鹽酸綠卡色林多晶型與穩(wěn)定性研究

劉　松，陳曉麗，吳淑陽，周夢(mèng)青，皋海濤，顧佳麗，張朝霞，張國慶

(1.浙江理工大學(xué)先進(jìn)紡織材料與制備技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，杭州 310018；2.浙江普洛家園藥業(yè)有限公司，浙江金華 322118)

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鹽酸綠卡色林多晶型與穩(wěn)定性研究

劉松1，陳曉麗2，吳淑陽2，周夢(mèng)青1，皋海濤2，顧佳麗1，張朝霞1，張國慶1

(1.浙江理工大學(xué)先進(jìn)紡織材料與制備技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，杭州 310018；2.浙江普洛家園藥業(yè)有限公司，浙江金華 322118)

摘要:研究鹽酸綠卡色林在不同條件下3種晶型間的相互轉(zhuǎn)化關(guān)系及其機(jī)理，及其優(yōu)勢藥物晶型Ⅲ的穩(wěn)定性。運(yùn)用粉末X射線衍射儀、差示掃描量熱儀、熱重分析儀和掃描電子顯微鏡對(duì)藥物進(jìn)行測試分析。鹽酸綠卡色林存在2種亞穩(wěn)態(tài)晶型(晶型Ⅰ和Ⅱ)和1種穩(wěn)定晶型(晶型Ⅲ)；晶型Ⅱ在433.15K左右存在一轉(zhuǎn)晶吸熱峰；晶型Ⅰ、晶型Ⅱ和晶型Ⅲ的熔點(diǎn)皆為473.15K，另外，晶型Ⅲ在368.22K處有一失結(jié)晶水的吸熱峰，熱焓值為64.57J/g；優(yōu)勢藥物晶型Ⅲ在高溫高濕條件下晶型保持不變，穩(wěn)定性好。在不同的實(shí)驗(yàn)條件下，鹽酸綠卡色林的3種晶型間可以相互轉(zhuǎn)化，通過熱分析技術(shù)分析了藥物的多晶型以及熱穩(wěn)定性，再結(jié)合其他分析技術(shù)可以有效和準(zhǔn)確地表征藥物的晶型、形貌和穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：鹽酸綠卡色林；多晶型；熱分析；X射線粉末衍射；電鏡

0引言

綠卡色林鹽酸鹽[1-2](Lorcaserin Hydrochloride)是一類R構(gòu)型的環(huán)胺鹽酸鹽，其化學(xué)名稱為(R)-氯-1-甲基-2,3,4,5-四氫-1H-3-苯并氮雜卓鹽酸鹽，分子式為C11H15Cl2N·0.5H2O結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1　鹽酸綠卡色林的結(jié)構(gòu)式

綠卡色林是作用于中樞神經(jīng)系統(tǒng)抑制食欲的藥物，于2005年由美國艾尼納制藥公司研制，其特異性靶點(diǎn)是5-HT2C，對(duì)于控制食欲有很強(qiáng)的作用，而對(duì)于5-HT2A或者5-HT2B受體則沒有作用，這兩個(gè)受體分別與心血管疾病和引起幻覺相關(guān)[3]。眾所周知，藥物的晶型差異不僅會(huì)影響藥物的熱穩(wěn)定性、溶出速率和生物利用度[4-5]，甚至?xí)谔厥鈼l件下產(chǎn)生毒副反應(yīng)[6-7]。目前專利報(bào)道[8-9]綠卡色林鹽酸鹽具有3種晶型，分別為晶型Ⅰ、晶型Ⅱ和晶型Ⅲ。臨床上應(yīng)用的鹽酸綠卡色林制劑，其原料藥為晶型Ⅲ。為保證藥品質(zhì)量，在原料藥生產(chǎn)時(shí)需控制晶型質(zhì)量，明晰鹽酸綠卡色林3種晶型間的相互轉(zhuǎn)化關(guān)系和優(yōu)勢藥物晶型的穩(wěn)定性顯得很重要。

1實(shí)驗(yàn)

1.1材料與儀器

鹽酸綠卡色林原料藥由浙江普洛醫(yī)藥科技有限公司提供(為晶型III，純度﹥99.5%)，四氫呋喃和乙醇等(皆為分析純)溶劑購自杭州匯普化工有限公司。實(shí)驗(yàn)儀器：Pyris Diamond DSC差示掃描量熱儀(美國Perkin Elmer公司)；Pyris1TGA熱重分析儀(美國Perkin Elmer公司)；ARL＇XTRAX射線粉末衍射儀(瑞士ARL公司)；JSM-5610LV掃描電子顯微鏡(JEOL，日本)；JFC-1600濺射儀(JEOL，日本)。

