依诺沙星与对苯二甲酸的共晶制备及结构、溶解度测定

乐晓帅

(咸宁实验外国语学校，湖北 咸宁 437100)

依诺沙星与对苯二甲酸的共晶制备及结构、溶解度测定

乐晓帅

(咸宁实验外国语学校，湖北 咸宁 437100)

药物共晶是活性药物成分(API)和共晶形成物(CCF)在氢键或其他非共价键的作用下通过分子识别而成的晶体，并且API和CCF的纯态在常温下均为固体。药物共晶在维持药物共价结构的同时，对活性药物成分的物化性质产生影响，了解共晶现象及其性质，可以改善药物的物化性质，提高药物的稳定性和生物利用度，使药物发挥更好的疗效。本文选用依诺沙星为模型药物，利用溶剂挥发法来制备依诺沙星与对苯二甲酸的不同物质的量配比的共晶产物，并进行共晶产物的晶体结构测定与分析。再进一步对共晶产物做溶解度测定的实验，探究在不同的共晶操作之后依诺沙星溶解度的变化程度。

药物共晶；依诺沙星；对苯二甲酸；溶解度

共晶很早就为人类所知，科学家们首次发现共晶是在100多年前，早在 1844[1]年和1893[2]年就有关于醌氢醌共晶的文献报道。“共晶”这个词最早是由Schmidt和 Snipes在1967年用来描述嘧啶和嘌呤的复合晶体分子。虽然共晶在100多年前就被人们所发现，但是在1960年之前有关共晶的报道非常少，据统计1951年前共晶结构的数量只占剑桥结构数据库(Cambridge Structural Database，CSD)的1%。虽然近几年共晶得到了人们的广泛关注，越来越多的共晶结构被人们发现，但在436 384 种CSD结构中也只有1 950个共晶结构[3]，仅占0.45%，远远低于其他固体形态数量。

共晶本质上是一种超分子自组装系统，是热力学、动力学、分子识别的平衡结果。在分子自组装过程中，分子间的相互作用以及空间效应影响超分子网络的形成，而超分子网络又直接影响了晶体的构成。在共晶体系内，不同分子间的相互作用主要有氢键、π-π堆积作用、C-H…π相互作用、范德华力和卤键[4]。其中氢键、π-π堆积作用是最常见的两种。

依诺沙星是制备共晶的模型药物之一。第三代常用的喹诺酮类抗生素，但是由于其水溶性差，一般依诺沙星口服制剂进入人体后溶出速率慢，生物利用率较低，在临床中其治疗效果不能充分发挥，同时也抑制了其液体制剂如滴眼药的应用和发展。为了适应临床要求，人们在研究药物的新制剂如新晶型、盐、溶剂化合物等试图解决药物水溶性差的问题。目前，增加依诺沙星水中的溶解性的主要方法是将依诺沙星与葡萄糖酸制备成盐，但由于该方法在反应过程中要生成内酯而费时费力，消耗能源，成本较高。关于依诺沙星增加其水中的溶解性以改变其疗效的其他成功研究文献和报道少之又少。

随着人们对共晶问题研究的深入，共晶的概念开始逐渐进入人们的视野。共晶在改善药物理化性质方面有很好的作用，同时，共晶的制备过程既省时又省钱，所以本文利用共晶原理，以对苯二甲酸为CCF与依诺沙星制备不同物质的量配比的共晶，进行共晶产物的晶体结构测定与分析。并进一步对共晶形成后的化合物做溶解度测定的实验，探究在不同的共晶的操作之后依诺沙星溶解度的变化程度，为依诺沙星及其他喹诺酮类药物共晶的制备提供参考。

