蔗糖鐵中糖、鐵復合物降解特性研究

方 文，胡良明，湯傳飛，熊守軍

南京生命能科技開發有限公司，南京 210016

蔗糖鐵中糖、鐵復合物降解特性研究

方 文，胡良明，湯傳飛，熊守軍

南京生命能科技開發有限公司，南京 210016

本文基于酸性條件下蔗糖鐵復合物中糖、鐵解離，利用其反應動力學建立了其數學模型，并將不同溫度下反應體系溶液濁度、pH值相關聯，計算出蔗糖鐵解離反應的能量變化（ΔE）及游離糖緩沖系數（n）。結果表明：蔗糖鐵中糖、鐵的氫鍵鍵合特性，而對蔗糖鐵復合物類藥物的保存及其進一步深加工等有一定的理論指導意義。

蔗糖鐵；糖鐵復合作用；pH；濁度；活化能；游離糖緩沖系數

糖-氧化鐵顆粒是目前臨床廣泛使用的一類靜脈補鐵劑，現常用品種有：右旋糖酐鐵、葡萄糖酸鈉鐵、蔗糖鐵等[1]。20世紀80年代，發現右旋糖酐鐵的嚴重副反應，使得這一類產品在臨床上無法獲得足夠重視[2]。2000年以后，蔗糖鐵在美國成功獲批，因其快速高效、定位準確、危險性低的優點，逐漸成為了靜脈補鐵劑的主流品種[3]。蔗糖鐵的成功臨床使用助推了糖-氧化鐵顆粒新品種開發，其相關基礎研究也逐漸成為熱點。

本文研究了氫離子作用下蔗糖鐵復合物解離過程，并使用反應動力學的研究方法建立了其數學模型，將不同溫度下反應體系溶液濁度、pH值進行關聯，并進而計算出蔗糖鐵酸降解反應過程的能量變化（ΔEa）和游離糖緩沖系數（n）等參數，對蔗糖鐵結合力類型、性質和分子穩定性特性進行了探討。本文為糖-氧化鐵納米顆粒的穩定性研究提供了一個新的思路和方法。

1 實驗設計和數學模型建立

蔗糖鐵是氫氧化鐵和蔗糖的復合物，結構式見圖1。

在蔗糖鐵酸降解過程中，隨著鹽酸的加入，氫離子會進攻蔗糖鐵分子（I）中的糖-鐵結合鍵，而造成結合鍵斷裂，蔗糖分子擺脫鐵核的束縛，形成一個自由的蔗糖分子（G），并同時形成一個丟失了一個蔗糖分子（G）的降解蔗糖鐵分子（I1）。隨著鹽酸不斷加入，蔗糖鐵溶液的pH持續下降，溶液中氫離子濃度不斷增加，上述過程重復進行，溶液中逐步出現丟失2個、3個乃至i個蔗糖分子的降解蔗糖鐵分子（I2、I3…Ii）。見圖2。

圖1 蔗糖鐵結構式

而蔗糖鐵丟失蔗糖分子的數量，決定了其在溶液體系中的溶解性，當蔗糖鐵丟失蔗糖分子個數達到某臨界值n時，其產生的降解蔗糖鐵分子（In）變成了不溶性分子，從而引起溶液濁度增加，這個濁度的變化可以用濁度儀測得[3-4]。以上所述臨界值n代表了蔗糖鐵分子對抗氫離子攻擊的緩沖能力，也反映了蔗糖鐵從可溶物質轉換成不溶性分子的緩沖能力，一定程度上表征了蔗糖鐵的分子穩定性，此處定義為游離糖緩沖系數。

以上過程是多步反應過程，不同pH下的蔗糖鐵溶液的濁度和溶液中的氫離子濃度存在定量關系[3]：

其中，N為溶液濁度，n為游離糖緩沖系數，[I]為蔗糖鐵濃度，[G]為游離蔗糖濃度mol·L-1，K′為表觀平衡常數，α為濁度儀常數。

由式（1），測定若干點的pH和溶液濁度值就可以求算出游離糖緩沖系數n。

而根據蔗糖與鐵核心結合鍵的均一性，和阿倫尼烏斯公式lnk=lnA-Ea/RT及式（2）可得：

其中k為速率常數，A為頻率因子，R為摩爾氣體常量，T為熱力學溫度，Ea為表觀活化能。

可見β是溫度的函數，測定不同溫度下的游離糖緩沖系數n和lnβ，并對作圖，可以求得ΔEa的值，而ΔEa的大小和正負對于認識蔗糖鐵糖鐵結合力類型和性質具有一定的意義。

2 材料和方法

2.1 實驗樣品和試劑

森鐵能蔗糖鐵注射液[批號：130403，規格為5 mL∶100 mg（鐵），由南京恒生制藥有限公司生產]；鹽酸（500 mL/瓶，南京化學試劑有限公司生產）。

2.2 實驗儀器

濁度儀：型號wgz-100，上海昕瑞儀器儀表有限公司；pH計：PB-10賽多利斯公司；恒溫槽（循環水浴型號SC-5，寧波新科生產，與控溫模塊SD-6相連，精度為±0.2℃）。

2.3 實驗方法

加蔗糖鐵注射液1 g至300 mL燒杯中加水200 mL稀釋。分別控制溶液溫度0、10、20、25、30、40、50℃，溫度穩定后，向持續攪拌的蔗糖鐵溶液中滴加0.1 mol·L-1的鹽酸溶液，測定不同pH處的溶液濁度。

