白樺脂酸-乙醇(1:1)的晶體結構及Hirshfeld Surface分析*

劉 穎，高松琳，彭亭濤，崔彩霞，褚光松

(山東第一醫科大學(山東省醫學科學院)，山東 泰安 271016)

白樺脂酸(Betulinic acid)為羽扇豆烷型五環三萜類化合物，在植物界分布廣泛[1-5]。藥理學研究表明，白樺脂酸具有抗炎、抗癌、抗病毒等多方面的藥理活性[6-9]，目前所報導的白樺脂酸的單晶體均為含有機溶劑晶型[10-12]。含有機溶劑晶型研究的意義在于：① 某些情況下有含機溶劑晶型可能為該化合物唯一可用于單晶X-射線衍射分析的晶體形式。例如，和白樺脂酸同屬于五環三萜類化合物的齊墩果酸(CCDC: 799580)和熊果酸(CCDC:1266561; 1838656)目前僅有其含乙醇溶劑的單晶結構報道。②含有機溶劑晶型在藥學上同樣具有重要意義，如可作為中間態用于藥物的純化或新晶型的制備，某些情況下也可作為藥物的最終藥用固體物質狀態進入臨床研究或市場等[10]。

單晶分析是國際公認的確證固體物質晶體結構和晶型的絕對、權威技術。通過單晶結構分析，可以獲得詳細、準確的定性定量信息以應用于藥物多晶型或共晶的定性鑒別和定量分析；Hirshfeld surface分析法通過劃分晶體空間產生光滑而又不重疊的表面，來揭示鄰近分子、原子間的相互作用力，并依據電子云密度清楚地揭示分子內、分子間的鍵能聯系，它可以通過形成Hirshfeld 面以及指紋圖譜來更直觀地反應分子間的相互作用，是研究晶體結構的可視化新方法。目前Hirshfeld surface分析已被廣泛應用于藥物多晶型、溶劑合物以及共晶的晶體結構研究中[13-15]。

在所報導的白樺脂酸含有機溶劑單晶體中，含乙醇晶體中的乙醇毒性小、價格低廉、易獲得，從成藥性和易制備性的角度更具有研究價值。目前所報道的有關該晶型的研究側重于多手段綜合表征，沒有對單晶體信息進行詳細闡述。本研究成功制備了該單晶體并對其進行了全面綜合分析，獲得了更多的晶體數據信息，為后續相關研究提供了理論支持。

1 實 驗

1.1 儀器與試劑

單晶X-射線衍射儀：Agilent Gemini E，配備：Eos CCD 檢測器，增強型Mo光源，四圓 kappa 測角儀。儀器的控制、數據采集和處理采用CrysAlispro軟件。

白樺脂酸(購自山東德翰實驗室設備有限公司，樣品批號：20201221，純度98%)。

1.2 實驗方法

1.2.1 單晶培養

緩慢溶劑揮發法，稱取原料藥樣品30 mg，40 ℃加熱并攪拌條件下逐漸加入無水乙醇至樣品剛好完全溶解，過濾，濾液置于玻璃瓶中，室溫環境下靜置。

1.2.2 單晶數據收集與結構解析

單晶數據收集采用鉬靶照射，ω與2θ掃描方式，最大2θ角為59.018°。

在計算機上用直接法(Shelxs)解析晶體結構，從E圖上獲得非氫原子位置，使用最小二乘法(Shelxl)修正結構參數和判別原子種類，使用幾何計算法和差值Fourier法獲得全部氫原子位置。

2 結果與討論

2.1 單晶體與數據收集

按1.2.1所述方法配置的溶液，放置7天后得到無色透明柱狀晶體，利用該晶體進行單晶X射線衍射，收集獨立衍射點為3632個，可觀察衍射點3622個，數據完整度為100.0%。

2.2 單晶結構分析

本次實驗(鉬靶收集)得到的單晶體與文獻報導的含相同溶劑晶體(銅靶收集)的晶體參數參數對比如表1所示。

表1 實驗與文獻報導的單晶體數據

圖1 分子結構圖

如圖1單晶解析所得分子結構所示：白樺脂酸為五環三萜類化合物，該化合物分子骨架由4個六元環A(椅式)、環B(椅式)、環C(椅式)、環D(椅式)、1個五元環E(信封式)組成，其中A/B環、B/C環、C/D環、D/E環均為反式連接。

圖2 晶胞堆積圖

由圖2所示的晶胞堆積圖可知，白樺脂酸-乙醇單晶體的每一個晶胞由4分子白樺脂酸和4分子乙醇構成。

本研究解析并獲得了白樺脂酸-乙醇晶體的成鍵原子間的鍵長、鍵角值及分子間氫鍵信息如表2～表4所示。

表2 鍵長值

表3 鍵角值

表4 分子間氫鍵

2.3 Hirshfeld surface分析

圖3為白樺脂酸-乙醇晶體中白樺脂酸分子部分，以歸一化的距離dnrom為基準的Hirshfeld surface 分析圖，圖中箭頭所指的環形區域表示分子間的氫鍵作用，其它區域表示比氫鍵距離更長的作用。

圖3 Hirshfeld surfaces 分析圖

圖中D1、D2區域為白樺脂酸分子中的氧原子作為供體的氫鍵作用(D1：O1-H1... O2；D2：O3-H3... O1E)，A1、A2為白樺脂酸分子中的氧原子作為受體的氫鍵作用(A1：O1E-H1E... O1； A2：O1-H1... O2)。

圖4 分子間作用指紋圖譜

圖4中a,b分別為晶體中白樺脂酸分子和乙醇分子的分子間作用力2D指紋圖譜，指紋圖譜中較強的突出代表具有較強作用的分子間氫鍵，其中上方的突出(de>di)代表氫鍵供體的作用，下方的突出(de

分別對晶體中白樺脂酸和乙醇分子的分子間作用力貢獻值的百分比分布進行分析。如圖5所示，兩個分子中均以H...H/H...H和O...H/H...O作用為主。

圖5 分子間作用力貢獻值百分比分布圖

2.4 理論粉末衍射圖譜計算

通過計算得到白樺脂酸-乙醇晶體的理論粉末X射線衍射圖譜如圖6所示。

圖6 計算粉末X射線衍射圖譜

3 結 論

本實驗所制備的白樺脂酸-乙醇(1:1)單晶體經鉬靶測試后的各項晶胞參數與文獻報導的經銅靶測定的單晶體的參數相同，說明本實驗所制備的單晶體和文獻報導的單晶體為同一晶型。

通過化白樺脂酸-乙醇晶體的單晶X-射線衍射分析及Hirshfeld surface分析為揭示晶體的理化性質與多晶型的成因等提供了基礎科學數據。通過計算得到的該晶體的理論粉末X射線衍射圖譜，為晶型的定性、定量研究及大規模制備的工藝研究提供了標準參照。另外，本研究所獲得的數據對白樺脂酸的多晶型篩選及共晶設計也具有參考價值。