一、依诺沙星-对苯二甲酸共晶的制备

1.依诺沙星

依诺沙星(Enoxacin)化学名为1-乙基-6-氟-1,4二氢-4-氧代-7-(1-哌嗪基)-1,8-萘啶-3-羧酸倍半水合物，是由日本大日本制药株式会社研发的第三代喹诺酮类抗生素，于1986年首次在日本批准上市，属杀菌剂，通过作用于细菌DNA螺旋酶的A亚单位，抑制DNA的合成和复制而导致细菌死亡。相比以萘啶酸和吡咯酸为代表的第一代喹诺酮抗菌药物，以及以西诺沙星和吡哌酸为代表的第二代喹诺酮类抗菌药物，依诺沙星具有广谱抗菌作用，尤其对需氧革兰阴性杆菌具有较高的抗菌活性，并且对青霉素耐药的淋病奈瑟菌、莫拉菌属等具有很高的抗菌活性，对沙眼衣原体、支原体军团菌具有良好的抗微生物作用。因此依诺沙星临床广泛应用于呼吸道、泌尿生殖系统、胃肠道、皮肤软组织、耳鼻喉眼感染[5]。

依诺沙星的分子结构如图1所示，具备第三代喹诺酮类抗菌药相同特征：(1)萘啶环的6位引入了氟原子；(2)7位上连有哌嗪环。此结构提高了其抗菌活性，增宽了抗菌谱，并且具有使用方便、成本低廉、疗效显著的优点。

图1 依诺沙星分子结构图

2.对苯二甲酸

对苯二甲酸(p-phthalic acid，PTA)常温下是白色针状结晶或粉末，加热不熔化，300℃以上升华，自燃点680℃。能溶于热乙醇，微溶于水，不溶于乙醚、冰醋酸和氯仿。对苯二甲酸是产量最大的二元羧酸，主要由对二甲苯制得，其用途广泛,主要用于生产聚酯树脂、聚酯纤维、家禽饲料添加剂等，是一种重要的工业化学品[6]。众多研究表明PTA可以被多种微生物分解，而且可以作为微生物唯一的碳源而被降解，降解PTA微生物广泛存在于土壤、河流水处理厂的活性污泥与堆肥中。

对苯二甲酸的分子结构中，在苯环的1位和4位分别有羧基取代基，是一种二元羧酸。由于羧基的存在，它同时可以作为氢键的受体和给体，因此，其可以作为CCF与药物形成共晶，从而改善药物的理化性质。

3.实验部分

(1)实验仪器和试剂

超声波清洗仪，光学显微镜

依诺沙星(分析纯)，对苯二甲酸(分析纯)，实验用水为蒸馏水。

(2)实验过程

1)依诺沙星与对苯二甲酸投料物质的量之比为1∶1共晶制备：

本实验中采用的是溶剂挥发法来制备依诺沙星与对苯二甲酸共晶产物。用分析天平准确称取依诺沙星0.087 0g(0.25mmol)和对苯二甲酸0.042 0g(0.25mmol)，摩尔比为1∶1。加入到100mL小烧杯中。再加入30mL蒸馏水溶解，盖上保鲜膜(防止溶液溅出及外部的水溅入)后在超声波清洗仪中进行振荡，一段时间后继续加少量蒸馏水在超声波清洗仪中振荡。重复上述加蒸馏水步骤直至固体全部溶解，过滤得滤液。在小烧杯上盖上滤纸(防止杂质进入)后放置一段时间，待溶剂缓慢挥发直至完毕即可得到依诺沙星与对苯二甲酸投料物质的量之比为1∶1的共晶产物。

得到的依诺沙星与对苯二甲酸投料物质的量之比为1∶1的共晶产物0.120 0g，产率93%。在显微镜下观察晶体为无色透明棒状晶体。

2)依诺沙星与对苯二甲酸投料物质的量之比为2∶1共晶制备：

方法同1)，其中准确称取依诺沙星0.087 0g(0.25mmol)和对苯二甲酸0.021 0g(0.125mmol)，摩尔比为2∶1。

得到的依诺沙星与对苯二甲酸投料物质的量之比为2∶1的共晶产物0.098 28g，产率91%。在显微镜下观察晶体为无色透明棒状晶体。

二、依诺沙星-对苯二甲酸共晶的结构

1.仪器与方法

2.依诺沙星-对苯二甲酸共晶的晶体结构分析

(1)依诺沙星与对苯二甲酸投料物质的量之比为1∶1共晶的晶体结构分析：

由其X-射线单晶衍射实验晶体结构测定的数据(如表1)可知依诺沙星与对苯二甲酸投料物质的量之比为1∶1共晶产物在单斜晶系P2(1)/c空间群中结晶。在其最小的不对称单元中，有一个水分子，一个依诺沙星阳离子(带一个单位正电荷)和一个对苯二甲酸阴离子(带一个单位负电荷)。如图2所示，依诺沙星与对苯二甲酸投料物质的量比为1∶1，所形成的共晶产物中依诺沙星与对苯二甲酸物质的量比为1∶1，并含一个水分子(最小的不对称单元中)。后面统称依诺沙星-对苯二甲酸1∶1共晶。

