依諾沙星與對(duì)苯二甲酸的共晶制備及結(jié)構(gòu)、溶解度測(cè)定

樂曉帥

(咸寧實(shí)驗(yàn)外國(guó)語(yǔ)學(xué)校，湖北 咸寧 437100)

依諾沙星與對(duì)苯二甲酸的共晶制備及結(jié)構(gòu)、溶解度測(cè)定

樂曉帥

(咸寧實(shí)驗(yàn)外國(guó)語(yǔ)學(xué)校，湖北 咸寧 437100)

藥物共晶是活性藥物成分(API)和共晶形成物(CCF)在氫鍵或其他非共價(jià)鍵的作用下通過分子識(shí)別而成的晶體，并且API和CCF的純態(tài)在常溫下均為固體。藥物共晶在維持藥物共價(jià)結(jié)構(gòu)的同時(shí)，對(duì)活性藥物成分的物化性質(zhì)產(chǎn)生影響，了解共晶現(xiàn)象及其性質(zhì)，可以改善藥物的物化性質(zhì)，提高藥物的穩(wěn)定性和生物利用度，使藥物發(fā)揮更好的療效。本文選用依諾沙星為模型藥物，利用溶劑揮發(fā)法來(lái)制備依諾沙星與對(duì)苯二甲酸的不同物質(zhì)的量配比的共晶產(chǎn)物，并進(jìn)行共晶產(chǎn)物的晶體結(jié)構(gòu)測(cè)定與分析。再進(jìn)一步對(duì)共晶產(chǎn)物做溶解度測(cè)定的實(shí)驗(yàn)，探究在不同的共晶操作之后依諾沙星溶解度的變化程度。

藥物共晶；依諾沙星；對(duì)苯二甲酸；溶解度

共晶很早就為人類所知，科學(xué)家們首次發(fā)現(xiàn)共晶是在100多年前，早在 1844[1]年和1893[2]年就有關(guān)于醌氫醌共晶的文獻(xiàn)報(bào)道?！肮簿А边@個(gè)詞最早是由Schmidt和 Snipes在1967年用來(lái)描述嘧啶和嘌呤的復(fù)合晶體分子。雖然共晶在100多年前就被人們所發(fā)現(xiàn)，但是在1960年之前有關(guān)共晶的報(bào)道非常少，據(jù)統(tǒng)計(jì)1951年前共晶結(jié)構(gòu)的數(shù)量只占劍橋結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)(Cambridge Structural Database，CSD)的1%。雖然近幾年共晶得到了人們的廣泛關(guān)注，越來(lái)越多的共晶結(jié)構(gòu)被人們發(fā)現(xiàn)，但在436 384 種CSD結(jié)構(gòu)中也只有1 950個(gè)共晶結(jié)構(gòu)[3]，僅占0.45%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其他固體形態(tài)數(shù)量。

共晶本質(zhì)上是一種超分子自組裝系統(tǒng)，是熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)、分子識(shí)別的平衡結(jié)果。在分子自組裝過程中，分子間的相互作用以及空間效應(yīng)影響超分子網(wǎng)絡(luò)的形成，而超分子網(wǎng)絡(luò)又直接影響了晶體的構(gòu)成。在共晶體系內(nèi)，不同分子間的相互作用主要有氫鍵、π-π堆積作用、C-H…π相互作用、范德華力和鹵鍵[4]。其中氫鍵、π-π堆積作用是最常見的兩種。

依諾沙星是制備共晶的模型藥物之一。第三代常用的喹諾酮類抗生素，但是由于其水溶性差，一般依諾沙星口服制劑進(jìn)入人體后溶出速率慢，生物利用率較低，在臨床中其治療效果不能充分發(fā)揮，同時(shí)也抑制了其液體制劑如滴眼藥的應(yīng)用和發(fā)展。為了適應(yīng)臨床要求，人們?cè)谘芯克幬锏男轮苿┤缧戮汀Ⅺ}、溶劑化合物等試圖解決藥物水溶性差的問題。目前，增加依諾沙星水中的溶解性的主要方法是將依諾沙星與葡萄糖酸制備成鹽，但由于該方法在反應(yīng)過程中要生成內(nèi)酯而費(fèi)時(shí)費(fèi)力，消耗能源，成本較高。關(guān)于依諾沙星增加其水中的溶解性以改變其療效的其他成功研究文獻(xiàn)和報(bào)道少之又少。

