文拉法辛有机酸盐晶体结构表面分析和红外光谱鉴定*

喻红梅，张宝喜，邢逞，胡堃，龚宁波，吕扬

(北京协和医学院中国医学科学院药物研究所晶型药物研究北京市重点实验室，北京 100050)

药物的固体形态种类主要有多晶型、盐、水合物或溶剂合物以及共晶。药物的固体形态直接影响其安全性和有效性，成盐是改变弱酸、弱碱药物溶解度最常用的方法，可有效改善药物的理化性质，如熔点、溶解度、溶出速率、稳定性、吸湿性以及生物利用度等[1-3]。美国专利商标署的一份简要研究表明，超过24 000项获批专利的声明中都含有“用于药用的盐”[4]。

文拉法辛(C17H27NO2，图1)具有独特的神经药理作用，如抗抑郁、改善睡眠、镇痛等，可用于治疗抑郁症[5]、强迫症[6]、焦虑症[7]、精神分裂症[8]等。但文拉法辛水溶性较差，直接药用受到限制，其分子结构中叔胺基是碱性基团，可与酸性较强的酸发生质子转移形成分子盐。临床上常用盐酸文拉法辛，但有临床报道盐酸文拉法辛有导致低血糖的风险[9-11]，因此寻找新的文拉法辛盐势在必行。文献已报道文拉法辛可与香豆素、阿魏酸、草酸、水杨酸、富马酸及柠檬酸形成相应的1：1分子盐[12]。另一方面，针对盐表征的关键是证实形成盐的2种组分分子间相互作用(质子转移)的形成，最为准确的是单晶X射线衍射法，只要有一颗适用的单晶体，就可以得到化合物分子的准确三维立体结构[13]。傅里叶变换红外光谱[14]是一种用于晶型固体物质识别与鉴定的分析方法，被各国药典收载用于化学药物的检测分析。该法具有操作简单、使用样品量少等优点，常用于药物的定性鉴别和半定量分析。Hirshfeld表面分析[15-17]依据电子云密度，可清晰地阐明分子内、分子间的键能联系，直观揭示晶体结构中分子间的相互作用，并能够区分晶胞中的不同作用力大小及所占比例，是用于表征和结构分析的有力工具。基于以上分析，笔者在本文利用悬浮液法制备文拉法辛对羟基苯甲酸和文拉法辛对氨基苯磺酸2种新盐型，采用溶液挥发法获得适用的单晶体，用单晶X射线衍射分析方法获得文拉法辛盐的三维立体结构，使用红外光谱法对新制备的盐型进行了鉴定分析，并用Crystal Explorer软件对2种盐型进行Hirshfeld表面分析。

图1 文拉法辛、对羟基苯甲酸和对氨基苯磺酸的分子结构

1 仪器与试药

1.1仪器及条件 Rigaku MicroMax 002+型单晶X射线衍射仪(日本理学公司)，测试条件：CuKα 辐射(λ=1.541 78 Å)，共聚焦单色器准直光管直径0.30 mm，晶体与CCD探测器距离45 mm，管压45 kV，管流0.90 mA，ω与 κ扫描方式；采用CrystalClear进行数据还原，SHELX-2018[18]进行结构解析和数据精修。Spectrum 400型红外光谱仪(美国PerkinElmer 公司)，测试条件：扫描范围4 000～650 cm-1，分辨率4.0 cm-1，扫描次数16次，使用衰减全反射附件测定。

1.2药品与试剂 盐酸文拉法辛(武汉远城科技发展有限公司，含量98%，批号：20110614)，对羟基苯甲酸(国药集团化学试剂有限公司，含量>99.5%，批号：20161015)，对氨基苯磺酸(国药集团化学试剂有限公司，含量>99.5%，批号：20150614)，实验中所用其他试剂均为分析纯。

2 方法与结果

2.1样品的制备

2.1.1文拉法辛的制备 分别称取盐酸文拉法辛31.3 g及氢氧化钠4 g，用水溶解；定量量取氢氧化钠溶液加入到盐酸文拉法辛溶液中，振摇40 min，使两者反应充分；加入适量乙酸乙酯萃取，转移至分液漏斗中，充分振摇，静置30 min，转移上层溶液于旋蒸瓶中，在转速70 r · min-1，温度55 ℃，压强-0.1 MPa条件下，旋蒸至无溶剂；向样品中加入66 ℃ 的正己烷，使样品溶解，将溶液转移至锥形瓶中，封口静置1周即得文拉法辛晶体。

