2-芐基—苯并咪唑與反丁烯二酸的共晶及其溶解度測定

王 彎

(咸寧市實(shí)驗(yàn)外國語學(xué)校，湖北 咸寧 437100)

2-芐基—苯并咪唑與反丁烯二酸的共晶及其溶解度測定

王 彎

(咸寧市實(shí)驗(yàn)外國語學(xué)校，湖北 咸寧 437100)

藥物共晶是藥物活性成分與共晶試劑通過分子間作用力( 如氫鍵) 而形成的一種新晶型，它可改善藥物活性成分的理化性質(zhì)和生物利用度，所以近年來有關(guān)藥物共晶的研究已成為藥學(xué)領(lǐng)域一大熱點(diǎn)。本文主要是合成2-芐基—苯并咪唑后研究2-芐基—苯并咪唑—反丁烯二酸共晶的合成及測定其溶解度。

藥物共晶；2-芐基—苯并咪唑；反丁烯二酸；合成

苯并咪唑即為咪唑的苯并衍生物。苯并咪唑衍生物是一種含氮雜環(huán)化合物，這類化合物具有抗癌、抗糖尿病和肥胖、抗菌、抗 HIV、抗氧化、抗?jié)兊淖饔?，除此之外還可以作為質(zhì)子泵抑制劑、酶抑制劑、降壓、腦滲透劑和 CB2 受體激動劑。苯并咪唑類化合物具有非常強(qiáng)的生物活性，所以苯并咪唑結(jié)構(gòu)可以作為藥物開發(fā)中的藥效團(tuán)，同時也可以作為非常多重要有機(jī)化合物合成的中間體。許多藥物的產(chǎn)生是人們對苯并咪唑骨架優(yōu)化的種類繁多的取代物所導(dǎo)致的，如可以作為質(zhì)子泵抑制劑的奧美拉唑、蘭索拉唑、泮托拉唑還有許多優(yōu)秀的化合物被用于其它治療領(lǐng)域中[1]。

2-芐基—苯并咪唑(結(jié)構(gòu)圖如圖1所示)作為苯并咪唑類化合物中的一種，其結(jié)構(gòu)中咪唑環(huán)上的兩個氮原子具有多種生物活性。2-芐基—苯并咪唑可用于治療輕度高血壓、腦血管痙攣、胃腸平滑肌痙攣等等，但由于2-芐基—苯并咪唑在人體內(nèi)溶解度相對較小，人體難以吸收而造成治療效果不佳。因此，如何增大2-芐基—苯并咪唑的溶解度使其充分發(fā)揮治療作用成為研究的對象。現(xiàn)在市面上的地巴唑片就是2-芐基—苯并咪唑的鹽酸鹽，制成鹽酸鹽后的2-芐基—苯并咪唑在人體內(nèi)溶解度增加，便于人體對藥物的吸收從而達(dá)到良好的治療效果。但是研究表明，人體若攝入過量的氯離子會引起高血壓、高氯血酸中毒等癥狀[2]，因此2-芐基—苯并咪唑的鹽酸鹽類藥物的潛在危害比較大。

本文為解決這一問題，努力尋找增加2-芐基—苯并咪唑溶解度的方法。藥物共晶是增加藥物溶解度一種非常重要的手段，除了可以增加藥物的溶解度之外，藥物共晶也是用于改善藥物的物理化學(xué)性質(zhì)重要方法。因此本文采用藥物共晶來增加2-芐基—苯并咪唑的溶解度。

圖1 2-芐基苯并咪唑結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 反丁烯二酸結(jié)構(gòu)示意圖

本文選擇反丁烯二酸與2-芐基—苯并咪唑共晶，除了因?yàn)榉炊∠┒峋哂幸陨蟽?yōu)良性質(zhì)之外，還有一個重要原因。眾所周知，人體酸堿是否平衡決定了一個人的健康狀態(tài)，在酸堿失衡的狀態(tài)下會誘發(fā)各種疾病。凡食物中所含的氯、硫、磷元素較多時，在體內(nèi)代謝產(chǎn)物為酸性，為人體健康帶來隱患?，F(xiàn)在市面上各種藥物琳瑯滿目，若代謝產(chǎn)物為酸性，將會對人體造成更大傷害，反丁烯二酸是一種弱酸，相對于鹽酸這種強(qiáng)酸對人體的傷害小得多。