1.2實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1晶型的制備及轉(zhuǎn)化方法

鹽酸綠卡色林晶型Ⅰ的制備過程如下：稱取一定量鹽酸綠卡色林粗品，在40～60℃下溶解于四氫呋喃中，保持溫度恒定減壓蒸干后的樣品即為鹽酸綠卡色林晶型Ⅰ，工藝流程如圖2所示。鹽酸綠卡色林晶型Ⅱ的制備過程如下：稱取一定量鹽酸綠卡色林粗品，室溫下在乙醇中溶清，快速降溫至0℃，抽濾，減壓烘干后的樣品為鹽酸綠卡色林晶型Ⅱ，工藝流程如圖3所示。鹽酸綠卡色林3個(gè)晶型之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系如圖4。

圖2　鹽酸綠卡色林晶型Ⅰ制備工藝流程

圖3　鹽酸綠卡色林晶型Ⅱ制備工藝流程

圖4　鹽酸綠卡色林3種晶型間相互轉(zhuǎn)化的關(guān)系

1.2.2DSC分析

稱取5 mg左右的樣品，將其置于鋁坩堝中，蓋上鋁片進(jìn)行測定。氮?dú)鈿夥毡Ｗo(hù)，流速為20 mL/min，升溫速率為10 K/min，升溫范圍為313.15～493.15 K。

1.2.3TGA分析

稱取6 mg左右的樣品置于鉑金坩堝中進(jìn)行測定。氮?dú)鈿夥毡Ｗo(hù)，流速為20 mL/min，升溫速率為10 K/min，升溫范圍為313.15～623.15 K。

1.2.4XRD分析

實(shí)驗(yàn)條件為CuKα輻射，管壓為40kV，管電流為40mA，2θ掃描范圍為3°～40°，掃描速度1°/min，步長0.02°。

1.2.5SEM分析

將試樣放入濺射儀中鍍金，電流大小為30 mA，試樣每次鍍膜30s，停10min，重復(fù)鍍3次，然后用SEM觀察樣品的表面形貌。

2結(jié)果與討論

2.1鹽酸綠卡色林的XRD分析

圖5是鹽酸綠卡色林三種晶型在布拉格2θ角為3°～40°范圍內(nèi)的粉末衍射圖特征(2θ，角度，Cukα，λ=1.5418?)：

圖5　鹽酸綠卡色林3種晶型的X射線粉末衍射譜圖

據(jù)圖5可知，晶型Ⅰ的特征衍射峰從強(qiáng)到弱依次為12.9°、21.6°、24.6°、26.9°、20.1°、21.3°和17.8°；晶型Ⅱ的特征衍射峰從強(qiáng)到弱依次為11.3°、20.9°、26.9°、24.7°、12.5°、23.0°和10.2°；晶型Ⅲ的特征衍射峰從強(qiáng)到弱依次為23.2°、19.2°、20.9°、12.5°、13.7°、26.9°和10.2°。根據(jù)數(shù)據(jù)可以判斷，晶型Ⅰ、晶型Ⅱ的樣品均含有晶型III，但是可以明確區(qū)別出3種晶型的峰位差異。由于晶型Ⅰ和晶型Ⅱ的樣品制樣測試過程中吸水并部分向晶型III轉(zhuǎn)變，因而實(shí)際測得的數(shù)據(jù)包含晶型Ⅱ和晶型Ⅲ的特征峰。晶型Ⅱ的衍射數(shù)據(jù)中2θ值10.2°、14.9°、16.7°、18.5°、18.9°、19.2°、20.9°、23.9°、24.7°和31.2°實(shí)質(zhì)上為晶型Ⅲ的衍射峰。由于多次嘗試培養(yǎng)晶型Ⅰ和晶型Ⅱ的單晶均告失敗，所以無法提供晶型Ⅰ和晶型Ⅱ的單晶結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，晶型Ⅲ的單晶結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)如表1所示。

專利文獻(xiàn)US 8168624132在描述中沒有說明晶型II易吸水轉(zhuǎn)晶的特點(diǎn)，仍然認(rèn)為其XRD圖譜中的所有衍射峰均為其特征峰。

表1　鹽酸綠卡色林晶型Ⅲ的晶體結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)

2.2鹽酸綠卡色林的DSC分析

通過溶液重結(jié)晶的方法制備出3種晶型，烘干后進(jìn)行測試分析，晶型I和晶型III常溫常壓下能穩(wěn)定存在，但晶型II具有極強(qiáng)的吸水性，在制樣測試過程中就開始吸附水分，并且部分發(fā)生吸水后晶型轉(zhuǎn)變。圖6是鹽酸綠卡色林3種晶型的DSC曲線，3種晶型顯示出不同的熱行為。

