氟康唑共晶的熱力學(xué)研究

任曉英，趙 射，楊 玲，王 靜，楊彩琴，王 偉＊

（1.河北省保定市第二醫(yī)院急診科，河北 保定071051；2.河北醫(yī)科大學(xué)藥學(xué)院無機物化教研室，河北 石家莊050017）

藥物共晶是根據(jù)晶體工程學(xué)原理將藥物活性成分（active pharmaceutical ingredient，API）與其他生物相容性的分子，以氫鍵等非共價鍵形式按照一定化學(xué)計量比結(jié)合在同一晶格中的晶體［1］。經(jīng)過合理設(shè)計的藥物共晶可以顯著改善藥物的物理化學(xué)性質(zhì)、溶解度、溶解速率和穩(wěn)定性［2-5］。共晶中API與丁二酸為共晶形成物（co-crystal former，CCF）之間以氫鍵結(jié)合，不會破壞分子內(nèi)部的共價鍵［6］。對于那些不可解離的藥物，共晶是一種重要的改變固體形態(tài)的手段，對藥物的處方前研究和劑型設(shè)計有深遠(yuǎn)影響［7］。藥物工作者在進行共晶的研究中著眼點往往放在共晶對藥物特性是否有了改善，從而忽略了共晶的熱力學(xué)問題，即共晶分子是否具有熱力學(xué)穩(wěn)定性，而這個問題也是造成目前市場上還沒有一個共晶藥物上市的原因之一。所以對共晶的研究還要從化學(xué)研究的著眼點出發(fā)，深入的理論研究是必不可少的。氟康唑系三唑類抗真菌藥［8］，難溶于水。本實驗以氟康唑為API，以丁二酸為CCF，制備氟康唑共晶，研究溶液中共晶的形成熱力學(xué)及溶解熱力學(xué)。

1 材料與方法

1.1 儀器與試藥 KQ-100DE型數(shù)控超聲波清洗器（昆山市超聲儀器有限公司）；AVATAR330IR紅外光譜分析儀（美國尼高力）；TU-1901雙光束紫外可見分光光度計（北京普析通用儀器責(zé)任有限公司），Dlmax-2500粉末X射線衍射儀（日本Rigaku公司）；XPR-700V熱臺偏光顯微鏡（上海團結(jié)儀器制造有限公司）。氟康唑（石家莊市第四制藥廠）；丁二酸（沈陽市試劑三廠，分析純）；甲醇（天津市永大化學(xué)試劑有限公司，分析純）；實驗用水為蒸餾水。

1.2 方法

1.2.1 氟康唑含量方法 ①標(biāo)準(zhǔn)曲線：精密稱取氟康唑原料藥43.5mg，置于100mL容量瓶中，用少量蒸餾水溶解后稀釋至刻度搖勻，得氟康唑儲備液；精密量取氟康唑儲備液1、2、4、6、8、10mL于10 mL容量瓶中，加蒸餾水稀釋至刻度，在260nm波長處測定吸光度，得出回歸方程A＝0.002 1c＋0.011（r＝0.999 5），氟康唑濃度在43.5～435.0 μg／mL范圍內(nèi)線性關(guān)系良好。②回收率的測定：分別在高（204.73μg／mL）、中（170.61μg／mL）、低（136.49μg／mL）不同濃度的氟康唑溶液中計算氟康唑平均回收率為99.42%，RSD為0.45%（n＝9）；實驗結(jié)果表明氟康唑的濃度測定不受丁二酸的干擾，故紫外分光光度法可定量測氟康唑的含量。③精密度試驗：精密量取高、中、低不同濃度的氟康唑溶液，分別于同日內(nèi)（5次）、不同日（5d）測定氟康唑含量；氟康唑高、中、低濃度日內(nèi)RSD為0.07%，日間RSD為0.6%（n＝15），日內(nèi)、日間RSD均較小，日內(nèi)、日間精密度符合方法學(xué)要求。