2.1.2文拉法辛盐的制备 将文拉法辛原料药分别和对羟基苯甲酸、对氨基苯磺酸2种有机酸按照1：1的剂量比，各自称量1 mmol，置于洁净的三角瓶内，加入乙酸乙酯40 mL，于室温下400 r · min-1搅拌24 h，滤过，取滤饼，40 ℃条件下减压干燥12 h，得到相应的2种文拉法辛有机酸盐。

2.1.3文拉法辛盐的晶体生长 分别取文拉法辛对羟基苯甲酸盐和文拉法辛对氨基苯磺酸盐20 mg，加入乙酸乙酯4 mL溶解，滤过后静置，约15 d后获得适用单晶体。

2.2单晶结构分析 采用单晶X射线衍射仪收集衍射数据，文拉法辛两种盐的盐键和氢键联系见图2。文拉法辛对羟基苯甲酸盐中文拉法辛与对羟基苯甲酸1：1成盐，而文拉法辛对氨基苯磺酸盐得到的是水合物，晶体中文拉法辛：对氨基苯磺酸：水的比例为1：1：1，分子中存在盐键和氢键联系。

2.2.1文拉法辛 文拉法辛单晶体为无色透明块状，尺寸：0.20 mm×0.26 mm×0.29 mm，晶体属于单斜晶系，空间群为 P 21/n，晶胞参数 a=8.4135(12)，b=8.866 9(12)，c=21.790(3)Å，β=92.31(1)°，晶胞体积V=1 624.2(4)Å3，晶胞内分子数Z=4。

2.2.2文拉法辛对羟基苯甲酸盐 文拉法辛对羟基苯甲酸盐衍射用晶体为无色透明片状，尺寸：0.03 mm×0.16 mm×0.19 mm，晶体属于单斜晶系，空间群为 P 21/a，晶胞参数 a=18.390(50)，b=12.030(30)，c=20.660(40)Å，β=92.16(3)°，晶胞体积V=4567(19)Å3，晶胞内分子数 Z=4。文拉法辛分子中的叔胺基作为盐键受体，与对羟基苯甲酸中的一个羟基形成盐键N1-H…O4：2.787 Å ，文拉法辛中的羟基与对羟基苯甲酸羧基上的羟基形成分子间氢键O2-H…O4：2.765 Å，对羟基苯甲酸分子中的酚羟基与羧基上的羰基形成分子间氢键O3-H…O4：2.732 Å。

2.2.3文拉法辛对氨基苯磺酸盐 文拉法辛对氨基苯磺酸盐衍射用晶体为无色透明针状，尺寸为：0.04 mm×0.06 mm×0.30 mm，晶体属于单斜晶系，空间群为 P 21/c，晶胞参数 a=19.511(6)，b=8.453(4)，c=29.300(9)Å，β=92.22(3)°，晶胞体积V=4832(3)Å3，晶胞内分子数Z=4。文拉法辛分子中的叔胺基作为盐键受体，与对氨基苯磺酸中的磺酸基形成盐键N1-H…O5：2.696 Å，对氨基苯磺酸分子中氨基与另一个对氨基苯磺酸分子中磺酸基中H原子形成分子间盐键N2-H…O4：3.014 Å，对氨基苯磺酸中的氨基与水分子中的氧原子形成分子间氢键N2-H…O1w：3.056 Å。文拉法辛对氨基苯磺酸盐晶体结构中含有1分子结晶水，提示水合物可能是文拉法辛对氨基苯磺酸盐的稳定存在方式，进一步研究注意水合物的转化过程，控制环境温度和湿度，以保证其晶型稳定存在(图2)。

a.文拉法辛对羟基苯甲酸盐；b.文拉法辛对氨基苯磺酸盐。

2.3晶胞堆积图

2.3.1文拉法辛对羟基苯甲酸盐 文拉法辛-对羟基苯甲酸(1：1)盐的晶胞中文拉法辛分子与对羟基苯甲酸分子沿着 c 轴方向形成夹心式的层状排列，对羟基苯甲酸分子沿着 b 轴方向形成肩并肩式排列。见图3A。

2.3.2文拉法辛对氨基苯磺酸盐 文拉法辛-对氨基苯磺酸-水(1：1：1)盐的晶胞中文拉法辛分子与对氨基苯磺酸分子沿着 c 轴方向呈层状排列，文拉法辛分子和对氨基苯磺酸分子分别沿着b轴方向呈S型链状排列。见图3B。