隨著人們對(duì)共晶問題研究的深入，共晶的概念開始逐漸進(jìn)入人們的視野。共晶在改善藥物理化性質(zhì)方面有很好的作用，同時(shí)，共晶的制備過程既省時(shí)又省錢，所以本文利用共晶原理，以對(duì)苯二甲酸為CCF與依諾沙星制備不同物質(zhì)的量配比的共晶，進(jìn)行共晶產(chǎn)物的晶體結(jié)構(gòu)測(cè)定與分析。并進(jìn)一步對(duì)共晶形成后的化合物做溶解度測(cè)定的實(shí)驗(yàn)，探究在不同的共晶的操作之后依諾沙星溶解度的變化程度，為依諾沙星及其他喹諾酮類藥物共晶的制備提供參考。

一、依諾沙星-對(duì)苯二甲酸共晶的制備

1.依諾沙星

依諾沙星(Enoxacin)化學(xué)名為1-乙基-6-氟-1,4二氫-4-氧代-7-(1-哌嗪基)-1,8-萘啶-3-羧酸倍半水合物，是由日本大日本制藥株式會(huì)社研發(fā)的第三代喹諾酮類抗生素，于1986年首次在日本批準(zhǔn)上市，屬殺菌劑，通過作用于細(xì)菌DNA螺旋酶的A亞單位，抑制DNA的合成和復(fù)制而導(dǎo)致細(xì)菌死亡。相比以萘啶酸和吡咯酸為代表的第一代喹諾酮抗菌藥物，以及以西諾沙星和吡哌酸為代表的第二代喹諾酮類抗菌藥物，依諾沙星具有廣譜抗菌作用，尤其對(duì)需氧革蘭陰性桿菌具有較高的抗菌活性，并且對(duì)青霉素耐藥的淋病奈瑟菌、莫拉菌屬等具有很高的抗菌活性，對(duì)沙眼衣原體、支原體軍團(tuán)菌具有良好的抗微生物作用。因此依諾沙星臨床廣泛應(yīng)用于呼吸道、泌尿生殖系統(tǒng)、胃腸道、皮膚軟組織、耳鼻喉眼感染[5]。

依諾沙星的分子結(jié)構(gòu)如圖1所示，具備第三代喹諾酮類抗菌藥相同特征：(1)萘啶環(huán)的6位引入了氟原子；(2)7位上連有哌嗪環(huán)。此結(jié)構(gòu)提高了其抗菌活性，增寬了抗菌譜，并且具有使用方便、成本低廉、療效顯著的優(yōu)點(diǎn)。

圖1 依諾沙星分子結(jié)構(gòu)圖

2.對(duì)苯二甲酸

對(duì)苯二甲酸(p-phthalic acid，PTA)常溫下是白色針狀結(jié)晶或粉末，加熱不熔化，300℃以上升華，自燃點(diǎn)680℃。能溶于熱乙醇，微溶于水，不溶于乙醚、冰醋酸和氯仿。對(duì)苯二甲酸是產(chǎn)量最大的二元羧酸，主要由對(duì)二甲苯制得，其用途廣泛,主要用于生產(chǎn)聚酯樹脂、聚酯纖維、家禽飼料添加劑等，是一種重要的工業(yè)化學(xué)品[6]。眾多研究表明PTA可以被多種微生物分解，而且可以作為微生物唯一的碳源而被降解，降解PTA微生物廣泛存在于土壤、河流水處理廠的活性污泥與堆肥中。

對(duì)苯二甲酸的分子結(jié)構(gòu)中，在苯環(huán)的1位和4位分別有羧基取代基，是一種二元羧酸。由于羧基的存在，它同時(shí)可以作為氫鍵的受體和給體，因此，其可以作為CCF與藥物形成共晶，從而改善藥物的理化性質(zhì)。

