茶碱-烟酰胺共晶制备及表征（可编辑）

茶碱-烟酰胺共晶制备及表征（可编辑） 茶碱-烟酰胺共晶制备及表征 中国 科技 论文 在线 ////0>. # 茶碱-烟酰胺共晶制备及表征 ** 郭晶晶,党乐平,卫宏远 (天津大学 化工学院 ,天津 300072) 5 摘要: 药物 共晶可以 在维持药 物共价结 构的同时 , 对活 性药物成分 的物化性 质产生很 大影响, 了解共晶现 象及其性 质, 可以 改善药物 的物化 性质, 提高生物利 用度。 茶 碱属于水 溶性低的 药物, 能够与众 多物质形 成药物共 晶, 而烟酰 胺是水 溶性维生素 类药。 以茶碱、 烟酰胺通 过 分子间氢键 形成的共 晶为研究 对象, 对其制备 方法、 表征分析及 影响因素 进行了较 为深入的 研究。通过干法研磨 、溶剂辅助研 磨、浆式结晶和 溶 剂蒸发结晶的方法获 得共晶,利用 X 10 射线粉末衍 射、 差示 扫描量 热仪和化 学分析法 对其进 行了定性和 定量分析 。 同时 考察了研 磨 时间对制备 茶碱- 烟 酰胺共 晶的影响 。 关键词:共晶 ;茶碱; 烟酰胺 The analysis-identification of Theophylline-Nicotinamide 15 Cocrystal GUO Jingjing, DANG Leping, WEI Hongyuan Chemical Engineering School,Tianjin University, Tianjin 300072 Abstract: In this paper, Pharmaceutical cocrystals can improve the physical and chemical properties without compromising the structural integrity of the active pharmaceutical 20 ingredientAPI. It provide an alternative to chemical modification and bioavailability improvement of APIs as well as established salt, amorphous, solvate, and polymorphic drug forms that all have limitations in their utility. Theophylline TP has low solubility, which can form a lot of cocrystals with other coformer molecules. NicotinamideNCT is a common material in the pharmaceutical industry which can form cocrystals with TP. In this thesis, the theophylline TP - 25 nicotinamide NCT cocrystal was used as an example for studying the preparation analysis-identification and thermodynamic analysis as the following. TP-NCT cocrystal was prepared by the methods of neat grinding, liquid-assisted gringding, slurrying and evaporation crystallization and the products were identified by powder X-ray diffraction, differential scanning calorimeter and high performance liquid chromatography. After establishing the qualitative and 30 quantitative analysis of the cocrystal, the effects of grinding time on the cocrystal preparation were studiedKeywords: cocrystal; theophylline; nicotinamide 0 引言 35 共晶是一类已为人所知但研究甚少的复合物,Aakery 等则提出共晶是固 态物质反应后 的产物,且不包括客体分子为液体或者气体分子的包合物和包含复合物。