2.4Hirshfeld 表面分析 目前Hirshfeld表面分析已广泛应用于药物多晶型、溶剂合物以及共晶的晶体结构研究中，为进一步了解晶体结构中分子间相互作用的类型和大小，笔者采用Hirshfeld表面分析计算，将分子间的相互作用用图像和数值的方式可视化的呈现出来。在图像中，白色代表等价于范德华力原子间距离的作用力，红色代表比范德华力距离短的作用力，蓝色代表比范德华力距离长的作用力。文拉法辛、文拉法辛盐的 Hirshfeld表面分析图谱见图4，文拉法辛与文拉法辛盐的分子间作用力分析见图5。

A.文拉法辛；B.文拉法辛对羟基苯甲酸盐；C.文拉法辛对氨基苯磺酸盐。

图5 文拉法辛与文拉法辛盐的分子间作用力分析

由数据中可以看出，2种盐具有近似的分子相互作用，H…H，H…O，H…C这3种作用占据99%以上的贡献，且3种作用大小相近。与文拉法辛比较，2种盐O…H作用从9.2% 提高到20%，表明氢键在2种盐中占据重要作用。

2.5红外光谱分析 由有机酸文拉法辛盐、有机酸、文拉法辛的红外图谱对照可发现(图6)，盐的红外光谱并非有机酸和文拉法辛的加和，在羟基-OH吸收峰(3600～2500 cm-1)处，与羰基 C=O吸收峰 (1900～1600 cm-1)处，出现峰位偏移、峰宽和峰面积改变等现象，分析原因可能是由于盐中有机酸和文拉法辛结构之间存在弱相互作用，这种较弱氢键和盐键的作用会对分子的化学环境和电子云分布等产生影响，使得原有化学键在红外谱图中的吸收峰产生不同程度的改变。对羟基苯甲酸的羰基νC=O=1670 cm-1，羟基ν-OH=3381 cm-1，与文拉法辛成盐后羰基νC=O吸收峰消失，羟基ν-OH大大减弱，因为羰基 C=O和羟基-OH 参与形成分子间氢键和盐键，伸缩振动受到限制。文拉法辛与对氨基苯磺酸成盐后，与文拉法辛相比，出现氨基νN-H=3460 cm-1吸收峰，佐证N1-H…O5盐键的形成。以上特征吸收峰的位移变化，可用于2种文拉法辛盐的鉴定分析。

图6 文拉法辛及文拉法辛盐的红外光谱图

3 讨论

近年来，药物成盐技术引起广泛关注。文拉法辛作为一线抗抑郁药，水溶性较差，严重影响其治疗效果，临床研究报道市售盐酸文拉法辛服用过量易引起低血糖。为提高文拉法辛的水溶性，本研究选择合适的配体，制备得到新的文拉法辛盐型，在提高活性药物成分水溶性的同时，亦为成盐技术用于改善药物理化性质提供新的思路。

文拉法辛的分子含有叔胺基可作为盐键受体，羟基可作为氢键供体，本研究选取一系列羧酸化合物与文拉法辛进行成盐设计，获得与对羟基苯甲酸、对氨基苯磺酸的盐型化合物，采用悬浮液法制备得到样品粉末，通过溶剂挥发法获得了合适的单晶体用于结构分析。单晶衍射分析表明，两种盐的晶体都属于单斜晶系，盐中文拉法辛与有机酸的比例均为1：1，由于所使用的有机酸结构类似，其晶体结构在空间上都形成沿C方向的层状结构。分子以盐键、氢键和范德华力维系其在空间的稳定排列。Hirshfeld表面分析进一步指出，与文拉法辛相比，氢键在2种盐中所占的比例提高了1倍，在维系分子的稳定中占有更重要的地位。2种盐的药理学活性需要展开进一步研究。

对氨基苯磺酸分子含有苯环、磺酸基、氨基等基团；对羟基苯甲酸分子含有苯环、羧基、羟基等基团，每种官能团和化学键都有其特征振动频率，这些官能团和化学键的振动频率在成盐过程中由于分子间的盐键和氢键等作用力的影响，常常会发生不同程度的偏移[18-21]。本文通过分析文拉法辛及文拉法辛盐的红外光谱，对其官能团的特征吸收峰进行比较，为文拉法辛2种盐的光谱法鉴别提供了基础研究数据，对于红外光谱法用于共晶或成盐鉴别具有参考意义。