依托度酸哌嗪盐的制备及其性能表征

陈少东 王晓娟 李端秀 王兆喜 张海禄

引用本文: 陈少东, 王晓娟, 李端秀, 王兆喜, 张海禄. 依托度酸哌嗪盐的制备及其性能表征[J]. 应用化学, 2020, 37(1): 103-108. doi: 10.11944/j.issn.1000-0518.2020.01.190185 shu
Citation:  CHEN Shaodong, WANG Xiaojuan, LI Duanxiu, WANG Zhaoxi, ZHANG Hailu. Preparation and Characterization of Etodolac-Piperazine Salt[J]. Chinese Journal of Applied Chemistry, 2020, 37(1): 103-108. doi: 10.11944/j.issn.1000-0518.2020.01.190185 shu

依托度酸哌嗪盐的制备及其性能表征

    通讯作者: 张海禄, 项目研究员, Tel:0512-62872713, Fax:0512-62603079, E-mail:hlzhang2008@sinano.ac.cn, 研究方向:药物晶体学
  • 基金项目:

    国家自然科学基金(21874148)、中国科学院青年创新促进会(2012242)和中国博士后科学基金会和中国科学院联合资助优秀博士后项目(2017LH045)资助

摘要: 制备了依托度酸和哌嗪的有机盐,并得到了其晶体结构。结构解析结果表明,依托度酸羧基上的氢转移到哌嗪的氮原子上,N-H…O氢键是维持结构稳定的主要分子间相互作用。与原药相比,新合成的盐的本征溶出速率和平衡溶解度分别提高了2.1倍和4.8倍。此外,新合成的盐具有良好的水合稳定性,在25℃,相对湿度95%的条件下暴露28 d未发生相变。作为依托度酸的第一个有机盐,该盐是依托度酸有前景的固体存在形式。

English

  • 通过晶体工程和超分子合成子开发设计的多组分晶体,对控制材料的理化性质以及机械性能具有显著的影响,可以满足不同领域不同方面的应用和需求[1]。在药学领域,许多药物在开发的时候因为物理特性的不足而失败[2],市售的药物也有很多存在水溶性差、稳定性差的问题[3-4]、共晶和盐的形成可以在不影响药物内在化学活性的同时,改善药物诸如溶解度、生物利用度、机械性能和水合稳定性等性质[5-8]。共晶和盐的区别是在共结晶时组分间是否发生了质子转移[9]。相对于共晶,盐是目前更常用的改善药物理化性质的方法[10-11]

    依托度酸(ETO)是一种吡喃羧酸衍生物的非甾体抗炎药,具有镇痛活性[12-13],已被研究用于类风湿性关节炎、骨关节炎和由手术引起的疼痛[14]。本文利用研磨和混悬两种方法对依托度酸进行筛选,制备了ETO和哌嗪(PIP)的盐,化学计量比为2:1,通过溶剂挥发法培养得到其单晶。依托度酸和哌嗪成盐以后,溶解度和热稳定性得到明显的提高。作为依托度酸的第一个盐,其对依托度酸后续的晶体工程学研究具有重要的意义。

    Scheme 1

    Scheme 1.  Molecular structures of (A)ETO and (B)PIP

    ETO>98%,购自东京化成工业株式会社。无水PIP、无水乙醇、乙腈和乙酸乙酯,均为分析纯试剂,购自国药集团化学试剂有限公司。

    APEX-II CCD型单晶衍射仪(德国Bruker公司);D8 ADVANCE型粉末X射线衍射仪(PXRD,德国Bruker公司);Q2500型差示扫描量热仪(DSC,美国TA公司);TG 209 F1型热重分析仪(TGA,德国耐驰公司);RC-6型溶出度测试仪(天津天光光学仪器有限公司);Waters 2535型高效液相色谱(HPLC,美国Waters公司);CTHI-150B1型恒温恒湿箱(上海施都凯有限公司);BJ-15型粉末压片机(天津博君科技有限公司);Pulverisette 23型微型球磨机(德国Fritsch公司);TP-6型智能透皮试验仪(天津鑫洲科技有限公司)。

