吡拉西坦的生產(chǎn)和研究進(jìn)展

王雪瑩

(錦州師范高等?？茖W(xué)校，遼寧 錦州 121000)

吡拉西坦(Piracetam)，又稱吡咯烷酮乙酰胺、吡乙酰胺，是γ—氨基丁酸的一個環(huán)狀衍生物，是一種具有不同分子排列和晶體結(jié)構(gòu)的多晶型藥物。吡拉西坦是第一個具有代表性的益智類藥物，在臨床上可用于治療腦動脈硬化癥和腦血管等引發(fā)的記憶和思維衰退，其用途受到人們的廣泛關(guān)注。本文通過介紹吡拉西坦的生產(chǎn)路線、多晶型的研究進(jìn)展、吡拉西坦的鑒別和分析技術(shù)，為未來吡拉西坦類藥物的研究提供依據(jù)和發(fā)展方向。

1 吡拉西坦生產(chǎn)路線的研究

吡拉西坦生產(chǎn)路線有很多。1991年，鄧艷良報道了由α—吡咯烷酮、1—氯甲基吡咯烷酮、琥珀酰亞胺、琥珀酸酐、吡咯烷酮乙酸、丙烯酰氯、γ—氯丁酰氯等為原料的7種合成路線[1]。1993年，胡艾希[2]對國內(nèi)外專利和徐云根[3]、周興仁[4]、王禮琛[5]等人提出的最為主要的三種路線——吡咯烷酮法、甘氨酸法和丁二酸法進(jìn)行了評議，吡咯烷酮法已用于工業(yè)生產(chǎn)，甘氨酸法合成路線較短且反應(yīng)條件易于控制，具有一定的競爭能力，而丁二酸法由于生產(chǎn)成本較高，不易于工業(yè)生產(chǎn)。此后，對吡拉西坦生產(chǎn)路線的研究主要集中在原工藝優(yōu)化和工藝創(chuàng)新兩方面。

1.1 吡咯烷酮法

吡咯烷酮法以吡咯烷酮為起始原料進(jìn)行成鹽、縮合、氨化后經(jīng)精制制得吡拉西坦，合成路線如方程式1。該方法目前廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。2001年，由耿國銀等人對該法進(jìn)行優(yōu)化，考察了影響收率的工藝因素，得到低溫成鹽：60 ℃ 縮合 6 h，10 ℃ 氨化通氨 4 h，產(chǎn)品總收率達(dá)65%以上，成品含量99.9%以上，縮合收率達(dá)81%;在確定工藝參數(shù)的同時，發(fā)現(xiàn)攪拌速率也是影響產(chǎn)品收率的重要因素[6]。

2005年，常瑜等人用均勻設(shè)計和實驗驗證優(yōu)化合成條件，得到合成腦復(fù)康中間體α—吡咯烷酮乙酸乙酯的適宜條件為:α—吡咯烷酮、乙醇鈉、氯乙酸乙酯的物質(zhì)的量比為1∶1∶1，反應(yīng)溫度57～60 ℃，滴料時間 4 h，保溫時間 7.5 h，催化劑選芐基三乙基氯化銨，催化劑為反應(yīng)物物質(zhì)的量的比4%，并通過回歸分析、蒙特卡羅模擬，使收率提高到86.5%[7]。

1.2 吡咯烷酮乙酸乙酯法

吡咯烷酮乙酸乙酯為合成吡乙酰胺的中間體，以它為起始原料進(jìn)行合成只需進(jìn)行氨化反應(yīng)即得到吡咯烷酮乙酰胺，合成路線如方程式2。2009年，智翠梅等以 α-吡咯烷酮乙酸乙酯為起始原料，在乙醇溶液中經(jīng)氨化反應(yīng)得 α—吡咯烷酮乙酰胺，總收率 87.1%，該合成路線及工藝適合工業(yè)化大生產(chǎn)[8]。

圖1 吡咯烷酮法合成路線

圖2 吡咯烷酮乙酸乙酯法合成路線

1.3 一步合成法

該方法為改進(jìn)的吡咯烷酮乙酰胺合成方法，此方法一步合成目標(biāo)產(chǎn)物，有操作步驟簡便等有優(yōu)點。2007年，劉君以吡咯烷酮、溴乙酸乙酯、氫氧化鉀為起始原料，TEBA做相轉(zhuǎn)移催化劑一步合成吡乙酰胺(合成路線如方程式3)，收率可達(dá)48.6%，該方法縮短了反應(yīng)時間，且操作簡單[9]。

