维格列汀的空间构型与稳定性的关系

杨 杰，朱 峰，李 党

(1 海南海药股份有限公司，海南 海口 570311；2 海南通用三洋药业有限公司，海南 海口 570312；3 海南葫芦娃药业集团股份有限公司，海南 海口 570311)

维格列汀(Vildagliptin)，化学名为(S)-1-[2-(3-羟基金刚烷-1-氨基)乙酰基]吡咯烷-2-腈，是继西他列汀(sitagliptin)后的又一个口服给药的二肽基肽酶-IV(DPP-IV)抑制剂，由瑞士诺华(Novartis)制药有限公司开发，于2008年获准在欧盟上市，用于治疗Ⅱ型糖尿病[1]。

维格列汀制备以L-脯氨酰胺为起始物料，和氯乙酰氯发生N-乙酰化反应、所得中间体不经分离，其结构中的酰胺基团在三氟乙酸酐/N，N-二甲基甲酰胺作用下脱水制得关键中间体(2S)-1-(2-氯乙酰基)-2-吡咯烷甲腈，中间体再与3-氨基-1-金刚烷醇发生亲核取代反应制备得到维格列汀粗品，最后经纯化、精制步骤制备得到维格列汀成品。维格列汀长期放置或与辅料微晶纤维素作用易降解成杂质维格列汀环脒(化学结构如图1所示)，为进一步确证维格列汀的绝对构型和易降解的原因，本研究进行维格列汀的晶体培养及结构解析，从晶体排序及分子间相互作用的角度阐述该化合物晶态下的分子排列及分子间作用特征，了解其空间构象，为该化合物易降解的原因提供参考。

图1 维格列汀环脒化学结构Fig.1 The chemical structure of vigliptin cyclic amidine

1 实 验

1.1 实验仪器

表1 X-射线单晶衍射仪参数Table 1 Parameters of X-ray single crystal diffractometer

1.2 单晶培养方法

称取10.1 mg的化合物维格列汀合格样品(批号：20210802)，置于3 mL玻璃瓶内，加入0.3 mL的丙酮溶剂。超声振荡促进固体样品溶解后，采用过滤头(0.45 μm的FTFE滤膜)进行过滤，滤液转移至一个洁净的4 mL容积的单晶生长瓶(44.6 mm×14.65 mm)中。使用PE材质的单晶瓶塞将该单晶生长瓶封口，随后在塞子上扎一个针孔。将该单晶生长瓶装入预先盛有3 mL甲基叔丁基醚的20 mL的玻璃瓶中。加盖密封该20 mL玻璃瓶，并将其静置于通风橱内进行室温气液渗透。气液渗透七天后，观察到体系中析出块状的单晶样品，所得单晶样品的显微照片如图2所示。

图2 维格列汀单晶样品的显微照片Fig.2 The micrograph of vigliptin single crystal sample

1.3 晶体结构的测定

从上述培养得到的块状单晶样品切割并挑选出衍射质量合适的一颗单晶，照《中华人民共和国药典》2020 年版四部通则0451第一法测定，对其进行单晶X-射线衍射表征并解析其晶体结构。将该单晶裹上Paratone-N晶体保护油(一种油基晶体冷冻保护剂)并粘在Cryoloop上。随后以随机取向的方式将单晶样品安置在载晶台上，晶体浸没在低温(T=120 K)氮气保护气流中。单晶样品的衍射预实验及单晶衍射数据收集使用Rigaku XtaLAB Synergy R型单晶衍射仪(Cu靶光源，λ=1.541 84 A)在120 K温度环境下进行，衍射数据使用CrysAlisPro (1.171.40.67a，Rigaku，2019)软件包进行分析处理。

在120 K温度下衔射数据收集的最低θ角度为5.164 9°，最高θ角度75.917°，基于5.137°<θ<75.767°角度范围内收集到18 561个衔射点，采用CrysAlisPro (1.171.40.67a，Rigakr，2019)程序对其进行分析(T-vector算法)以确定该晶体的晶胞参数以及取向矩阵。数据收集完整度为9.72%，衍射数据最高分辨率D min (Cu)截断至0.79 A。数据平均信噪比(/o)为88.8。