    按照n(ETO):n(PIP)=2:1,称取0.4 mmol(114.9 mg)的ETO和0.2 mmol(17.2 mg)PIP置于球磨机中,加入20 μL的乙酸乙酯,在40 Hz条件下研磨20 min。或者称取与球磨相同物质的量的起始原料,加入2 mL乙酸乙酯,在室温条件下,以300 r/min的转速密封混悬3 d。

    按照n(ETO):n(PIP)=1:1,准确称取0.1 mmol(28.7 mg)的ETO和0.1 mmol(8.6 mg)的PIP溶于2 mL的乙醇和乙腈混合溶液(体积比1:1)的混合溶剂中,在室温下缓慢挥发。24 h后无色透明针状晶体析出。

    采用配置有Lynx Eye检测器,Cu辐射源的PXRD上测试原料以及盐的粉末样品,步长为0.02°,扫描角度3°~40°。将收集到衍射图谱与原料的衍射图谱进行对比分析。

    采用CCD单晶衍射仪收集ETO-PIP的单晶数据,测试温度为293 K,射线源为Mo(λ=0.071073 nm)。ETO-PIP的晶体结构利用SHELXL-2014软件使用直接法解得并用最小二乘法进行精修。所有非氢原子均进行各向异性精修,碳上的H原子通过几何连接固定其位置,活泼氢由傅里叶寻峰得到。晶体数据列于表 1,氢键作用力列于表 2。CCDC号:1950611

    表 1

    表 1  ETO-PIP晶体数据和结构参数
    Table 1.  Crystal data and structural refinement parameters of ETO-PIP
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    Formula C34H52N4O6 γ 102.57(3)
    Formula mass 660.86 V/nm3 0.912 8(3)
    T/K 293(2) Calculated density/(g·cm-3) 1.198
    Crystal system triclinic F(000) 354
    Space group P-1 Rint 0.037 9
    a/nm 0.568 9(11) Number of parameters 229
    b/nm 0.113 8(2) Δρmaxρmin/(e·nm-3) 242/-188
    c/nm 0.149 5(3) GOF 1.076
    α/(°) 97.64(3) R1[I>2σ(I)]/R1 0.073 9/0.110 3
    β/(°) 100.78(3) wR2[I>2σ(I)]/wR2 0.208 4/0.243 2

    表 2

    表 2  ETO-PIP的氢键参数
    Table 2.  Hydrogen-bonding parameters of ETO-PIP
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    N―H⋅⋅⋅⋅O d(D―H)/nm d(H⋅⋅⋅⋅A)/nm d(D⋅⋅⋅⋅A)/nm ∠D―H⋅⋅⋅⋅A/(°)
    N(1)―H(1⋅⋅⋅⋅)O(3) 0.086 0.212 0.281(6) 137
    N(2)―H(2C)⋅⋅⋅⋅O(2) 0.089 0.180 0.269(5) 175
    N(2)―H(2D)⋅⋅⋅⋅O(2) 0.089 0.259 0.317(6) 124
    N(2)―H(2D)⋅⋅⋅⋅O(3) 0.089 0.177 0.266(5) 179

    对两种原料和ETO-PIP进行DSC图谱的采集以用于热分析。准确称取样品3~5 mg置于铝盘中并压封,扫描范围为30~250 ℃,升温速率为10 ℃/min,在流量为50 mL/min的N2气保护下测试。

    称取ETO、ETO-PIP各40 mg置于恒温恒湿箱,设置条件为温度25 ℃,相对湿度95%,暴露28 d,对每个样品每7 d收集一次粉末XRD图谱,测定可能的固体形式转化。

