结构

表1 利多卡因分子MIR 光谱数据（303 K）

2.2 利多卡因分子TD-MIR 光谱研究

利多卡因分子的熔点约为338 K，所以分别在3 个温度区间，采用一维MIR 光谱进一步开展了温度变化对利多卡因分子结构影响的研究.

2.2.1 相变前利多卡因分子一维TD-MIR 光谱研究

相变前，开展了利多卡因分子一维 TD-MIR 光谱研究（图 3）. 实验发现，利多卡因分子 νNH-利多卡因-一维-相变前、νasCH2-利多卡因-一维-相变前、νsCH2-利多卡因-一维-相变前、νamide-Ⅰ-利多卡因-一维-相变前和 δsCH3-利多卡因-一维-相变前对应的吸收频率增加，利多卡因分子 νasCH3-利多卡因-一维-相变前对应的吸收频率减少，利多卡因分子 νCH利多卡因-一维-相变前和 νsCH3-利多卡因-一维-相变前对应的吸收频率没有规律性改变，而利多卡因分子δCH2-利多卡因-一维-相变前对温度变化较敏感，在328 K 时消失. 利多卡因分子（νNH-利多卡因-一维-相变前、νasCH3-利多卡因-一维-相变前、νsCH2-利多卡因-一维-相变前、νamide-Ⅰ-利多卡因-一维-相变前和 δsCH3-利多卡因-一维-相变前）对应的吸收强度降低，利多卡因分子（νCH利多卡因-一维-相变前、νsCH3-利多卡因-一维-相变前和 νasCH2-利多卡因-一维-相变前）对应的吸收强度没有明显的改变，相关光谱数据见表2.

表2 利多卡因分子一维TD-MIR 光谱数据（303～333 K）

图3 利多卡因分子一维TD-MIR 光谱（303～333 K）

从表2 可以看出，相变前，利多卡因分子主要以晶体状态存在，其主要官能团对应的红外吸收频率及强度并没有显著的变化.而利多卡因分子晶体状态对应的特征红外吸收频率谱带（303 K）主要包括：3 245.69，3 039.93，3 021.80，2 969.17，2 922.64，2 874.71，2 856.52，1 661.76，1 467.01，1 371.94 cm-1.

研究发现：利多卡因分子晶体结构中δCH2-利多卡因-一维-相变前对温度变化最为敏感，当其对应吸收峰消失时，则利多卡因分子晶体结构开始改变，而δCH2-利多卡因-一维-相变前也是判断利多卡因分子晶体结构的最重要的光谱学信息.

2.2.2 相变过程中利多卡因分子一维TD-MIR 光谱研究

相变过程中，进一步开展了利多卡因分子一维TD-MIR 光谱研究，如图4 所示. 实验发现，利多卡因分子νNH-利多卡因-一维-相变过程中、νasCH3-利多卡因-一维-相变过程中、νamide-Ⅰ-利多卡因-一维-相变过程中和 δsCH3-利多卡因-一维-相变过程中对应的吸收频率增加，利多卡因分子 νCH利多卡因-一维-相变过程中、νasCH2-利多卡因-一维-相变过程中和 νsCH3-利多卡因-一维-相变过程中对应的吸收频率没有明显的改变，而利多卡因分子νsCH2-利多卡因-一维-相变过程中对温度变化比较敏感，在343 K 时消失. 利多卡因分子（νNH-利多卡因-一维-相变过程中、νasCH3-利多卡因-一维-相变过程中、νamide-Ⅰ-利多卡因-一维-相变过程中和 δsCH3-利多卡因-一维-相变过程中）对应的吸收强度降低，利多卡因分子（νCH利多卡因-一维-相变过程中和 νsCH3-利多卡因-一维-相变过程中）对应的吸收强度增加，相关光谱数据见表 3.

图4 利多卡因分子一维TD-MIR 光谱（333～348 K）

由表3 的数据可知，相变过程中，利多卡因分子由晶体状态转变为液态的临界温度区间为338～343 K.在这一温度区间内，利多卡因分子由晶体状态转变为液态，进一步破坏利多卡因分子的氢键作用，因此利多卡因分子主要官能团对应的吸收频率发生了明显的增加.而相变过程中，利多卡因分子晶体/液态状态对应的第一特征红外吸收频率谱带（338 K）主要包括：3 247.53，3 038.62，3 020.71，2 968.26，2 922.64，2 874.09，2 857.04，1 662.57，1 372.72cm-1，而第二特征红外吸收频率谱带（343 K）主要包括：3 287.29，3 038.50，3 020.81，2 968.82，2 874.84，1 686.35，1 375.14 cm-1.

表3 利多卡因分子一维TD-MIR 光谱数据（333～348 K）

研究发现：相变过程中，利多卡因分子晶体结构的光谱信息比较复杂. 而338～348 K 是利多卡因分子光谱信息改变的临界温度.

2.2.3 相变后利多卡因分子一维TD-MIR 光谱研究

相变后，开展了利多卡因分子一维TD-MIR 光谱的研究，如图5 所示. 实验发现，利多卡因分子νNH-利多卡因-一维-相变后、νasCH3-利多卡因-一维-相变后、νamide-Ⅰ-利多卡因-一维-相变后和 δsCH3-利多卡因-一维-相变后对应的吸收频率增加，利多卡因分子 νCH利多卡因-一维-相变后和 νsCH3-利多卡因-一维-相变后对应吸收频率没有规律性改变. 利多卡因分子 νamide-Ⅰ-利多卡因-一维-相变后和 δsCH3-利多卡因-一维-相变后）对应的吸收强度降低，而利多卡因分子（νNH-利多卡因-一维-相变后、νasCH3-利多卡因-一维-相变后、νCH利多卡因-一维-相变后、νsCH3-利多卡因-一维-相变后）对应的吸收强度增加，相关一维 TD-MIR 光谱数据见表 4.

图5 利多卡因分子一维TD-MIR 光谱（348～393 K）

表4 利多卡因分子一维TD-MIR 光谱数据（348～393 K）

从表4 可以看出，相变后，利多卡因分子主要由液态组成.其中353 K 时，3 291.64 cm-1处的吸收峰是利多卡因分子 νNH-利多卡因液体-一维；3 020.91 cm-1处的吸收峰是利多卡因分子 νCH-利多卡因液体--一维；2 968.94 cm-1处的吸收峰是利多卡因分子 νasCH3-利多卡因液体-一维；2 874.73 cm-1处的吸收峰是利多卡因分子 νsCH3-利多卡因液体-一维；1 686.47 cm-1处的吸收峰是利多卡因分子 νamide-Ⅰ-利多卡因液体-一维；1 375.36 cm-1处的吸收峰是利多卡因分子 δsCH3-利多卡因液体-一维.研究发现，利多卡因分子液体对应的特征红外吸收频率谱带（353 K）主要包括：3 291.64，3 020.91，2 968.94，2 874.73，1 686.47，1 375.36 cm-1.

3 结论

利多卡因分子存在着 νNH-利多卡因、νCH-利多卡因、νasCH3-利多卡因、νsCH3-利多卡因、νasCH2-利多卡因、νsCH2-利多卡因、νamide-Ⅰ-利多卡因、νamide-Ⅱ-利多卡因、δCH2-利多卡因、δasCH3-利多卡因和 δsCH3-利多卡因等红外吸收模式. 随着温度的升高，利多卡因分子主要官能团对应的吸收频率及强度均有一定的改变. 本项研究拓展了MIR 光谱及TD-MIR 光谱在重要的局麻药（利多卡因）分子结构及热变性的应用研究范围.