3.實(shí)驗(yàn)部分

(1)實(shí)驗(yàn)儀器和試劑

超聲波清洗儀，光學(xué)顯微鏡

依諾沙星(分析純)，對(duì)苯二甲酸(分析純)，實(shí)驗(yàn)用水為蒸餾水。

(2)實(shí)驗(yàn)過程

1)依諾沙星與對(duì)苯二甲酸投料物質(zhì)的量之比為1∶1共晶制備：

本實(shí)驗(yàn)中采用的是溶劑揮發(fā)法來(lái)制備依諾沙星與對(duì)苯二甲酸共晶產(chǎn)物。用分析天平準(zhǔn)確稱取依諾沙星0.087 0g(0.25mmol)和對(duì)苯二甲酸0.042 0g(0.25mmol)，摩爾比為1∶1。加入到100mL小燒杯中。再加入30mL蒸餾水溶解，蓋上保鮮膜(防止溶液濺出及外部的水濺入)后在超聲波清洗儀中進(jìn)行振蕩，一段時(shí)間后繼續(xù)加少量蒸餾水在超聲波清洗儀中振蕩。重復(fù)上述加蒸餾水步驟直至固體全部溶解，過濾得濾液。在小燒杯上蓋上濾紙(防止雜質(zhì)進(jìn)入)后放置一段時(shí)間，待溶劑緩慢揮發(fā)直至完畢即可得到依諾沙星與對(duì)苯二甲酸投料物質(zhì)的量之比為1∶1的共晶產(chǎn)物。

得到的依諾沙星與對(duì)苯二甲酸投料物質(zhì)的量之比為1∶1的共晶產(chǎn)物0.120 0g，產(chǎn)率93%。在顯微鏡下觀察晶體為無(wú)色透明棒狀晶體。

2)依諾沙星與對(duì)苯二甲酸投料物質(zhì)的量之比為2∶1共晶制備：

方法同1)，其中準(zhǔn)確稱取依諾沙星0.087 0g(0.25mmol)和對(duì)苯二甲酸0.021 0g(0.125mmol)，摩爾比為2∶1。

得到的依諾沙星與對(duì)苯二甲酸投料物質(zhì)的量之比為2∶1的共晶產(chǎn)物0.098 28g，產(chǎn)率91%。在顯微鏡下觀察晶體為無(wú)色透明棒狀晶體。

二、依諾沙星-對(duì)苯二甲酸共晶的結(jié)構(gòu)

1.儀器與方法

2.依諾沙星-對(duì)苯二甲酸共晶的晶體結(jié)構(gòu)分析

(1)依諾沙星與對(duì)苯二甲酸投料物質(zhì)的量之比為1∶1共晶的晶體結(jié)構(gòu)分析：

由其X-射線單晶衍射實(shí)驗(yàn)晶體結(jié)構(gòu)測(cè)定的數(shù)據(jù)(如表1)可知依諾沙星與對(duì)苯二甲酸投料物質(zhì)的量之比為1∶1共晶產(chǎn)物在單斜晶系P2(1)/c空間群中結(jié)晶。在其最小的不對(duì)稱單元中，有一個(gè)水分子，一個(gè)依諾沙星陽(yáng)離子(帶一個(gè)單位正電荷)和一個(gè)對(duì)苯二甲酸陰離子(帶一個(gè)單位負(fù)電荷)。如圖2所示，依諾沙星與對(duì)苯二甲酸投料物質(zhì)的量比為1∶1，所形成的共晶產(chǎn)物中依諾沙星與對(duì)苯二甲酸物質(zhì)的量比為1∶1，并含一個(gè)水分子(最小的不對(duì)稱單元中)。后面統(tǒng)稱依諾沙星-對(duì)苯二甲酸1∶1共晶。

圖2 依諾沙星-對(duì)苯二甲酸1∶1共晶分子結(jié)構(gòu)圖(虛線代表氫鍵)

圖3 依諾沙星-對(duì)苯二甲酸1∶1共晶空間堆積圖

依諾沙星-對(duì)苯二甲酸1∶1共晶的晶體結(jié)構(gòu)及結(jié)構(gòu)精修數(shù)據(jù)如表1所示，晶體中選擇性鍵長(zhǎng)、鍵角和氫鍵的相關(guān)參數(shù)分別如表2、表3所示。

表1 依諾沙星-對(duì)苯二甲酸1∶1共晶的

表2 依諾沙星-對(duì)苯二甲酸1∶1共晶晶體結(jié)構(gòu)的選擇性鍵長(zhǎng)]和鍵角[°]

表3 依諾沙星-對(duì)苯二甲酸1∶1共晶晶體結(jié)構(gòu)的氫鍵數(shù)據(jù)