圖3 一步合成法合成路線

2013年，宋振峰等在前人基礎(chǔ)上，以4-氯正丁酸乙酯和甘氨酰胺鹽酸鹽為原料，以無水乙醇為溶劑，在碳酸氫鈉存在下，加熱回流后經(jīng)異丙醇重結(jié)晶制得中樞興奮劑吡拉西坦，合成路線如方程式4。該方法原料易得，工藝簡單、操作方便，環(huán)境污染少[10]，但收率較低，目前暫不適用于工業(yè)化生產(chǎn)。

圖4 以4-氯正丁酸乙酯和甘氨酰胺鹽酸鹽為原料一步合成法合成路線

2 吡拉西坦多晶型現(xiàn)象的研究

國內(nèi)尚未有人報道吡拉西坦晶型方面的研究情況，國外研究者居多。早期對于吡拉西坦多晶型的研究，多停留在對其命名上。根據(jù)美國劍橋大學(xué)數(shù)據(jù)中心的報道，吡拉西坦有五種晶型，即：FI(6.747)、FII(6.403)、F III(6.525)、FV(6.3903)、FIV(8.9537)(圖5)。臨床上，F(xiàn)II型，F(xiàn)III型吡拉西坦藥物表現(xiàn)很好的治療效果。

圖5 FII(6.403)、FIII(6.525)、FIV(8.9537)、FV(6.3903)分子結(jié)構(gòu)圖

2.1 吡拉西坦多晶型物的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

Helene M報道吡拉西坦是構(gòu)象多晶型，即晶體中分子在晶格空間的排列不同形成的晶體。吡拉西坦的FII晶型分子間的結(jié)合像左手握住左手，F(xiàn)III晶型像右手握住右手，分子間通過環(huán)上的O與NH2上的H結(jié)合在一起，形成氫鍵，由于FII與FIII連接方式不同，所以吡拉西坦呈現(xiàn)不同晶型。國外學(xué)者Chambrier M曾報道過多晶型藥物吡拉西坦的內(nèi)部構(gòu)型(圖6)[13]。

圖6 晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)

晶體中藥物分子間的結(jié)合主要依靠分子間作用力，如氫鍵、配位鍵及范德華力等，以此維系分子在空間的穩(wěn)定排列。固體藥物在結(jié)晶過程中因重結(jié)晶條件的變化，而產(chǎn)生其分子在晶胞中的對稱規(guī)律的不同，導(dǎo)致藥物分子之間、藥物分子與溶劑分子之間相互作用力或結(jié)合方式的不同，以及某些化合物的化學(xué)鍵旋轉(zhuǎn)，局部構(gòu)象變化等等。這些因素均可使藥物的晶體出現(xiàn)兩種或兩種以上的空間群和晶胞參數(shù)，產(chǎn)生多晶型現(xiàn)象。

2.2 吡拉西坦多晶型物的結(jié)晶

Maher A等人報道，F(xiàn)I是高溫下的穩(wěn)定晶型，F(xiàn)II是常溫下的亞穩(wěn)態(tài)晶型，F(xiàn)III是常溫下的穩(wěn)晶型[14～17]。FI、FII、FIII在常壓條件下獲得[18，19]，F(xiàn)V、FIV僅在高壓下獲得(>0.5GPa)[20]。吡拉西坦多晶型物可從不同的溶劑中結(jié)晶分離。Pavlova 報道FIII從甲醇、乙醇中分離，F(xiàn)II從正丁醇、對—二惡烷、乙腈、氯仿中分離，F(xiàn)I從1，2—二惡烷中分離，但實驗細(xì)節(jié)很少[14]。Dematos等人使用原位能量色散X-射線衍射方法監(jiān)測吡拉西坦，從甲醇、2—丙醇、異丁醇、和硝基甲烷溶劑中結(jié)晶[15]。Maher A等人報道，F(xiàn)III從甲醇中冷卻結(jié)晶得到，結(jié)晶時間14～24 h[16，17];Maher A等人報道，F(xiàn)II從1，4—二惡烷中冷卻結(jié)晶得到，結(jié)晶時間 24 h[21]，相對工業(yè)化來講，其結(jié)晶周期較長。

