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)兊淖饔茫酥膺€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(dòng)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(shí)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(gè)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(huì)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(gè)重要原因。眾所周知，人體酸堿是否平衡決定了一個(gè)人的健康狀態(tài)，在酸堿失衡的狀態(tài)下會(huì)誘發(fā)各種疾病。凡食物中所含的氯、硫、磷元素較多時(shí)，在體內(nèi)代謝產(chǎn)物為酸性，為人體健康帶來隱患。現(xiàn)在市面上各種藥物琳瑯滿目，若代謝產(chǎn)物為酸性，將會(huì)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(huì)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(jià)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(gè)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(bào)道[4]。盡管如此，關(guān)于共晶的廣義和狹義定義仍然是一個(gè)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(gè)良好的氫鍵供體可與一個(gè)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(gè)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(huì)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(huì)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(shí)間是7周,大大延長了解離時(shí)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(gè)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(gè)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(dòng)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(dòng)，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(huì)有不同的形成機(jī)理，同時(shí)作用力強(qiáng)度也會(huì)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(cuò)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(cuò)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(jià)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(huì)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(huì)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(jià)鍵相互作用的原子和以靜電吸引作用的原子兩個(gè)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(gè)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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2095-4654(2016)12-0096-06

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