1.2.2 氟康唑共晶的制備 分析天平精密稱取氟康唑與丁二酸共210mg（摩爾比1∶1）加入瑪瑙研缽內(nèi)，加適量甲醇輔助研磨10min，真空干燥備用。

1.2.3 X射線粉末衍射（X-ray powder diffraction，XRD）Cu Kα1輻射，石墨單色器，40kV，150mA，2θ掃描范圍10～40°，掃描速度8°／min，步長0.02°。

1.2.4 氟康唑與丁二酸在溶液中的結(jié)合熱力學(xué)

溶液中氟康唑與丁二酸的結(jié)合常數(shù)采用相溶解度法［9］。于 50mL 錐 形 瓶 中 加 入 0、2、4、6、8、10 mmol／mL的丁二酸溶液30mL，并加入過量的氟康唑，30℃超聲2h達(dá)平衡，精密量取續(xù)濾液0.25mL于10mL容量瓶并稀釋至刻度，于測定波長處測定吸收值，計算氟康唑濃度，以［API］0對［CCF］0作圖，由回歸方程的斜率和截距求出氟康唑與丁二酸溶液中的結(jié)合常數(shù)，即K＝斜率／截距（1-斜率），△G＝-RTlnK求出△G。

1.2.5 氟康唑共晶的溶解熱力學(xué) 摩爾比1∶1氟康唑-丁二酸共晶體系溶解時，會存在以下2種情況：①溶解后的共晶飽和溶液既無絡(luò)合反應(yīng)也不發(fā)生進一步解離時，A的溶解度與溶液中C的濃度無關(guān)，則共晶的溶解度，測出共晶的溶解度，則可求出Ksp。再應(yīng)用公式 計算△G＝-RTlnSASC／Ksp計算△G。② 共晶溶解后的溶液中藥物API（A）和CCF（C）之間有絡(luò)合效應(yīng)時，溶液中存在平衡：

其中，ACsolid和ACsoln表示共晶和共晶溶液，Asoln和Csoln分別表示API和CCF溶液。根據(jù)化學(xué)平衡定律，平衡常數(shù)表示為：

式中，Ksp為溶度積，K11為絡(luò)合常數(shù)，［A］、［C］分別為API和CCF的濃度，［AC］為共晶濃度。令［A］T、［C］T分別為A和C的總濃度（溶液中的濃度和共晶中的濃度），則：

故有：

若K11Ksp＜＜［C］T，則有

以［A］T對1／［C］T作圖，由回歸方程的斜率求出Ksp，再由截距求出K11。

2 結(jié) 果

2.1 XRD分析 氟康唑、丁二酸在5～10°之間有特征的晶體衍射峰。氟康唑在9.9°、16.5°、20.0°，丁二酸在16.0°、19.9°、26.1°和37.9°處均有強晶體衍射峰出現(xiàn)，但形成氟康唑-丁二酸共晶后，氟康唑在9.9°及13.5°的衍射峰消失，在16.5°和20.0°處的衍射峰明顯減弱，丁二酸在37.9°處強的衍射峰消失，共晶樣品在7.9°和9.1°處出現(xiàn)了新的衍射峰，說明氟康唑與丁二酸形成了新的物相——共晶（圖1）。

圖1 原料藥及共晶的XRD圖譜a.氟康唑；b.丁二酸；c.研磨10min共晶Figure 1 XRD patterns of API，CCF and co-crystal

2.2 溶液中結(jié)合熱力學(xué) 氟康唑的溶解度隨丁二酸濃度的增加而增加，且呈線性關(guān)系，由此說明相溶解度曲線為AL型（圖2）。又由于回歸方程的斜率小于1，所以，API與CCF結(jié)合為1∶1［10］。由回歸方程的斜率和截距求得K＝5.4L／mol，△G＝-4.2 kJ／mol＜0，即該結(jié)合反應(yīng)為自發(fā)反應(yīng)。