    ETO的浓度用HPLC进行检测,采用C18色谱柱。流动相乙腈水溶液体积比为50:50,设置流速为1 mL/min,检测波长为273 nm,柱温为37 ℃。

    本征溶出实验在溶出度测试仪上进行,设置转速为100 r/min,温度37 ℃,介质为500 mL的磷酸盐缓冲液(pH=6.8)。称取ETO和ETO-PIP各300 mg,用粉末压片机在20 MPa的压力下压制4 min,得到直径为1 cm的药片。将药片用封口膜包裹,仅保留一面暴露。从0.5 h开始取样,每间隔30 min取样一次,时间为3 h。本征溶出实验平行做3次,结果取平均值,并将实验后的样品进行PXRD图谱的收集。

    平衡溶解度在TP-6智能透皮实验仪上进行,实验条件设置为转速100 r/min,温度37 ℃。称取ETO 300 mg,ETO-PIP 344 mg,分别加入到35 mL磷酸盐缓冲液(pH=6.8),搅拌3 d后,将过滤后的样品稀释10倍进行测试,并将实验后的样品进行粉末X射线衍射图谱的收集。

    ETO-PIP盐为三斜晶系,空间群为P-1,其不对称单元如图 1A所示。不对称单元中包含一个依托度酸阴离子,半个哌嗪阳离子,ETO羧基上的氢转移到PIP的N原子上,PIP上每个N原子均得到一个质子。如图 1B,ETO存在分子内的N+——H⋅⋅⋅⋅O-氢键(N1——H1⋅⋅⋅⋅O3),ETO和PIP之间通过N2——H2D⋅⋅⋅⋅O2,N2——H2C⋅⋅⋅⋅O3和N2——H2C⋅⋅⋅⋅O2相连形成四聚体,四聚体以PIP分子为枢纽无限延伸形成柱状结构。

    图 1

    图 1.  ETO-PIP的不对称单元; (B)ETO-PIP的氢键结构
    Figure 1.  Asymmetric unit of ETO-PIP; (B)Hydrogen bonding structure of ETO-PIP

    将制备的样品的PXRD图谱与所得到的单晶的模拟衍射图谱进行对比。如图 2所示,可以发现二者的图谱一致,这表明制备得到的样品与ETO-PIP盐晶体的结构一致,并且较为纯净。

    图 2

    图 2.  ETO-PIP实验和模拟PXRD图谱
    Figure 2.  The simulated and experimental PXRD patterns of ETO-PIP

    ETO-PIP、ETO以及PIP的DSC数据如图 3所示。PIP易升华,熔融伴随着分解,熔点为111 ℃。ETO和ETO-PIP的熔点分别为151和206 ℃,二者在熔融时均伴随着分解,但盐的形成还是提高了ETO的热稳定性。

    图 3

    图 3.  PIP、ETO和ETO-PIP的DSC(A)和TG(B)图谱
    Figure 3.  DSC(A) and TG(B) curves of PIP, ETO and ETO-PIP

    PIP的水合稳定性极差,暴露在空气中迅速吸潮。为了对比研究ETO和ETO-PIP的水合稳定性,进行了为期28 d的高湿度条件(95%RH,25 ℃)下的加湿实验,实验后样品的PXRD图谱如图 4所示。在整个实验周期内ETO和ETO-PIP均未发生相变,表明原药和盐均具有良好的水合稳定性。

    图 4

    图 4.  ETO-PIP和ETO在95%RH/25 ℃条件下暴露28d的PXRD图谱
    Figure 4.  PXRD patterns of ETO-PIP and ETO after exposing at 95%RH/25 ℃ for 28 days

    为了比较ETO和ETO-PIP的溶出性能的差异,对二者进行了本征溶出实验(由于药物本身的溶解度较小,加上本征实验需要压片,溶解较慢,实验刚开始时溶液中药物的浓度很小,所以本征实验一般第一个点从30 min开始取)。结果如图 5所示,ETO和ETO-PIP的溶出速率分别为6.23×10-5和2.95×10-5 mg/(min·mL·cm2)。形成盐以后,ETO的溶出速率提高了2.1倍。为期3 d的ETO和ETO-PIP的平衡溶解度实验表明,相较于ETO的平衡溶解度(0.82 mg/mL),ETO-PIP的平衡溶解度(3.93 mg/mL)提高了约4.8倍。如图 6所示,经过平衡溶解度实验以后,样品未发生相转化。