藥物活性成分(Active Pharmaceutical Ingredients，APIs)的物理化學(xué)性質(zhì)在很大程度上決定了藥物療效，API組分不同的劑型、型態(tài)都會使其具有不同的理化性質(zhì)從而影響藥效。那么在藥物合成開發(fā)階段，研究者通常根據(jù)藥物本身具有的性質(zhì)以及目標(biāo)藥物所要達(dá)到的要求來決定藥物的固體型態(tài)，從而使藥效最佳。確定和選擇藥物的最佳固體型態(tài)在科學(xué)研究和臨床醫(yī)學(xué)中具有十分重要的作用[3]。對于共晶，目前廣泛被接受的定義是：API分子與其他生理上可接受的酸、堿、鹽、非離子化合物分子以氫鍵、π-π堆積作用、范德華力和其他非共價鍵相連而結(jié)合在同一晶格中稱為共晶。藥物共晶任意組分在室溫條件下都是固體，其中至少有一個是分子或離子型的API。正如前文所說，藥物的固體型態(tài)可以通過共晶來改變，因此可以通過共晶來改變藥物的晶型從而擴(kuò)大藥物的專利保護(hù)范圍。

早在 1844年 和 1893 年就有關(guān)于醌氫醌的報道[4]。盡管如此，關(guān)于共晶的廣義和狹義定義仍然是一個存在許多爭議的問題。

那么，如何設(shè)計(jì)藥物共晶呢？共結(jié)晶實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)主要考慮氫鍵成鍵原理和評估潛在的分子間相互作用的強(qiáng)度。氫鍵良好的內(nèi)在穩(wěn)定性和方向性使之在共晶設(shè)計(jì)中具有很重要的應(yīng)用。

對共晶的系統(tǒng)研究表明，一個良好的氫鍵供體可與一個良好的氫鍵受體按照預(yù)先設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生相互間的分子作用[5]。

羧酸是晶體工程學(xué)研究最多的一種官能團(tuán)之一[6]，從形成氫鍵角度來看，羧酸既可以作為氫鍵受體又可以作為氫鍵給體。圖3給出的是羧酸常見的氫鍵類型。

本文所選擇的與2-芐基—苯并咪唑共晶的物質(zhì)就是含有兩個羧基的反丁烯二酸。

藥物共晶有著非常廣泛的應(yīng)用，主要有以下三種：

圖3 羧酸常見的幾種氫鍵類型

改善藥物的溶解度

對于水溶性較差的藥物，成鹽或成絡(luò)合物以及將液體直接裝進(jìn)膠囊等是增加其水溶性的常用方法。 Childs[7]等運(yùn)用晶體工程學(xué)方法，合理的設(shè)計(jì)了鹽酸氟西汀與苯甲酸、琥珀酸、富馬酸的共晶，并且與 API 鹽酸氟西汀分別進(jìn)行了粉末溶出速率實(shí)驗(yàn)和特性溶出速率實(shí)驗(yàn)對比。最終的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在 20°C 的粉末溶出速率實(shí)驗(yàn)中，琥珀酸良好的溶解性使鹽酸氟西汀-琥珀酸共晶溶解后即分解成了鹽酸氟西汀，而苯甲酸和富馬酸與鹽酸氟西汀形成的共晶在實(shí)驗(yàn)條件下其溶解度均比鹽酸氟西汀的要高。而在 10°C 的特征溶出速率實(shí)驗(yàn)中，鹽酸氟西汀的溶出速率比苯甲酸和富馬酸的共晶溶出速率要快，但是鹽酸氟西汀的溶出速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)比不上琥珀酸共晶的溶出速率。從研究結(jié)果看，只要共晶配體選擇得當(dāng)，藥物的溶解度同樣能得到有效的改善。

