红霉素及其半合成衍生物的阴极伏安信号真的是由电还原过程引起的吗？来自极谱研究的证据

《Journal of Electroanalytical Chemistry》：Is the cathodic voltammetric signal of erythromycin and its semisynthetic derivatives really due to an electroreduction process? Evidences from a polarographic study

erythromycin的电极行为研究表明其阴极信号源于表面吸附解吸的非法拉第过程，而非酮基还原，纠正了先前文献中的错误认知。

　　Erythromycin（ERY）是一种广泛应用于医学和兽医领域的大环内酯类抗生素。自1952年首次被发现并用于临床以来，ERY因其广谱抗菌特性而受到高度重视。ERY由一种名为*Streptomyces erythreus*的微生物发酵产生，是一种包含多种天然成分的混合物，其中ERY A为主要成分。在结构上，ERY由一个14元大环内酯环组成，环上连接有两个糖基团：一个中性糖基团（cladinose）和一个氨基糖基团（desosamine）。这种结构赋予了ERY良好的生物活性，使其成为治疗多种细菌感染的重要药物。

随着ERY的广泛应用，其在农业和畜牧业中的使用也导致了在食品和环境中残留的增加。这些残留物对人类健康构成潜在威胁，并可能加速细菌对抗生素的耐药性发展。因此，建立一种简单、高效且可靠的分析方法，用于检测和定量ERY在环境和食品样品中的含量，以及控制药品的纯度，显得尤为重要。在此背景下，电化学分析技术因其高灵敏度、高选择性和快速响应等优点，成为替代传统分离技术（如高效液相色谱）的一种有效手段。

电化学方法在药物分析中的应用，尤其是用于ERY及其相关药物（如克拉霉素CLA、阿齐霉素AZI和罗红霉素ROX）的检测，已取得一定进展。这些药物多为ERY的半合成衍生物，通过结构修饰提高了其酸稳定性与生物利用度。然而，尽管这些结构变化显著，它们并未使这些药物表现出电活性。例如，CLA与ERY的区别在于C-6位的羟基被甲氧基取代，这种取代并不能赋予药物可被还原的官能团。同样，ROX则是通过将ERY中的C-9位酮基替换为氧肟醚链，但这类化合物在常规的电化学条件下并不具备还原性。此外，AZI通过在大环内酯环中引入一个氮原子，使其结构从14元扩展为15元，但这同样未能使其表现出电活性。

在电化学分析中，确定药物的电化学行为是建立可靠检测方法的关键。以往的研究中，一些作者认为ERY在电极表面的还原行为与酮基的还原有关，并据此提出相关结论。然而，这种观点存在一定的误导性。通过深入研究，发现ERY在电极表面的信号并非由电化学还原引起，而是与非法拉第过程有关，特别是药物从电极表面的脱附现象。这一发现对理解ERY的电化学行为具有重要意义，并为相关药物的检测方法提供了新的视角。

本研究主要通过滴汞电极（DME）和多种电化学技术（包括直流极谱、相选择性交流极谱以及脉冲极谱）对ERY的阴极行为进行了系统分析。实验在磷酸缓冲液（pH 7.4）和硼酸缓冲液（pH 9.2）中进行，以探讨不同pH条件对药物行为的影响。研究结果表明，ERY在电极表面表现出强烈的吸附行为，这从电极表面双层电容的变化中得到了体现。在电位范围从-0.1到-1.5 V（相对于SCE）之间，双层电容显著下降，特别是在-0.43 V处出现电容跃变，表明存在一种吸附层结构的重新排列过程。

在阴极电位区约-1.5 V处，ERY的极谱信号表现出一些显著特征。例如，在直流极谱中，极限电流的高度在药物浓度达到5×10?? mol/L时趋于稳定，不再随浓度变化而变化。这一现象表明，该信号可能并非由电化学反应引起，而是与非法拉第过程相关。此外，在相选择性交流极谱中，交流电流的同相分量和异相分量之间的关系也支持这一结论。而在脉冲极谱中，峰电位和半峰宽随浓度的变化趋势进一步验证了信号的非法拉第性质。

为了进一步验证这些结论，实验还对ERY的脱附行为进行了详细研究。脱附过程通常不会引起明显的电流变化，而是通过电极表面的电容变化来体现。因此，在阴极电位区-1.5 V处的信号，可能是由于药物从电极表面的脱附所引起的，而非电化学还原反应。这一发现对纠正以往关于ERY阴极信号来源的误解具有重要意义，并为相关药物的电化学分析提供了新的理论依据。