3 結果和討論

3.1 數據擬合和游離糖緩沖系數求算

將試驗測得的濁度值取以10為底的對數，并對pH做最小二乘擬合，得到不同溫度下的lgN= -npH+lgβ擬合方程（見圖3），相關參數見表1。

圖3 不同溫度下的pH和濁度N的擬合關系曲線圖

表1 不同溫度下線性方程的系數

根據以上結果，一定溫度下，蔗糖鐵溶液pH和濁度N的對數值呈一次函數關系，相關系數均大于0.98，這說明本實驗設計和數學模型能夠較好地描述蔗糖鐵的酸降解過程，二者符合的較好。

另外，游離糖緩沖系數在293.15 K溫度附近其達到最大值，在此基礎上溫度增加或者降低，游離鐵緩沖系數均有所下降，這也說明蔗糖鐵對酸緩沖能力相對較優溫度區間在20℃附近，在這個溫度區間蔗糖鐵具有較大的分子穩定性。本研究結果對選擇蔗糖鐵存放溫度具有一定的指導意義，而產品蔗糖鐵注射液說明書中也載明本品不得冷凍，本研究成果從理論上說明了這個存儲條件的合理性。

而根據表2，同一批號相同濃度的蔗糖鐵溶液在pH 4.4條件下，不同溫度樣品的濁度存在一定的規律，即：在20℃～30℃溫度范圍附近其濁度相對較低，溫度更低或更高，其濁度均有所增加，這說明本文對溫度相關的蔗糖鐵穩定性規律的推測具有一定合理性，但上述規律的準確性和內在機制還須進一步考察。

表2 不同溫度和相同pH（4.4）條件下溶液濁度測定結果

3.2 ΔEa的求算

根據以上數據，不同溫度下的游離糖緩沖系數n和絕對溫度T倒數的乘積 n/T和對應的lnβ呈一次函數關系，相關系數r2大于0.98，這也從另一個方面說明本實驗設計和數學模型的合理性。

圖4 n/T和lnβ的關系曲線圖

4 結 論

4.1 一定溫度下，蔗糖鐵溶液pH和濁度N的對數值呈一次函數關系；不同溫度下的游離糖緩沖系數n和絕度溫度T倒數的乘積n/T和對應的lnβ呈一次函數關系。上述函數關系相關系數r2均大于0.98，這說明本實驗設計和數學模型能夠較好地描述蔗糖鐵的酸降解過程，二者符合的較好。

4.2 蔗糖鐵對酸緩沖能力存在相對較優溫度區間，這個溫度區間在20℃附近，在這個溫度區間蔗糖鐵具有較大的分子穩定性，較高或較低的溫度均不利于本品的穩定，這點與常見化合物在低溫下溶液較穩定的情況存在一定的差異，也間接說明此糖鐵復合物結構的特殊性。本文所述規律的準確性和內在機制還須進一步深入研究。

4.3 蔗糖鐵在氫離子作用下脫掉蔗糖分子的反應為放熱反應，所放出的能量為23.7 kJ·mol-1，說明蔗糖與鐵核心的結合鍵為氫鍵；而且，上述結合鍵的斷裂在克服活化能壘后所到達的反應終態其能量更低，這對進一步認識糖-氧化鐵顆粒的化學結構、穩定性、酸解離過程具有一定的借鑒意義，對于藥物的保存溫度的選擇和蔗糖鐵制劑工藝的開發和優化具有一定的指導意義。

[1]Horl WH.Clinical aspects of iron use in the anemia of kidney disease[J].J Am Soc Nephrol,2007,18(2): 382-93.

[2] Faich G,Strobos J.Sodium ferric gluconate complex in sucrose:Safer intravenous iron therapy than iron dextrans[J].Am J Kidney Dis,1999,33(3):464-70.

[3] 方 文，花傳政.一種測定鐵-碳水化合物絡合物濁點和游離糖緩沖系數的方法，中國專利：101710113B[P]. 2009-12-09.

[4] Nissim JA,Robson JM.Preparation and standardization of saccharated iron oxide for intravenous administration [J].Lancet,1949,1(6556):686-9.

[5] Structure and chemistry of iron-carbohydrate complexes used as parenteral preparations By Kudasheva,Dina Sergeyevna,Ph.D.,Polytechnic University,2003,140 pages;AAT3086395.

Study on Iron-saccharide Complex Degradation of Iron Sucrose

FANG Wen,HU Liang-ming,TANG Chuan-fei,XIONG Shou-jun
Nanjing Lifenergy R&D Co.Ltd,Nanjing 210016

Reaction kinetics of Iron-saccharide acid dissociation is studied.With the mathematical regression approach of turbidity and pH,reaction activation energy (ΔEa)and free sugar buffering coefficient (n)at different temperatures are obtained.Meanings of ΔEa and n on iron-sucrose complex bond characteristic and stability of iron sucrose molecule are discussed in detail.This paper provides a new study method on iron oxyhydroxide nanoparticles'chemical structure and stability,which can be used for the development of iron oxyhydroxide nanoparticle injection process and the determination of storage conditions.

Iron sucrose;Iron-saccharide complex bond;Turbidity;Activation energy;Free sugar cushioning coefficient;pH

R927.1

A

1673-7806（2015）01-039-03

方文，男，生物化工專業，現從事藥品研發工作E-mail:fwnj@163.com

2014-07-08

2014-08-14