圖6　鹽酸綠卡色林3種晶型的差示掃描量熱曲線

從圖6可以看出，晶型Ⅰ是不含水的晶型，沒有明顯的水分揮發(fā)吸熱峰，只在474.01 K處有一強(qiáng)的熔融吸熱峰；晶型Ⅱ分別在365.94、431.37 K和473.45 K處有3個(gè)明顯的吸熱峰。365.94 K處是失水峰，寬的吸熱峰表現(xiàn)為游離吸附水的揮發(fā)；431.37 K處較弱的吸熱峰是晶型轉(zhuǎn)變吸熱所致，亞穩(wěn)態(tài)晶型II在這一過程中轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的晶型III；473.45 K處強(qiáng)的吸熱峰是其熔融過程。晶型Ⅲ在370.87 K處有一失結(jié)晶水吸熱峰，在474.10 K處同樣有一強(qiáng)的熔融吸熱峰(具體熱力學(xué)數(shù)值見表2)。

表2　綠卡色林3種晶型的熱力學(xué)數(shù)據(jù)

2.3鹽酸綠卡色林的TGA分析

由鹽酸綠卡色林3種晶型的TGA分析曲線(如圖7所示)可得，在363.15～423.15K溫度范圍內(nèi)，晶型Ⅰ失重率為0.34%，為少量的吸附水，證明其為無水晶型；晶型Ⅱ和晶型Ⅲ的失重率分別達(dá)到3.2%和3.8%，按照分子式計(jì)算3.7%的水含量說明分子中結(jié)晶水含量為0.5個(gè)，在相關(guān)專利中也報(bào)道了含半個(gè)結(jié)晶水的晶型Ⅲ的失重率為3.7%，因而晶型III為含半個(gè)結(jié)晶水的水合物；晶型Ⅱ樣品比較復(fù)雜，對(duì)應(yīng)于DSC的分析結(jié)果，其3.2%的失水為相應(yīng)的吸附水，并且在433.15K沒有明顯的失重過程，因而進(jìn)一步確認(rèn)相應(yīng)DSC上弱的吸熱峰為晶型轉(zhuǎn)變(晶型I向II轉(zhuǎn)變)吸熱導(dǎo)致。

圖7　鹽酸綠卡色林3種晶型的TGA曲線

2.4鹽酸綠卡色林的SEM分析

利用SEM觀察了鹽酸綠卡色林3種晶型的形貌，由圖8可知，晶型Ⅰ結(jié)晶完整、棱角分明、表面平滑的正方形片狀團(tuán)聚體，尺寸為20 μm左右；晶型Ⅱ雖然也為片狀團(tuán)集體，但是室溫下放置后吸水風(fēng)化，晶體棱角鈍化；晶型Ⅲ為晶體完整、棱角分明、表面平滑的正方形片狀團(tuán)聚體，尺寸為20 μm×20 μm,但是團(tuán)聚的致密度明顯小于晶型Ⅰ和晶型Ⅱ。

圖8　鹽酸綠卡色林3種晶型的SEM照片

2.5鹽酸綠卡色林優(yōu)勢藥物晶型Ⅲ的穩(wěn)定性分析

優(yōu)勢藥物晶型是指在固體化學(xué)藥物存在多種晶型狀態(tài)的情況下，其中穩(wěn)定性符合藥用要求、臨床療效最佳、安全性最高和最適合用于制備藥品的晶型狀態(tài)[10-11]。鹽酸綠卡色林的優(yōu)勢藥物晶型為晶型Ⅲ，對(duì)其穩(wěn)定性進(jìn)行研究，結(jié)果顯示，無論是在高溫、高濕、高壓還是高溫高濕等苛刻條件下，晶型Ⅲ不發(fā)生失結(jié)晶水，轉(zhuǎn)晶等轉(zhuǎn)變，其具有極佳的穩(wěn)定性。

2.6鹽酸綠卡色林3種晶型間相互轉(zhuǎn)化關(guān)系的討論

鹽酸綠卡色林的3種晶型之間存在著轉(zhuǎn)化的關(guān)系，其中晶型Ⅰ和晶型Ⅱ能夠吸收空氣中的水分在很短的時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)化為晶型Ⅲ，晶型Ⅲ在THF中常壓蒸干可轉(zhuǎn)化為晶型Ⅰ，而晶型Ⅲ轉(zhuǎn)化為晶型Ⅱ極其困難，即使得到，也是晶型Ⅱ含量極少的混晶，晶型Ⅱ在160℃條件下加熱15min即可轉(zhuǎn)化為晶型Ⅰ，但是晶型Ⅰ不能轉(zhuǎn)化為晶型Ⅱ。