(2)依諾沙星與對(duì)苯二甲酸投料物質(zhì)的量之比為2∶1共晶的晶體結(jié)構(gòu)分析：

由其X-射線單晶衍射實(shí)驗(yàn)晶體結(jié)構(gòu)測(cè)定的數(shù)據(jù)(如表4)可知依諾沙星與對(duì)苯二甲酸投料物質(zhì)的量之比為2∶1，共晶產(chǎn)物在三斜晶系P-1空間群中結(jié)晶。在其最小的不對(duì)稱單元中，有四個(gè)水分子，兩個(gè)依諾沙星陽(yáng)離子(帶一個(gè)單位正電荷)和兩個(gè)對(duì)苯二甲酸陰離子(帶一個(gè)單位負(fù)電荷)。如圖4所示，依諾沙星與對(duì)苯二甲酸投料物質(zhì)的量比為2∶1，所形成的共晶產(chǎn)物中依諾沙星與對(duì)苯二甲酸物質(zhì)的量比為2∶1，并含四個(gè)水分子(最小的不對(duì)稱單元中)，后面統(tǒng)稱依諾沙星-對(duì)苯二甲酸2∶1共晶。

圖4 依諾沙星-對(duì)苯二甲酸2∶1共晶分子結(jié)構(gòu)圖(虛線代表氫鍵)

圖5 依諾沙星-對(duì)苯二甲酸2∶1共晶空間堆積圖

依諾沙星-對(duì)苯二甲酸2∶1共晶的晶體結(jié)構(gòu)及結(jié)構(gòu)精修數(shù)據(jù)如表4所示，晶體中各個(gè)鍵的鍵長(zhǎng)和氫鍵的相關(guān)參數(shù)分別如表5、表6所示。

表4 依諾沙星-對(duì)苯二甲酸2∶1共晶的

表5 依諾沙星-對(duì)苯二甲酸2∶1共晶晶體

表6 依諾沙星-對(duì)苯二甲酸2∶1共晶

三、依諾沙星-對(duì)苯二甲酸共晶的溶解度測(cè)定

1.實(shí)驗(yàn)部分

(1)實(shí)驗(yàn)儀器與試劑TU-1810紫外可見分光光度計(jì)，超聲波清洗儀

實(shí)驗(yàn)制得的依諾沙星-對(duì)苯二甲酸1∶1和2∶1共晶產(chǎn)物，實(shí)驗(yàn)用水為蒸餾水。

(2)實(shí)驗(yàn)步驟

1)依諾沙星-對(duì)苯二甲酸1∶1共晶的溶解度測(cè)定：

準(zhǔn)確稱取依諾沙星-對(duì)苯二甲酸1∶1共晶產(chǎn)物0.006 4g于50mL小燒杯中，加入適量蒸餾水完全溶解，轉(zhuǎn)移至50mL的容量瓶中，進(jìn)一步稀釋10倍得原溶液1(測(cè)得其在264nm有吸收峰，Abs1.043)，濃度為0.012 8mg/mL。以下列方式用50mL容量瓶進(jìn)行稀釋得1～5號(hào)已知濃度的溶液(表7)：

表7 依諾沙星-對(duì)苯二甲酸1∶1共晶

在50mL小燒杯中加入適量水后不斷加依諾沙星-對(duì)苯二甲酸1∶1共晶在超聲波清洗儀中振蕩直至共晶不再溶解。過濾，得依諾沙星-對(duì)苯二甲酸1∶1共晶飽和溶液，稀釋一定倍數(shù)得溶液a待用。

用紫外可見分光光度計(jì)(TU-1810型)，厚度為1cm石英比色皿進(jìn)行1～5號(hào)溶液及溶液a的紫外吸收的測(cè)定。由1～5號(hào)已知濃度的溶液可繪制出共晶產(chǎn)物溶液其濃度與吸光度的工作曲線，從而計(jì)算出共晶產(chǎn)物的溶解度。

2)依諾沙星-對(duì)苯二甲酸2∶1共晶的溶解度測(cè)定

方法步驟同1)，其中稱取共晶0.008 0g，制得原溶液2(測(cè)得其在269nm有吸收峰，Abs10.175)，濃度為0.160mg/mL。以下列方式用50mL容量瓶進(jìn)行稀釋得1～5號(hào)已知濃度的溶液(表8)：

表8 依諾沙星-對(duì)苯二甲酸2∶1共晶不同濃度溶液的配置

2.實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

(1)依諾沙星-對(duì)苯二甲酸1∶1共晶

通過不同濃度下的依諾沙星-對(duì)苯二甲酸1∶1共晶的紫外吸收的測(cè)量繪得紫外光譜(如圖6所示)，可知該化合物的最大吸收波長(zhǎng)為λ=264nm。將1～5號(hào)已知濃度的溶液在264nmAbs為縱坐標(biāo)，濃度(mg/mL)為橫坐標(biāo)繪制出依諾沙星-對(duì)苯二甲酸1∶1共晶的工作曲線(如圖7所示)。