提高藥物的穩(wěn)定性

某些容易與水作用發(fā)生水合或降解的藥物合成共晶之后其穩(wěn)定性就極大地提高了。例如，茶堿是一種可以抗哮喘的物質(zhì),在制藥過程中，茶堿與水作用后的一水合物和無水合物會發(fā)生互變，這種互變對藥物質(zhì)量的控制極其不利。Trask等人通過將茶堿制成共晶,改善了這種不利。茶堿在RH=98%的條件下,在一天之內(nèi)就會發(fā)生解離形成水合物,而戊二酸與茶堿形成的共晶則可以穩(wěn)定1天,而乙二酸與茶堿形成的共晶發(fā)生解離形成茶堿水合物的時間是7周,大大延長了解離時間[8]。

提高藥物的生物利用度

生物利用度(bioavailability)是指藥物被機(jī)體吸收進(jìn)入循環(huán)的相對量和速率，用F表示，F(xiàn)=(A/D)×100%，A為進(jìn)入人體循環(huán)的量，D為口服劑量。生物利用度是藥物制劑質(zhì)量的一個重要指標(biāo),藥物的生物利用度與藥物的穩(wěn)定性、溶解度和溶出速率有密切的關(guān)系，藥物制備成共晶以后，使得API的生物利用度有很大方面的提高[9]。

現(xiàn)在制備藥物共晶的方法已有非常多種，主要有以下3種：

(1) 溶液合成法

溶液合成法包括溶液結(jié)晶法和超聲法，本文主要介紹溶液結(jié)晶法。

溶液結(jié)晶法是比較常用的溶液合成法，其主要方法就是按照一定的化學(xué)計(jì)量比將同為流體狀態(tài)的API和CCF加入到適當(dāng)?shù)娜軇┲羞M(jìn)行共結(jié)晶(包括蒸發(fā)結(jié)晶和冷卻結(jié)晶)。在一個多組分的溶液中，當(dāng) API和 CCF 分子結(jié)構(gòu)中含有可以形成比其他分子間作用力強(qiáng)的氫鍵的官能團(tuán)，那么這種制備共晶的方法具有熱力學(xué)優(yōu)勢[10]。

(2) 固體合成法

固體合成法主要有：升華法、研磨法、熔融法等。本文主要介紹研磨法。研磨法就是在外界機(jī)械的作用力下使固體分子之間產(chǎn)生分子間作用力或氫鍵而形成共晶，是不同固體形態(tài)之間互變的常用手段。研磨法主要有兩種，一是無液干磨法(Neat Grinding，NG)，二是加液共磨法(Solvent-Drop Grinding，SDG)。

NG 法也稱固體研磨法。此法就是將API和CCF混合后不加入任何溶劑在研缽或球磨機(jī)中研磨，利用兩種固體分子之間結(jié)構(gòu)的互補(bǔ)性及移動性來形成共晶。此法無需溶劑，副產(chǎn)物少，并且綠色環(huán)保[10]。

SDG也是研磨，但與NG法不同之處在于研磨前后需加入溶劑以促進(jìn)共晶的形成，此法可加速固體分子間的移動，降低體系的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg，從而加快共晶的生成速率[10]。

(3) 超臨界流體法

此法是使 API 和 CCF在介質(zhì)超臨界 CO2作用下溶解而后二者之間產(chǎn)生分子間作用力，然后減壓使體系過飽和析出共晶，這種方法需要物質(zhì)在超臨界 CO2中有足夠的溶解度[10]。

藥物共晶的形成離不開分子間作用力，其中氫鍵和π-π共軛作用是最常見的兩種。

1)π-π共軛作用

π-π共軛作用力在不同環(huán)境下就會有不同的形成機(jī)理，同時作用力強(qiáng)度也會隨環(huán)境的改變而發(fā)生變化。1990 年，Hunter 和 Sanders通過對邊對面的 T 型堆積、錯位的平行堆積、面對面式的π-π堆積這三種最典型的芳環(huán)堆積的分析就 π-π 共軛作用的本質(zhì)提出了一套理論模[11]，他們認(rèn)為π-π共軛作用的本質(zhì)是靜電引力。這三種芳環(huán)堆積中最普遍的形式：錯位的平行堆積這種作用力是藥物共晶結(jié)構(gòu)單元空間堆積的基礎(chǔ)。