晶型Ⅲ向晶型Ⅱ、晶型Ⅰ的轉(zhuǎn)化為水分子從晶格中脫除的過程，其中晶型Ⅲ向晶型Ⅱ的轉(zhuǎn)化需將樣品溶淸于THF中，通過常壓蒸干脫除晶格中的水分子；晶型Ⅲ和晶型Ⅰ間的相互轉(zhuǎn)化在固相條件下即可實(shí)現(xiàn)，說明晶型Ⅲ和晶型Ⅰ雖然屬于不同的晶型，但隨著水分子的引入晶格，在N-H-O氫鍵作用下，晶型Ⅰ通過σ單鍵的內(nèi)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)晶為更加穩(wěn)定的晶型Ⅲ。同時(shí)，從晶型Ⅰ和晶型Ⅱ向晶型Ⅲ轉(zhuǎn)化的難易程度可以發(fā)現(xiàn)晶型Ⅰ較晶型Ⅱ更加穩(wěn)定；晶型Ⅱ向晶型Ⅰ的轉(zhuǎn)化在160℃下，由于晶型Ⅱ中分子產(chǎn)生σ單鍵的內(nèi)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致分子構(gòu)象的變化，繼而晶格發(fā)生變形，轉(zhuǎn)晶為高溫下更加穩(wěn)定的晶型Ⅰ。由此可知，鹽酸綠卡色林3種晶型間的相互轉(zhuǎn)化，伴隨著晶型的根本改變，從而造成穩(wěn)定性的不同。鹽酸綠卡色林3種晶型的穩(wěn)定性大小順序是晶型Ⅲ﹥晶型Ⅰ﹥晶型Ⅱ。

3結(jié)論

a)鹽酸綠卡色林的3種晶型之間存在相互轉(zhuǎn)化關(guān)系，其中晶型Ⅰ和晶型Ⅱ能夠吸收空氣中的水分在很短的時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)化為晶型Ⅲ，晶型Ⅲ在THF中常壓蒸干可轉(zhuǎn)化為晶型Ⅰ，而晶型Ⅲ轉(zhuǎn)化為晶型Ⅱ極其困難，即使得到，也是晶型Ⅱ跟III的混晶，晶型Ⅱ在160℃條件下加熱15min即可轉(zhuǎn)化為晶型Ⅰ，晶型穩(wěn)定性高低順序是晶型Ⅲ﹥晶型Ⅰ﹥晶型Ⅱ。

b)對(duì)鹽酸綠卡色林晶型III的穩(wěn)定性進(jìn)行研究表明，其在高壓、高溫和高濕等苛刻條件下保持晶型不變。

c)鹽酸綠卡色林的3種晶型之間轉(zhuǎn)化關(guān)系及晶型穩(wěn)定性的研究可以為原料藥生產(chǎn)提供技術(shù)指導(dǎo)，對(duì)提高生產(chǎn)效率具有重要意義。

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(責(zé)任編輯： 許惠兒)

Research on Polymorphic Form and Stability of Lorcaserin Hydrochloride

LIUSong1,CHENXiali2,WUShuyang2,ZHOUMengqing1,GAOHaitao2,GUJiali1,ZHANGZhaoxia1,ZHANGGuoqing1

( 1. Key Laboratory of Advanced Textile Materials and Manufacturing Technology,Ministry of Education, Zhejiang Sci-Tech University, Hangzhou 310018, China;2. Zhejiang Apeloa Jiayuan Pharmaceutical Co., Ltd., Jinhua 322118, China)

Abstract：This paper aims to study mutual transformation relations of lorcaserin hydrochloride among three polymorphic forms under different conditions, the mechanism and the stability of the dominant FormⅢ. The drugs had been analyzed by using powder X-ray diffraction (PXRD), differential scanning calorimetry (DSC), thermal gravimetric analysis (TGA), and scanning electron microscopy (SEM). The lorcaserin hydrochloride has two metastable state forms (FormⅠand FormⅡ) and one stable form (FormⅢ). There is a crystal transformation endothermic peak at 433.15K for FormⅡ; FormⅠ, FormⅡ and FormⅢ show the same melt point, i.e. 473.15K and there is endothermic peak at 368.22K and the enthalpy value is 64.57J/g; FormⅢ can keep the form stabilization at high temperature and high humidity. Under different experimental conditions, the three forms of lorcaserin hydrochloride can inter-convert. The polymorphic form of drugs and their thermal stability are analyzed by using thermal analysis technology. By combining other analysis technologies, crystal form, morphology and stability of drugs can be effectively and accurately characterized.

Key words：lorcaserin hydrochloride; polymorphic form; thermal analysis; powder X-ray diffraction; scanning electron microscopy

DOI:10.3969/j.issn.1673-3851.2016.07.025

收稿日期：2015-08-19

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51073142)

作者簡介：劉松(1989-)，男，安徽合肥人，碩士研究生，主要從事藥物結(jié)晶方面的研究。 通信作者： 張國慶，E-mail：zgq@zstu.edu.cn

中圖分類號(hào)：TQ460.1

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1673- 3851 (2016) 04- 0625- 05 引用頁碼： 070702