图2 依诺沙星-对苯二甲酸1∶1共晶分子结构图(虚线代表氢键)

图3 依诺沙星-对苯二甲酸1∶1共晶空间堆积图

依诺沙星-对苯二甲酸1∶1共晶的晶体结构及结构精修数据如表1所示，晶体中选择性键长、键角和氢键的相关参数分别如表2、表3所示。

表1 依诺沙星-对苯二甲酸1∶1共晶的

表2 依诺沙星-对苯二甲酸1∶1共晶晶体结构的选择性键长]和键角[°]

表3 依诺沙星-对苯二甲酸1∶1共晶晶体结构的氢键数据

(2)依诺沙星与对苯二甲酸投料物质的量之比为2∶1共晶的晶体结构分析：

由其X-射线单晶衍射实验晶体结构测定的数据(如表4)可知依诺沙星与对苯二甲酸投料物质的量之比为2∶1，共晶产物在三斜晶系P-1空间群中结晶。在其最小的不对称单元中，有四个水分子，两个依诺沙星阳离子(带一个单位正电荷)和两个对苯二甲酸阴离子(带一个单位负电荷)。如图4所示，依诺沙星与对苯二甲酸投料物质的量比为2∶1，所形成的共晶产物中依诺沙星与对苯二甲酸物质的量比为2∶1，并含四个水分子(最小的不对称单元中)，后面统称依诺沙星-对苯二甲酸2∶1共晶。

图4 依诺沙星-对苯二甲酸2∶1共晶分子结构图(虚线代表氢键)

图5 依诺沙星-对苯二甲酸2∶1共晶空间堆积图

依诺沙星-对苯二甲酸2∶1共晶的晶体结构及结构精修数据如表4所示，晶体中各个键的键长和氢键的相关参数分别如表5、表6所示。

表4 依诺沙星-对苯二甲酸2∶1共晶的

表5 依诺沙星-对苯二甲酸2∶1共晶晶体

表6 依诺沙星-对苯二甲酸2∶1共晶

三、依诺沙星-对苯二甲酸共晶的溶解度测定

1.实验部分

(1)实验仪器与试剂TU-1810紫外可见分光光度计，超声波清洗仪

实验制得的依诺沙星-对苯二甲酸1∶1和2∶1共晶产物，实验用水为蒸馏水。

(2)实验步骤

1)依诺沙星-对苯二甲酸1∶1共晶的溶解度测定：

准确称取依诺沙星-对苯二甲酸1∶1共晶产物0.006 4g于50mL小烧杯中，加入适量蒸馏水完全溶解，转移至50mL的容量瓶中，进一步稀释10倍得原溶液1(测得其在264nm有吸收峰，Abs1.043)，浓度为0.012 8mg/mL。以下列方式用50mL容量瓶进行稀释得1～5号已知浓度的溶液(表7)：

表7 依诺沙星-对苯二甲酸1∶1共晶

在50mL小烧杯中加入适量水后不断加依诺沙星-对苯二甲酸1∶1共晶在超声波清洗仪中振荡直至共晶不再溶解。过滤，得依诺沙星-对苯二甲酸1∶1共晶饱和溶液，稀释一定倍数得溶液a待用。

用紫外可见分光光度计(TU-1810型)，厚度为1cm石英比色皿进行1～5号溶液及溶液a的紫外吸收的测定。由1～5号已知浓度的溶液可绘制出共晶产物溶液其浓度与吸光度的工作曲线，从而计算出共晶产物的溶解度。

2)依诺沙星-对苯二甲酸2∶1共晶的溶解度测定

方法步骤同1)，其中称取共晶0.008 0g，制得原溶液2(测得其在269nm有吸收峰，Abs10.175)，浓度为0.160mg/mL。以下列方式用50mL容量瓶进行稀释得1～5号已知浓度的溶液(表8)：