1.4 单晶衍射数据还原

单晶 X 射线衍射分析结果表明，维格列汀化学计量式为 C17H25N3O2，相对分子质量为 303.40。该晶体属正交晶系，P212121空间群，其单胞参数为：{a=10.153 88(4)Å，b=10.609 60(5)Å，c=14.516 49(8)Å，α=90°，β=90°，γ=90°，V=1 563.843(13)A3}。采用CrysAlisPro(1.171.40.67a，Rigaku，2019)程序对探测器所采集得到的每一帧衍射图像同步进行还原整合并进行洛伦兹极化校正(Lorentz and polarization corrections)，共收集得到19 631个衔射点。其中独立衔射点 3 159个。使用CrysAlisPro (1.171.40.67a，Rigaku，2019)程序中的SCALE3 ABSPACK算法对衍射数据进行经验吸收矫正(Spherical Harmonies方法)，该晶体样品对波长λ=1.542 A的X-射线的线性吸收系数为0.683 mm-1，最小透过系数(Tmax)为0.944 01，最大通过系数(Tmax)为1.000 00所有等效衍射点的强度在实验误差范围内基本相等，其Rm为2.62%。

2 单晶结构解析和精修的方法[2-6]

单晶结构解析采用OLEX2软件，以ShelXT初解程序对衍射数据进行结构初解(采用Intrinsic Phasing方法)并确定晶体所属空间群为P212121。随后采用ShelXZ (Version：2018/3)程序进行结构精修。以数轮差值Fourier合成确定全部非氢原子的坐标，继而以全矩阵最小二乘法对所有非氢原子进行各向异性精修。与碳原子相连的氢原子采用理论加氢方式(riding model)精修得到，与氮原子以及氧原子相连的氢原子则根据Fourier Map精修其原子坐标及位移参数。

图3 单晶结构的不对称单元图Fig.3 The asymmetric unit of single crystal structure

该晶体结构的不对称单元仅由一个维格列汀分子所组成，表明该维格列汀晶体为无水晶型。

单晶结构解析确证了化合物维格列汀的立体化学结构与目标分子相一致，其分子中手性中心(C16)的绝对构型为S。

图4 所示为单晶结构中维格列汀分子的ORTEP图Fig.4 The vigliptin molecule ORTEP figure of single crystal structure

图5 维格列汀晶体结构的单胞示意图Fig.5 The single cell schematic diagram of vigliptin single crystal structure

该晶体的每个单胞中包含有4个维格列汀分子。该单晶结构中的氢键信息列于表2。

表2 格列汀单晶结构中的氢键表Table 2 The hydrogen bond table of vigliptin single crystal structure

相邻的维格列汀分子间通过分子间氢键作用(O1-H1…N1#1)2相互连接，如图6所示示。

图6 维格列汀单晶结构中的氢键连接示意图Fig.6 The hydrogen bonding schematic diagram of vigliptin single crystal structure

图7 晶体结构中分子的堆积结构示意图 (沿晶体学b-轴观察)Fig.7 The molecular stacking structure schematic diagram of vigliptin single crystal structure (observation along crystallographic b-axis)

图8 维格列汀单晶结构的计算XRPD、单晶样品的 实测XRPD以及维格列汀起始样品实测XRPD的对比图Fig.8 The comparison diagram of calculated XRPD and measured XRPD of vigliptin single crystal structure and measured XRPD of starting sample

对比显示：单晶样品的实测XRPD与起始样品的实测XRPD相一致。单晶结构的计算XRPD与单晶样品的实测XRPD也基本一致，仅在部分衍射峰上存在一定偏移。推测该现象是由于不同测试温度下(单晶衍射数据在120 K下收集，单晶样品的实测XRPD数据在室温下收集)品体的晶胞的热胀冷缩引起的。

表3 维格列汀单晶样品的晶体学结构数据及结构精修参数Table 3 The crystallographic structure data and structure refinement parameters of vigliptin single crystal sample

续表3

3 结 论

维格列汀为一种DPP-IV抑制剂，为口服有效的降血糖药物，市场前景较好。 为了解其易降解或和辅料微晶纤维素的相容性的原因，本试验进行了其单晶结构的研究，运用 X 射线单晶衍射技术对其结构进行解析。结果表明，该晶体属正交晶系，P212121空间群，维格列汀分子间通过分子间氢键作用(O1-H1…N1#1)2相互连接，以范德华力和氢键来维系空间结构的稳定排列。若此稳定性被破坏，则金刚烷上的氮原子碱性增强，其易进攻吡咯烷上的氰基进而环合，这可能是长期放样或加入微晶纤维素，易产生杂质维格列汀环脒的原因。