2.3 共晶溶解熱力學(xué) 分別測定不同溫度下共晶在不同濃度的丁二酸溶液中的溶解度數(shù)據(jù)，以［A］T對 ［C］T作圖（圖3A）和以［A］T對1／［C］T作圖（圖3B），由圖3A可見氟康唑的溶解度隨著丁二酸濃度的增大而減小，也就是說共晶的溶解度行為與難溶鹽類似，會產(chǎn)生同離子效應(yīng)。圖3B呈現(xiàn)的［A］T對1／［C］T作圖為直線關(guān)系，說明氟康唑共晶溶解后會發(fā)生進一步絡(luò)合，由直線回歸方程計算Ksp、求出絡(luò)合常數(shù)K11（見表1）。

圖2 共晶形成的相溶解度曲線Figure 2 Phase solubility curve of co-crystal formation

圖3 共晶溶解的相溶解度曲線A.［A］T-［C］T；B.［A］T-1／［C］TFigure 3 Phase solubility curve of co-crystal dissolution

表1 共晶不同溫度下的溶解熱力學(xué)數(shù)值Table 1 The thermodynamic parameters of dissolution of co-crystal at different temperature

隨溫度提高，Ksp略有增大，說明共晶溶解是吸熱反應(yīng)，這與溶度積固有屬性是一致的，而共晶溶解后在溶液中的絡(luò)合能力隨溫度升高而減小。將30℃時丁二酸和氟康唑的水中溶解度（930mmol／L和18.27mmol／L）代入公式，求得△G＝-12.78 kJ／mol＜0。因此，可判斷出形成共晶的反應(yīng)是自發(fā)的且形成共晶的可能性大。

3 討 論

藥物與不同CCF形成的共晶會有不同的固體形態(tài)，通過選擇不同的共晶形成物，可達(dá)到設(shè)計藥物性質(zhì)的目的。共晶結(jié)構(gòu)預(yù)測對象不僅包括各組分形成共晶的可能性、分子間相互作用和堆積排列，還包括共晶的化學(xué)計量比、溶劑的影響等，但目前采用較多的晶體工程和計算分析等方法并不能絕對可靠地預(yù)測共晶的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，因此，共晶的篩選尚停留在反復(fù)嘗試的階段。

本實驗采用相溶解度法研究溶液中API與CCF的結(jié)合熱力學(xué)和共晶的溶解熱力學(xué)，由結(jié)合常數(shù)可以評估共晶的結(jié)合穩(wěn)定性及自發(fā)性趨勢［11-12］。

摩爾比1∶1的共晶體系在溶液中存在的平衡及相應(yīng)的△G如下所示：

△G＝-RTlnα′A＝-RTlnSA（由于 A是非電解質(zhì)稀溶液，所以A的活度近似等于濃度，即等于A的溶解度） （7）

其中符號A代表API，C代表CCF，AC代表共晶，α′A代表A的活度，SA代表A的溶解度，αA代表共晶溶解的A的活度，αC共晶溶解的C的活度，△GA代表A溶解反應(yīng)的吉布斯能變，△GC代表C溶解反應(yīng)的吉布斯能變，△GAC代表共晶溶解反應(yīng)的吉布斯能變，Ksp是共晶的溶度積常數(shù)。

將（1）＋（2）-（3）得總反應(yīng)為：

公式（10）揭示了共晶形成的本質(zhì)，△G與溫度以及API、CCF、共晶3種物質(zhì)的溶解度有關(guān)。可通過計算△G的正負(fù)來判斷一定條件下共晶形成的可能性：△G＞0時，形成共晶的可能性?。弧鱃＜0時，則形成共晶的可能性大。

本研究對共晶的溶解后的存在形式進行了詳細(xì)的分析，這些理論分析及實驗設(shè)計為共晶的篩選及制備條件優(yōu)選提供了支撐。

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