在 室温下,构成晶 体的纯组分中如有一个是液体,则为溶剂化物;而各组分都是固体才称为共 晶。当活性药物 成分active pharmaceutical ingredient, API与其他生理可接受的酸、碱、 非离子化合物,以氢 键等非共价键形式结合在同一晶格中,形成药物共晶,其组分中至少有 1个 是分子或者离子 [1] 40 型 API,同时任意组分在室温下为固体 即为药物共晶。 药物共晶为改善药物性质提供了更多的机会,但同时也增大了药物固体形式筛选的范 围。因此药物共晶就需要系统有效的制备方法,共晶的制备方法一般分为溶液法、研磨法、 熔融法。溶液结晶包括冷却结晶、蒸发结晶、反应结晶及浆式结晶等。在含有多种组分的溶 基金项目:高等学校博士学科点专项科研基金202 作者简介:郭晶晶,(1989-),女,硕士,药物结晶。 通信联系人:卫宏远,(1965-),男,教授,药物结晶。 E-mail: david.wei@//. - 1 - 中国 科技 论文 在线 ////. 液中,若两个分子结构中都含有可以形成氢键的基团,且这两个分子在溶剂中的相互作用要 45 强于其他的分子间作用力,那么通过冷却结晶和蒸发结晶方法制备药物共晶则具备热力学优 势。浆式结晶技术一般都用于确定最稳定的晶型和判断多晶型之间的热力学稳定性关系。而 [2] 且该方法可以避免共晶组分的单独析出,实验操作简单 。 茶碱theophylline, TP是存在于茶叶、咖啡等植物中的一种生物碱,是甲基 黄嘌呤的衍 [3] 生物,有较强的松弛支气管平滑肌、兴奋心脏和利尿作用 。茶碱在临床上的应用很普遍, [4] 50 主要用于治疗支气管哮喘、心原性哮喘和心原性水肿等 。烟酰胺是一种水溶性维生素类药, [5] [6] 缺乏时可影响细胞的正常呼吸和代谢而发生糙皮病 ,可用于防治糙皮病及口炎、舌炎 。 [7] 传统剂型是片剂和注射剂。国外报道,将其配制成凝胶剂,外用可治疗痤疮 。提高茶碱的 溶解度和溶出速率对改善茶碱的生物利用度和临床疗效具有重要意义。因此本次研究以茶碱 为活性药物成分,以茶碱、烟酰胺nicotinamide, NCT通过分子间氢键形成的共晶作为研究 55 对象,对其制备表征进行了深入的研究。 1 实验部分 1.1 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 烟酰胺,分析纯,天津市光复经济化工研究所;茶碱,分析纯,阿拉丁试剂(中国)有 限公司;乙醇,分析纯,天津市科威公司;实验用水为市售去离子水。 60 1.2 仪器 电子分析天平,JHS-2190 型,上海上平仪器公司;水浴恒温振荡器,WE-1型,天津市 欧诺仪器仪表有限公司;真空干燥箱,DZF-6020501,上海一恒科学仪器有限公司;循环水 式多用真空泵, SHB-?,郑州长城科工贸有限公司;差示扫描量热仪(DSC), Mettler DSC204 型; 高效液相色谱(HPLC),X-射线粉末衍射(XRD),日本理学(Rigaku)D/-2500 65 型单色 X-射线衍射仪。 1.3 茶碱-烟酰胺共晶的制备及表征 本实验采用研磨法、溶液法制备共晶。 1.3.1 溶液法 溶液结晶包括冷却结晶、蒸发结晶、反应结晶及浆式结晶等。在本次实验中采用浆式结 70 晶和蒸发结晶制备共晶。 (1) 浆式结晶 将一定比例的茶碱和烟酰胺放入锥形瓶中,加入一定体积的乙醇溶剂,在水浴恒温振荡 器中恒温振荡一段时间后,经抽滤、干燥等操作得到产品。 (2) 蒸发结晶 75 以乙醇为溶剂,向其中加入摩尔比为 1:1的茶碱与烟酰胺的混合物,搅拌使其全部溶解, 然后在烧杯上方封上保鲜膜让其缓慢蒸发一段时间 1.3.2 研磨法 研磨法是不同固体形态之间相互转变的常用手段,一般分为干法研磨法和溶液辅助研磨 法两种。 