此外，本研究还对ERY的阴极信号进行了深入分析，以探讨其在不同电化学条件下的行为。实验结果表明，ERY在电极表面的吸附行为显著影响了其极谱信号的特征。在较低pH条件下，吸附层的形成更加明显，这从电容的变化趋势中可以得到验证。在pH低于ERY的酸解离常数（pKa）时，电容的突变更加显著，表明存在一种吸附层结构的转变过程。这一现象不仅揭示了ERY在电极表面的吸附特性，也为理解其电化学行为提供了新的思路。

在分析过程中，实验采用了多种电化学技术，以确保结果的准确性。直流极谱技术用于研究ERY的极限电流特性，而相选择性交流极谱技术则用于分析电流的同相和异相分量之间的关系。脉冲极谱技术则用于研究峰电位和半峰宽随浓度的变化趋势。这些技术的综合应用，为判断ERY的信号是否为非法拉第性质提供了有力支持。

通过对ERY的阴极行为进行系统研究，可以发现其在电极表面的信号并非由电化学还原引起，而是由非法拉第过程，即药物从电极表面的脱附所导致。这一结论对纠正以往关于ERY阴极信号来源的误解具有重要意义，并为相关药物的电化学分析提供了新的理论依据。同时，这一发现也对开发更高效的检测方法具有指导意义，特别是在环境和食品样品的检测中。

在研究过程中，还发现ERY的吸附行为受到pH条件的显著影响。在pH 7.4和pH 9.2的缓冲液中，ERY的吸附行为表现出不同的特征。在较低pH条件下，吸附层的形成更加明显，这从电容的变化趋势中可以得到验证。在pH低于ERY的酸解离常数（pKa）时，电容的突变更加显著，表明存在一种吸附层结构的转变过程。这一现象不仅揭示了ERY在电极表面的吸附特性，也为理解其电化学行为提供了新的思路。

此外，本研究还对ERY的阴极信号进行了深入分析，以探讨其在不同电化学条件下的行为。实验结果表明，ERY在电极表面的信号并非由电化学还原引起，而是由非法拉第过程，即药物从电极表面的脱附所导致。这一结论对纠正以往关于ERY阴极信号来源的误解具有重要意义，并为相关药物的电化学分析提供了新的理论依据。同时，这一发现也对开发更高效的检测方法具有指导意义，特别是在环境和食品样品的检测中。

在研究过程中，还发现ERY的吸附行为受到pH条件的显著影响。在pH 7.4和pH 9.2的缓冲液中，ERY的吸附行为表现出不同的特征。在较低pH条件下，吸附层的形成更加明显，这从电容的变化趋势中可以得到验证。在pH低于ERY的酸解离常数（pKa）时，电容的突变更加显著，表明存在一种吸附层结构的转变过程。这一现象不仅揭示了ERY在电极表面的吸附特性，也为理解其电化学行为提供了新的思路。

为了进一步验证这些结论，实验还对ERY的脱附行为进行了详细研究。脱附过程通常不会引起明显的电流变化，而是通过电极表面的电容变化来体现。因此，在阴极电位区-1.5 V处的信号，可能是由于药物从电极表面的脱附所引起的，而非电化学还原反应。这一发现对纠正以往关于ERY阴极信号来源的误解具有重要意义，并为相关药物的电化学分析提供了新的理论依据。同时，这一发现也对开发更高效的检测方法具有指导意义，特别是在环境和食品样品的检测中。

在研究过程中，还发现ERY的吸附行为受到pH条件的显著影响。在pH 7.4和pH 9.2的缓冲液中，ERY的吸附行为表现出不同的特征。在较低pH条件下，吸附层的形成更加明显，这从电容的变化趋势中可以得到验证。在pH低于ERY的酸解离常数（pKa）时，电容的突变更加显著，表明存在一种吸附层结构的转变过程。这一现象不仅揭示了ERY在电极表面的吸附特性，也为理解其电化学行为提供了新的思路。

综上所述，ERY在电极表面的阴极信号并非由电化学还原引起，而是由非法拉第过程，即药物从电极表面的脱附所导致。这一结论对纠正以往关于ERY阴极信号来源的误解具有重要意义，并为相关药物的电化学分析提供了新的理论依据。同时，这一发现也对开发更高效的检测方法具有指导意义，特别是在环境和食品样品的检测中。此外，ERY的吸附行为受到pH条件的显著影响，这为理解其在不同环境下的行为提供了新的视角。