表8 依诺沙星-对苯二甲酸2∶1共晶不同浓度溶液的配置

2.实验结果与分析

(1)依诺沙星-对苯二甲酸1∶1共晶

通过不同浓度下的依诺沙星-对苯二甲酸1∶1共晶的紫外吸收的测量绘得紫外光谱(如图6所示)，可知该化合物的最大吸收波长为λ=264nm。将1～5号已知浓度的溶液在264nmAbs为纵坐标，浓度(mg/mL)为横坐标绘制出依诺沙星-对苯二甲酸1∶1共晶的工作曲线(如图7所示)。

依诺沙星-对苯二甲酸1∶1共晶饱和溶液稀释50倍后测得溶液在波长264nm有吸收峰Abs0.467。根据工作曲线计算得到依诺沙星-对苯二甲酸1∶1共晶饱和溶液的浓度为0.321mg/mL。换算成依诺沙星的溶解度为0.204mg/mL。

图6 依诺沙星-对苯二甲酸1∶1共晶不同浓度溶液的紫外光谱

图7 依诺沙星-对苯二甲酸1∶1共晶溶液的工作曲线

(2)依诺沙星-对苯二甲酸2∶1共晶

通过不同浓度下的依诺沙星-对苯二甲酸2∶1共晶的紫外吸收的测量绘得紫外光谱(如图8所示)，可知该化合物的最大吸收波长为λ=269nm。将1～5号已知浓度的溶液在269nmAbs为纵坐标，浓度(mg/mL)为横坐标绘制出依诺沙星-对苯二甲酸2∶1共晶的工作曲线(如图9所示)。

图8 依诺沙星-对苯二甲酸2∶1共晶不同浓度溶液的紫外光谱

图9 依诺沙星-对苯二甲酸2∶1共晶溶液的工作曲线

依诺沙星-对苯二甲酸2∶1共晶饱和溶液稀释200倍后测得溶液在波长269nm有吸收峰Abs0.465。根据工作曲线计算得到依诺沙星-对苯二甲酸2∶1共晶饱和溶液的浓度为1.16mg/mL。换算成依诺沙星的溶解度为0.917mg/mL。

四、结论

抗菌药依诺沙星可以用对苯二甲酸作为共晶形成物(CCF)，以水作为溶剂通过溶剂挥发法制备不同物质的量配比的共晶。本实验成功制备了依诺沙星-对苯二甲酸1∶1共晶，依诺沙星-对苯二甲酸2∶1共晶，并且使依诺沙星的溶解度都有增加(据中华药典2005年版，依诺沙星不溶于水，即溶解度小于0.1mg/mL)，其中依诺沙星-对苯二甲酸2∶1共晶中依诺沙星的溶解度有大幅增加，表明通过药物共晶的方法来增加依诺沙星这种药物的溶解度是可行的。

本实验还进行了两种共晶结构、溶解度测定，相关性质参数对比如下(表9)：

表9 依诺沙星-对苯二甲酸1∶1和2∶1共晶性质参数对比

通过对比可知依诺沙星-对苯二甲酸2∶1共晶溶解度比1∶1的溶解度大，表明不同物质的量配比的共晶溶解度存在差异。从组成看，依诺沙星-对苯二甲酸2∶1共晶所含四个H2O，比1∶1共晶多；同时2∶1共晶中对苯二甲酸的极性比1∶1中的大，这些都是依诺沙星-对苯二甲酸2∶1共晶溶解度比1∶1的溶解度大的可能原因。同时，这一现象也符合Nehm[7]等在研究卡马西平(CBZ)和烟酰胺(NCT)共晶溶解度时得出的结论：溶液中各组分浓度与共晶溶解度有密切关系，共晶溶解度随着CCF浓度的减小而越来越大。所以，在今后依诺沙星等的药物共晶的研究时，除了要选择合适的共晶形成物(CCF)之外，共晶药物成分与共晶形成物的配比也是今后的研究方向。

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2095-4654(2016)12-0102-07

2016-10-15

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