80 (1) 干燥研磨法是把摩尔比为 1:1的茶碱与烟酰胺混合物放入研钵中,研磨一定时间。 - 2 - 中国 科技 论文 在线 ////. (2)溶液辅助研磨法是把同样配比的混合物放入研钵内,滴入一定的体积的乙醇,研 磨一段时间。 1.3.3 茶碱-烟酰胺共晶的表征 将上述方法得到的固体干燥研磨分别适用 X 射线粉末衍射法XRD及差示扫描量热仪 85 DSC对其进行定性表征,使用高效液相色谱HPLC对液体成分进行定量分析。差示扫描量 热仪(DSC),Mettler DSC204型,NETZSCH 铝坩埚,保护气氮气流速为 150 mL/min,样 品质量 5 mg左右,温度范围 50 ~300 ?,升温速率为 5 ?/min。 高效液相色谱(HPLC), Lab Alliance液相色谱仪,Ultimate AQ-C18 色谱柱 5 μ m, -1 4.6*250 mm,柱温:30?,流速:1 mL? min ,进样量:10 μL,检测波长为 271 nm。流动 -1 90 相: 16.56 mmol? L 的乙酸缓冲溶液,用冰乙酸调节 pH 为 4.05,然后加入体积分数为 7 % 的 乙腈。 X-射线粉末衍射(XRD),日本理学(Rigaku)D/-2500 型单色 X-射线衍射仪,扫 描范围为 5 ~ 50 ?2θ,电源设置为 40 kV,100 mA。 1.4 研磨时间的影响 95以化学计量比为 1:1的茶碱和烟酰胺的混合物为起始原料,分别采用干法研磨和 乙醇溶液辅助研磨方法,按一定时间间隔取样,进行 X 射线粉末衍射分析,考察研磨时间 对制备共晶的影响。 1.5 浆式结晶的影响因素 分别称取不同比例的茶碱、烟酰胺、乙醇,混合后,加入密封的 50 mL 锥形瓶中,并 100 加入小玻璃珠。然后将锥形瓶放入水浴恒温振荡器中,设定温度为 25 ?,振荡 24 h,使其 充分混合以达到固液平衡状态。水浴恒温振荡器的温度波动小于 0.1 ?。静置一段时间后, 用 0.45 μm PTFE 过滤头进行固液分离,用 X 射线粉末衍射法对干燥后的固体进行分析。 再称取比例与之前完全相同的茶碱、烟酰胺与乙醇,将温度设定为 35 ?,进行与上述相同 的操作,考察温度与两种物质配比的不同对浆式结晶结果的影响。 105 2 实验结果与讨论 2.1 茶碱-烟酰胺共晶的表征 2.1.1 X-射线粉末衍射分析 化学计量比为 1:1 的茶碱和烟酰胺固体经过研磨法、浆式结晶及溶剂缓慢蒸发结晶后, 所得固体和起始原料的 XRD谱图如图 1 所示。 - 3 - 中国 科技 论文 在线 ////. 45000 40000 35000 a b 30000 c 25000 d e 20000 15000 10000 5000 0 0 1020304050 2 θ 110图 1 原料及产品的 XRD图 a TP, b NCT, c 研磨法,d浆式结晶, e 乙醇溶剂蒸发结晶 Fig.1 XRD patterns of materials a TP, b NCT, c grinding, d slurry, e slow evaporation from ethanol从图 1 中可以看出茶碱的特征峰为 12.7?,烟酰胺的特征峰为 14.9?,研磨法中得到 115 的固体在 12.7?和 14.9?处并未有峰,而在 13.4?处出现新的特征峰,说明是茶碱与烟酰胺 的共晶出现,而浆式结晶及乙醇溶剂蒸发结晶得到的固体的 XRD 谱图在 12.7?和 13.4?处 均有峰出现,固体应为茶碱与共晶的混合物。 2.1.2 晶体的差热分析 将上述方法所得的固体进行差示扫描分析,所得结果如图 2 所示。 0 a b -10 c d e -20 -30 -40 50 100 150 200 250 300 o T C 120图 2 原料及产品的 DSC曲线 a TP, b NCT, c 研磨法,d浆式结晶, e 乙醇溶剂蒸发结晶 Fig.2 DSC curves of materials a TP, b NCT, c grinding, d slurry, e slow evaporation from ethanol 通过图 2可以看出茶碱的熔化峰位于 271 ?,烟酰胺的熔化峰位于 126 ?, 研磨法得 125 到的固体在 172?