依諾沙星-對(duì)苯二甲酸1∶1共晶飽和溶液稀釋50倍后測(cè)得溶液在波長(zhǎng)264nm有吸收峰Abs0.467。根據(jù)工作曲線計(jì)算得到依諾沙星-對(duì)苯二甲酸1∶1共晶飽和溶液的濃度為0.321mg/mL。換算成依諾沙星的溶解度為0.204mg/mL。

圖6 依諾沙星-對(duì)苯二甲酸1∶1共晶不同濃度溶液的紫外光譜

圖7 依諾沙星-對(duì)苯二甲酸1∶1共晶溶液的工作曲線

(2)依諾沙星-對(duì)苯二甲酸2∶1共晶

通過不同濃度下的依諾沙星-對(duì)苯二甲酸2∶1共晶的紫外吸收的測(cè)量繪得紫外光譜(如圖8所示)，可知該化合物的最大吸收波長(zhǎng)為λ=269nm。將1～5號(hào)已知濃度的溶液在269nmAbs為縱坐標(biāo)，濃度(mg/mL)為橫坐標(biāo)繪制出依諾沙星-對(duì)苯二甲酸2∶1共晶的工作曲線(如圖9所示)。

圖8 依諾沙星-對(duì)苯二甲酸2∶1共晶不同濃度溶液的紫外光譜

圖9 依諾沙星-對(duì)苯二甲酸2∶1共晶溶液的工作曲線

依諾沙星-對(duì)苯二甲酸2∶1共晶飽和溶液稀釋200倍后測(cè)得溶液在波長(zhǎng)269nm有吸收峰Abs0.465。根據(jù)工作曲線計(jì)算得到依諾沙星-對(duì)苯二甲酸2∶1共晶飽和溶液的濃度為1.16mg/mL。換算成依諾沙星的溶解度為0.917mg/mL。

四、結(jié)論

抗菌藥依諾沙星可以用對(duì)苯二甲酸作為共晶形成物(CCF)，以水作為溶劑通過溶劑揮發(fā)法制備不同物質(zhì)的量配比的共晶。本實(shí)驗(yàn)成功制備了依諾沙星-對(duì)苯二甲酸1∶1共晶，依諾沙星-對(duì)苯二甲酸2∶1共晶，并且使依諾沙星的溶解度都有增加(據(jù)中華藥典2005年版，依諾沙星不溶于水，即溶解度小于0.1mg/mL)，其中依諾沙星-對(duì)苯二甲酸2∶1共晶中依諾沙星的溶解度有大幅增加，表明通過藥物共晶的方法來(lái)增加依諾沙星這種藥物的溶解度是可行的。

本實(shí)驗(yàn)還進(jìn)行了兩種共晶結(jié)構(gòu)、溶解度測(cè)定，相關(guān)性質(zhì)參數(shù)對(duì)比如下(表9)：

表9 依諾沙星-對(duì)苯二甲酸1∶1和2∶1共晶性質(zhì)參數(shù)對(duì)比

通過對(duì)比可知依諾沙星-對(duì)苯二甲酸2∶1共晶溶解度比1∶1的溶解度大，表明不同物質(zhì)的量配比的共晶溶解度存在差異。從組成看，依諾沙星-對(duì)苯二甲酸2∶1共晶所含四個(gè)H2O，比1∶1共晶多；同時(shí)2∶1共晶中對(duì)苯二甲酸的極性比1∶1中的大，這些都是依諾沙星-對(duì)苯二甲酸2∶1共晶溶解度比1∶1的溶解度大的可能原因。同時(shí)，這一現(xiàn)象也符合Nehm[7]等在研究卡馬西平(CBZ)和煙酰胺(NCT)共晶溶解度時(shí)得出的結(jié)論：溶液中各組分濃度與共晶溶解度有密切關(guān)系，共晶溶解度隨著CCF濃度的減小而越來(lái)越大。所以，在今后依諾沙星等的藥物共晶的研究時(shí)，除了要選擇合適的共晶形成物(CCF)之外，共晶藥物成分與共晶形成物的配比也是今后的研究方向。

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