2.3 多晶型間的轉(zhuǎn)化

吡拉西坦的五種晶型有些晶型間可以發(fā)生相互轉(zhuǎn)化。Barrett M等人報道，F(xiàn)II在 110 ℃ 轉(zhuǎn)化成FI;FIII在 120 ℃ 轉(zhuǎn)化成FI，但不穩(wěn)定，在幾小時內(nèi)又轉(zhuǎn)化成FII，亞穩(wěn)形式最終會轉(zhuǎn)化成穩(wěn)定晶型，最終以穩(wěn)定形式存在(圖7)。根據(jù)Ostwald的規(guī)則，F(xiàn)II最終會轉(zhuǎn)變成FIII，轉(zhuǎn)化發(fā)生在溶劑中，不發(fā)生在固體狀態(tài)下[14，15]。Maher A報道，在乙醇溶劑中FII轉(zhuǎn)化成FIII晶型，高溫轉(zhuǎn)化成FIII的時間較低溫時轉(zhuǎn)化成FIII的時間短[16]。Maher A報道，在異丙醇和1，4—二惡烷中FII晶型轉(zhuǎn)化成穩(wěn)定FIII晶型[17]。Francesca P A報道高壓下晶型間也可以發(fā)生轉(zhuǎn)化[22]。

圖7 晶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化關(guān)系圖

3 吡拉西坦的鑒別與分析技術(shù)

市場上吡拉西坦產(chǎn)品形態(tài)很多，國內(nèi)以吡拉西坦片、吡拉西坦注射液和吡拉西坦氯化鈉注射液為主。早期出現(xiàn)的有吡拉西坦口服液，近幾年為提高吡拉西坦藥用效果，市場上也出現(xiàn)了如復(fù)方吡拉西坦腦蛋白水解物膠囊、吡拉西坦膠囊[25]、健腦合劑等。種類如此繁多的吡拉西坦藥物，其含量檢測，藥物性能檢測成為當(dāng)務(wù)之急。由于吡拉西坦是一種多晶型藥物，不同的晶型會顯示不同的療效，為此要對其晶型進(jìn)行檢測至關(guān)重要。

3.1 吡拉西坦含量的鑒別與分析

目前針對吡拉西坦類藥物檢測的研究報道有：吡拉西坦片主要采用HPLC高效液相色譜技術(shù)[23]、紅外光譜鑒別[24-26]、阻抑動力學(xué)熒光法[27];吡拉西坦注射液主要采用高效液相色譜法[28]、紅外光譜鑒別[29]、分光光度法[30];復(fù)方制劑主要采用HPLC-ELSD 法[31];吡拉西坦膠囊主要采用高效液相色譜法[23]。

3.2 吡拉西坦多晶型的鑒別與分析

Maher A 報道單晶X射線衍射結(jié)構(gòu)分析法，X-射線單晶衍射法測試直接獲得吡拉西坦FI～FIII晶型的晶胞參數(shù)和空間群，進(jìn)一步計算分子構(gòu)型與晶體中分子的排列;X-射線粉末衍射法不同的晶型具有不同的X射線衍射圖譜，通過衍射角度和衍射峰強度不同共同來判定FII或FIII晶型(圖8);FII與FIII晶型的IR譜圖，不同晶型固體藥物的紅外光譜存在的差別主要包括峰形變化、峰位偏移及峰強改變等，但在多晶型化合物中通常的變化不是十分明顯(圖9);電子掃描顯微鏡(SEM)其放大倍數(shù)極高，能直觀觀察晶體的形狀，進(jìn)一步從外觀上辨別多晶型物(圖10)。

圖8 FI、FII、FIII型晶體XRD圖

圖9 FII、FIII型晶體IR圖

圖10 FII、FIII型晶體SEM圖

4 展望

藥物的合成及晶型對工業(yè)化生產(chǎn)以及藥效等方面有重要影響甚至是決定性的作用，國內(nèi)的研究主要集中在吡拉西坦合成方面，而國外研究多集中在吡拉西坦的多晶型研究。最新出現(xiàn)的機械化學(xué)合成法[32]無需溶劑結(jié)晶綠色環(huán)保，節(jié)省成本，為藥物共結(jié)晶的新生產(chǎn)方法，可對該方面進(jìn)行重點研究。而國外已報道的吡拉西坦多晶型的研究，其結(jié)晶生產(chǎn)周期比較長，還無法實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，可進(jìn)一步研究以適應(yīng)工業(yè)化生產(chǎn)。