处出现了个吸热峰,该峰的位置既不同于茶碱的吸热峰也不同于烟酰胺的 吸热峰,认为是茶碱与烟酰胺的共晶的吸热峰。从 DSC曲线中也可以看出浆 式结晶及乙醇 溶剂蒸发结晶得到的固体是茶碱与共晶的混合物。 - 4 - DSCmW/mg中国 科技 论文 在线 ////. 2.2 茶碱-烟酰胺共晶的定量分析 2.2.1 茶碱 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 曲线的测定 130 配置一系列浓度已知的茶碱水溶液,用高效液相色谱检测,得到相应的 峰面积,然后利 用峰面积与茶碱浓度进行关联,如图 3所示。 25000000 20000000 15000000 4 Y1.7127*10 X R0.99992 10000000 5000000 0 0 20 40 60 80 100 120 140 160 C μg/ml图 3 茶碱液相色谱分析线性关系图 Fig.3 Linear relation curve for HPLC analysis of TP 1352.2.2 烟酰胺标准曲线的测定 配置一系列浓度已知的烟酰胺水溶液,用高效液相色谱检测,得到相应的峰 面积,然后 利用峰面积与烟酰胺浓度进行关联,如图 4 所示。 12000000 10000000 8000000 6000000 4 Y4.8275*10 X 4000000 R0.99994 2000000 0 0 50 100 150 200 250 C μg/ml140 图 4 烟酰胺液相色谱分析线性关系图 Fig.4 Linear relation curve for HPLC analysis of NCT 从图 3和图 4中可以看出茶碱的色谱峰峰面积、烟酰胺色谱峰峰面积与浓 度之间均呈线 性关系,相关系数分别达到 0.99992 和 0.99994,关联效果良好,此方法适 用于茶碱和烟酰 145 胺的定量分析。 - 5 - S S中国 科技 论文 在线 ////. 2.3 研磨时间的影响 研磨时间不同的 XRD 结果如图 5、图 6 所示。 22000 90min 20000 60min 18000 50min 16000 40min 14000 30min 12000 25min 10000 20min 8000 15min 6000 10min 4000 5min 2000 0min 0 0 10 20304050 2θ图 5 干法研磨制备茶碱-烟酰胺共晶过程中 XRD谱图随时间的变化 150 Fig.5 XRD diffractograms showing TP-NCT cocrystal formation using neat grinding method 16000 14000 30min 12000 25min 10000 20min 8000 15min 6000 10min 4000 5min 2000 0min 0 0 10 20304050 2θ图 6 乙醇辅助研磨制备茶碱-烟酰胺共晶过程中 XRD谱图随时间的变化 Fig.6 XRD diffractograms showing TP-NCT cocrystal formation using liquid-assisted grinding method 155为了便于对比,将化学计量比为 1:1 的茶碱和烟酰胺经过物理混合后,即在经过研磨 前,先进行 X 射线粉末衍射分析,如 图 5、图 6 中所示。与茶碱、烟酰胺的 XRD 图谱对 比可以看出,混合物在 2θ为 12.7?和 14.9?的位置均出现了茶碱和烟酰胺的特征峰, 13.4 ?的位置未出现与茶碱-烟酰胺共晶相对应的特征峰。这些特征峰均说明,茶碱和烟酰胺酸 160 经过物理混合后,还保持各自的晶体形态,简单的物理混合并不能使两者之间形成氢键从而 产生茶碱-烟酰胺共晶。 对比图 5、图 6中研磨一定时间间隔取样的样品的 XRD 图谱,可以明显看 出,不论是 干法研磨还是乙醇溶液辅助研磨,随着研磨时间的增加,茶碱、烟酰胺各自的特征峰强度逐 - 6 - 中国 科技 论文 在线 ////. 