2)氫鍵

在分子中，與半徑很小且電負(fù)性較大的 O、F、N 等以共價鍵結(jié)合的氫原子 X-H因極化效應(yīng)具有很大的偶極矩，成鍵電子云將會向電負(fù)性較大的重原子核偏移，所以氫原子核周圍電子分布很少，氫核外側(cè)裸露帶有很強(qiáng)的正電性，若在一定距離的范圍內(nèi)存在含有孤對電子并帶有負(fù)電荷的原子，在距離和方向適中的條件下正電性的氫核與負(fù)電荷的原子就會發(fā)生靜電吸引力，這種作用力就是氫鍵( X-H…Y，其中 X，Y 代表 F、O、N、S 等電負(fù)性大且半徑小的原子)。若Y與X(Y與X可以是同種元素，也可是不同元素)存在于同一分子中，則稱為分子內(nèi)氫鍵，若存在于不同分子中，則稱為分子間氫鍵。在氫鍵中，氫原子處于以共價鍵相互作用的原子和以靜電吸引作用的原子兩個強(qiáng)電負(fù)性原子之間，起到橋梁的作用。

一、實(shí)驗(yàn)

1.2-芐基—苯并咪唑的合成

(1)實(shí)驗(yàn)試劑

鄰苯二胺(分析純，上海安諾芳腦化學(xué)品有限公司)、苯乙酸、乙二醇、無水乙醇

(2)合成路線

(3)實(shí)驗(yàn)步驟

室溫下，將0.541g鄰苯二胺粉末(白色)與0.681g苯乙酸(無色晶體)溶于乙二醇溶液中，加熱回流6 h，反應(yīng)體系顏色為紅色，停止反應(yīng)并用冰水冷卻，得到紅色粗產(chǎn)物。用少量冷無水乙醇洗滌，室溫干燥，重結(jié)晶得到微紅色2-芐基—苯并咪唑。

(4)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

顏色狀態(tài)理論產(chǎn)量實(shí)際產(chǎn)量產(chǎn)率微紅色晶體1．80g0．73g40．5%

2.芐基—苯并咪唑與反丁烯二酸共晶

(1)實(shí)驗(yàn)儀器

超聲波清洗機(jī)、Bruker Smart CCD衍射儀

(2)實(shí)驗(yàn)試劑

2-芐基—苯并咪唑(分析純，上海安諾芳胺化學(xué)品有限公司)、反丁烯二酸、甲醇、蒸餾水

(3)實(shí)驗(yàn)步驟

用分析天平準(zhǔn)確稱取0.104g 2-芐基—苯并咪唑于50mL干燥小燒杯中，再準(zhǔn)確稱取0.058g反丁烯二酸(n(2-芐基—苯并咪唑):n(反丁烯二酸)=1:1)一并加入小燒杯，向小燒杯中加入10mL甲醇，用超聲波清洗機(jī)振蕩至固體完全溶解。靜置待溶劑完全揮發(fā)，得到晶體。稱重計(jì)算產(chǎn)量。

3.2-芐基—苯并咪唑—反丁烯二酸晶體結(jié)構(gòu)晶體結(jié)構(gòu)分析

(1)儀器和方法

(2)2-芐基—苯并咪唑—反丁烯二酸晶體結(jié)構(gòu)分析

表1 2-芐基—苯并咪唑—反丁烯二酸晶體數(shù)據(jù)及結(jié)構(gòu)精修數(shù)據(jù)