    图 5

    图 5.  ETO-PIP和ETO本征溶出曲线
    Figure 5.  Curves of ETO-PIP and ETO used in intrinsic dissolution experiment

    图 6

    图 6.  平衡溶解度实验后的ETO-PIP和ETO的PXRD图谱
    Figure 6.  PXRD patterns of ETO-PIP and ETO after intrinsic dissolution experiment

    制备了依托度酸(ETO)与哌嗪的药物盐,并得到其结构。利用差示扫描量热法和粉末X射线衍射对药物盐的理化性质进行了研究。结果表明,盐的形成提高了ETO的热稳定性。水合稳定性实验表明,在为期28d的高湿度条件(95%RH,25 ℃)下药物盐未发生相变具有良好的水合稳定性。药物盐比原药的溶解度和溶出速率分别提高了4.8倍和2.1倍,说明盐的形成可能提高药物的生物利用度。该工作提供了ETO有前景的固体形式,并对ETO后续的晶体工程研究打下了基础。


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  • Scheme 1  Molecular structures of (A)ETO and (B)PIP

    图 1  ETO-PIP的不对称单元; (B)ETO-PIP的氢键结构

    Figure 1  Asymmetric unit of ETO-PIP; (B)Hydrogen bonding structure of ETO-PIP

    图 2  ETO-PIP实验和模拟PXRD图谱

    Figure 2  The simulated and experimental PXRD patterns of ETO-PIP

    图 3  PIP、ETO和ETO-PIP的DSC(A)和TG(B)图谱

    Figure 3  DSC(A) and TG(B) curves of PIP, ETO and ETO-PIP

    图 4  ETO-PIP和ETO在95%RH/25 ℃条件下暴露28d的PXRD图谱

    Figure 4  PXRD patterns of ETO-PIP and ETO after exposing at 95%RH/25 ℃ for 28 days

    图 5  ETO-PIP和ETO本征溶出曲线

    Figure 5  Curves of ETO-PIP and ETO used in intrinsic dissolution experiment

    图 6  平衡溶解度实验后的ETO-PIP和ETO的PXRD图谱

    Figure 6  PXRD patterns of ETO-PIP and ETO after intrinsic dissolution experiment

    表 1  ETO-PIP晶体数据和结构参数

    Table 1.  Crystal data and structural refinement parameters of ETO-PIP

    Formula C34H52N4O6 γ 102.57(3)
    Formula mass 660.86 V/nm3 0.912 8(3)
    T/K 293(2) Calculated density/(g·cm-3) 1.198
    Crystal system triclinic F(000) 354
    Space group P-1 Rint 0.037 9
    a/nm 0.568 9(11) Number of parameters 229
    b/nm 0.113 8(2) Δρmaxρmin/(e·nm-3) 242/-188
    c/nm 0.149 5(3) GOF 1.076
    α/(°) 97.64(3) R1[I>2σ(I)]/R1 0.073 9/0.110 3
    β/(°) 100.78(3) wR2[I>2σ(I)]/wR2 0.208 4/0.243 2
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    表 2  ETO-PIP的氢键参数

    Table 2.  Hydrogen-bonding parameters of ETO-PIP

    N―H⋅⋅⋅⋅O d(D―H)/nm d(H⋅⋅⋅⋅A)/nm d(D⋅⋅⋅⋅A)/nm ∠D―H⋅⋅⋅⋅A/(°)
    N(1)―H(1⋅⋅⋅⋅)O(3) 0.086 0.212 0.281(6) 137
    N(2)―H(2C)⋅⋅⋅⋅O(2) 0.089 0.180 0.269(5) 175
    N(2)―H(2D)⋅⋅⋅⋅O(2) 0.089 0.259 0.317(6) 124
    N(2)―H(2D)⋅⋅⋅⋅O(3) 0.089 0.177 0.266(5) 179
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  • 收稿日期:  2019-07-03
  • 接受日期:  2019-10-12
  • 修回日期:  2019-09-04
  • 网络出版日期:  2020-01-01
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

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