渐减弱,与此同时茶碱-烟酰胺共晶的特征峰强度逐渐增强。这一变化说明,茶碱和烟酰胺 165 的混合物在研磨作用下开始向茶碱-烟酰胺共晶发生转化,研磨为茶碱和烟酰胺分子间氢键 的形成提供了能量。此外,随着研磨时间的增加,卡马西平-丁二酸共晶的特征峰强度增加, 这是因为研磨时间增加,所提供的能量增加,增强了分子的扩散,促使更多的卡马西平与丁 二酸之间形成分子间氢键,因此卡马西平-丁二酸共晶含量增加,卡马西平-丁二酸共晶的特 征峰强度增加。 170 对比图 5、图 6 中相同研磨时间下样品的 XRD图谱,在乙醇溶液的辅助研磨条件下, 卡马西平-丁二酸共晶的生成速率要远大于干法研磨条件下的生成速率。经过 5 min研磨后, 图 6 中 2θ为 13.4?的茶碱-烟酰胺共晶特征峰已经出现,并且具有一定的峰强度,说明大 量的茶碱与烟酰胺已经转化成共晶;而 图 5 中,经过 20 min研磨后,2θ为 13.4?的茶碱- 烟酰胺共晶特征峰才出现而且很小;并且对比 图 5 和图 6 可以发现干法 研磨 90min后才能 175 全部转化成共晶而乙醇辅助研磨 30min后就能全部转化成共晶,说明 乙醇辅助研磨能促进在 茶碱-烟酰胺共晶的形成。 2.4 浆式结晶的影响因素 称取不同比例的茶碱、烟酰胺、乙醇,混合后,用 X 射线粉末衍射法对干燥 后的固体 进行分析,实验结果如表 1 所示。 180表 1茶碱与烟酰胺比例及温度变化对共晶制备的影响 Tab.1 the effects of Theophylline and nicotinamide ratio and temperature on the cocrystal preparation茶碱烟酰胺比例变化 温度变化及 固体成分 实验编号 乙醇 TP/g NCT/g T/? 固体分析结果 T/? 固体成分 /ml 1 0.5389 1.1459 35 25 1:1TP/NCT 35 TP+1:1TP/NCT 2 0.5394 1.2516 35 25 1:1TP/NCT 35 1:1TP/NCT 3 0.5396 3.2816 35 25 NCT+1:1TP/NCT 35 NCT+1:1TP/NCT 4 0.7444 1.0912 35 25 TP+1:1TP/NCT 35 TP+1:1TP/NCT 5 0.7449 1.2383 35 25 1:1TP/NCT 35 1:1TP/NCT 6 0.7441 3.5395 35 25 NCT+1:1TP/NCT 35 NCT+1:1TP/NCT 7 0.8434 1.0509 35 25 TP+1:1TP/NCT 35 TP+1:1TP/NCT 8 0.8439 1.6513 35 25 1:1TP/NCT 35 1:1TP/NCT 9 0.8429 3.8373 35 25 NCT+1:1TP/NCT 35 NCT+1:1TP/NCT 由上表 1 可以看出,编号为 1 的实验在 25 ?和 35 ?下进行浆式结晶制 备共晶,所得 185 结果不同,25 ?下为 1:1TP/NCT 共晶而 35 ?下则为茶碱与共晶的混 合物,由此可以看出 温度对式结晶法制备共晶的结果有影响。对不在同样温度下不同比例的茶碱 与烟酰胺在浆式 结晶制备共晶时有很明显的影响。通过表 1 的实验结果可以看出温度和茶 碱与烟酰胺比例对 共晶的制备都有影响,但相比较而言,温度的影响比较小,但是茶碱与烟酰胺 比例起决定性 影响,在类似药物制备共晶时,要事先做好相图研究是十分必须的,可为药物 共晶生产过程 190 中的目标产物的控制提供理论基础。 3 结论 (1)研磨法、浆式结晶及溶剂蒸发结晶都能获得茶碱-烟酰胺共晶。利用 X 射 线衍射技 术及差示扫描量热仪对所制备的共晶进行了定性分析。茶碱-烟酰胺共晶的 XRD特征峰与熔 点均与茶碱和烟酰胺有着明显的差别。另外,摩尔比为 1:1的茶碱与烟酰胺通过溶剂蒸发结 195 晶得到的是茶碱与共晶的混合物说明茶碱-烟酰胺-乙醇三元体系的三元相图为非对称的,而 在浆式结晶中通过改变茶碱和烟酰胺的摩尔比可以得到纯共晶,从三元相图中也可看出。 - 7 -