圖4 2-芐基—苯并咪唑—反丁烯二酸晶體結(jié)構(gòu)圖

圖5 2-芐基—苯并咪唑—反丁烯二酸晶體堆積圖

圖6 2-芐基—苯并咪唑—反丁烯二酸晶體結(jié)構(gòu)中芳環(huán)的π-π堆積作用

C(1)-N(1)1．3330(15)C(12)-C(13)1．3808(19)C(1)-N(2)1．3341(15)C(12)-H(12)0．9500C(1)-C(8)1．4884(17)C(13)-C(14)1．3794(18)C(2)-C(3)1．3858(17)C(13)-H(13)0．9500C(2)-N(2)1．3864(15)C(14)-H(14)0．9500C(2)-C(7)1．3943(15)C(15)-O(2)1．2538(14)C(3)-C(4)1．3751(17)C(15)-O(1)1．2553(14)C(3)-H(3)0．9500C(15)-C(16)1．5024(16)C(4)-C(5)1．4018(18)C(16)-C(17)1．3226(17)C(4)-H(4)0．9500C(16)-H(16)0．9500C(5)-C(6)1．3784(19)C(17)-C(18)1．4817(16)C(5)-H(5)0．9500C(17)-H(17)0．9500C(6)-C(7)1．3938(16)C(18)-O(3)1．2179(14)C(6)-H(6)0．9500C(18)-O(4)1．3144(14)C(7)-N(1)1．3852(16)N(1)-O(1)2．7243(12)C(8)-C(9)1．5154(17)N(1)-H(1)0．872(14)C(8)-H(8A)0．9900N(2)-H(2)0．945(13)C(8)-H(8B)0．9900O(1)-O(5)2．6922(13)C(9)-C(10)1．3867(17)O(3)-O(6)2．8208(13)C(9)-C(14)1．3901(18)O(4)-H(4A)0．939(15)C(10)-C(11)1．386(2)O(5)-H(5A)0．920(17)C(10)-H(10)0．9500O(5)-H(5B)0．884(16)C(11)-C(12)1．375(2)O(6)-H(6A)0．917(18)C(11)-H(11)0．9500O(6)-H(6B)0．835(19)

表3 2-芐基—苯并咪唑—反丁烯二酸晶體的鍵角

表4 氫鍵鍵長及鍵角

4.2-芐基—苯并咪唑—反丁烯二酸共晶溶解度的測定

(1)驗(yàn)儀器

光電二極管陣列紫外-可見分光光度計(jì)

(2)驗(yàn)步驟

1)準(zhǔn)確稱量3.0mg 2-芐基—苯并咪唑—反丁烯二酸共晶于50mL小燒杯中，加入適量蒸餾水完全溶解，轉(zhuǎn)移至50.00mL的容量瓶中。用移液管分別移取5mL、6mL、10mL、15mL于50.00mL容量瓶中，蒸餾水定容后放置待用。

2)在50mL小燒杯中加入適量水后不斷加入少量2-芐基—苯并咪唑—反丁烯二酸直至2-芐基—苯并咪唑—反丁烯二酸共晶不再溶解。過濾，濾去多余的2-芐基—苯并咪唑—反丁烯二酸。

3)取出1mL飽和2-芐基—苯并咪唑—反丁烯二酸溶液稀釋至50mL容量瓶中記為溶液1，再從容量瓶中取出10mL溶液于25.00mL容量瓶中記為溶液2。

4)用光電二極管陣列紫外-可見分光光度計(jì)分別測定以上溶液的吸光度。

(3)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

圖7 不同濃度2-芐基—苯并咪唑—反丁烯二酸共晶的吸度曲線

移取的溶液體積(mL)濃度(mg/mL)吸光度(Abs)50．0060．47760．00720．517100．0120．720150．0180．888溶液2未知0．798

根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，作出吸光度與濃度工作曲線，再根據(jù)工作曲線計(jì)算出飽和溶液的濃度，進(jìn)而推算出2-芐基—苯并咪唑—反丁烯二酸共晶的溶解度。

二、結(jié)果分析

從圖7可以看出2-芐基—苯并咪唑—反丁烯二酸共晶在波長213nm及270nm附近有較強(qiáng)的吸收，根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出工作曲線為y=34.798x + 0.274 7，根據(jù)工作曲線很容易得到飽和溶液的濃度為1.88mg/mL(即為0.005 2mol/L)。查閱CA文獻(xiàn)，得知2-芐基苯并咪唑的溶解度0.001 1mol/L，溶解度增加了接近5倍。因此通過藥物共晶的方法來增加2-芐基—苯并咪唑這種藥物的溶解度是可行的。這個結(jié)論為日后醫(yī)學(xué)研究2-芐基—苯并咪唑這種藥物奠定了一定的基礎(chǔ)。

三、結(jié)論

1.以鄰苯二胺和苯乙酸為原料合成了2-芐基—苯并咪唑

3.利用光電二極管陣列紫外-可見分光光度計(jì)間接測得2-芐基—苯并咪唑—反丁烯二酸晶體的溶解度。發(fā)現(xiàn)共晶后2-芐基苯并咪唑藥物的溶解度大幅度增加。

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