蔣成君，程桂林

（1浙江科技學(xué)院生物與化學(xué)工程學(xué)院，浙江杭州310023；2浙江中醫(yī)藥大學(xué)中醫(yī)藥科學(xué)院，浙江杭州310053）

藥品的質(zhì)量與人們的生命安危、健康長壽密切相關(guān)，其相應(yīng)的原料藥（API）質(zhì)量受到嚴(yán)格的監(jiān)管。其中最大的挑戰(zhàn)來自于分子大小、形狀和理化性質(zhì)相近的相似化合物的分離[1]。開發(fā)經(jīng)濟(jì)有效的分離方法是實(shí)現(xiàn)API高端制造的關(guān)鍵之一。方法的關(guān)鍵特征是高選擇性（純度）、生產(chǎn)能力、分離的效率。利用API自身的特殊官能團(tuán)（例如，）成鹽，然后通過溶解度的差異結(jié)晶分離是最經(jīng)濟(jì)有效的方法，在工業(yè)上得到了廣泛的應(yīng)用[2]。然而，大部分的API 不具有這些特殊的官能團(tuán)或者混有結(jié)構(gòu)非常相似的化合物，通過成鹽的方法無法識別、選擇性低。開發(fā)具有更高分子識別能力的分離技術(shù)是實(shí)現(xiàn)API高端制造所必須解決的難題。絕大多數(shù)的API是有機(jī)小分子化合物。共晶是指有機(jī)小分子與共晶形成物（CF）通過分子間作用力（包括氫鍵、鹵鍵、范德華力、π-π堆積等）組裝形成的具有超分子結(jié)構(gòu)的晶體。而鹽是質(zhì)子從酸性組分向堿性組分轉(zhuǎn)移，通過分子與酸或堿之間的離子鍵作用結(jié)合而成的復(fù)合物[3]。相較于鹽只局限于酸堿類有機(jī)小分子，從理論上分析，含酰胺鍵、氮唑環(huán)、硫雜環(huán)、羧酸、內(nèi)酯類、醇酚類API都能形成共晶[4]。共晶化合物的溶解度通常與純組分的溶解度存在差異。CF 的引入改變了API 分子間的連接、堆積方式，從而改變了API 的理化性質(zhì)，使原本在體系中不結(jié)晶的API或雜質(zhì)結(jié)晶、析出?；诔肿踊瘜W(xué)原理的共晶技術(shù)可以從分子水平控制API 或雜質(zhì)的結(jié)晶過程，通過CF 的選擇，精準(zhǔn)與API或雜質(zhì)形成共晶，顯著提高結(jié)構(gòu)相似化合物的選擇性識別能力，具有非常廣泛的應(yīng)用前景。

本文綜述了近年來共晶技術(shù)在分離有機(jī)小分子方面的研究現(xiàn)狀，重點(diǎn)介紹了共晶技術(shù)在選擇性分離API中間體、手性化合物方面的研究進(jìn)展。

1 共結(jié)晶分離的熱力學(xué)原理

溶質(zhì)在兩相之間的熱力學(xué)平衡決定了其溶解度[5-6]。共晶在兩相間的相平衡由兩個(gè)組分的摩爾自由能或化學(xué)勢的總和決定。共晶AmBn與溶液相平衡的摩爾吉布斯能量由式(1)給出。各個(gè)組分的活度由式(2)定義。

式中，G 為吉布斯自由能，μ為化學(xué)位，a為活度。結(jié)合式(1)和式(2)可以推導(dǎo)出式(3)、式(4)。溶解平衡常數(shù)（溶度積常數(shù)Ksp）如式(5)。

增加共晶溶解度的策略是基于溶液的自由能，主要包括晶格能與溶質(zhì)-溶劑的相互作用，如式(6)所示。

降低晶格能量通常用于增加水溶性。共晶能夠影響固相和溶液相化學(xué)，從而影響相關(guān)的晶格和溶劑化能。共晶技術(shù)通過形成共晶改變組分的晶格能量以及溶解平衡，從而達(dá)到分離的目的。選擇合適CF 和溶劑的關(guān)鍵是構(gòu)建相圖[7-9]，典型的三元相圖[10]如圖1所示。

圖1 API/CF/溶劑系統(tǒng)三元相圖

在API/CF/溶劑三元體系中，存在溶劑相、CF溶液相、API 溶液相、CF/共晶溶液相以及API/共晶溶液相，共晶的形成僅僅在一個(gè)非常狹小的區(qū)域。若API 與CF 的溶解度相近，組成的相圖則比較對稱，共晶的形成較為容易；若兩者的溶解度差別較大，極易導(dǎo)致一個(gè)物質(zhì)析出，而不容易形成共晶。對相圖的理解有助于優(yōu)化共晶技術(shù)分離的條件。

2 共結(jié)晶分離非手性分子

Desiraju[11]首次提出了有機(jī)合成與晶體工程之間的關(guān)系、超分子合成子的概念以及特定分子間相互作用的化學(xué)和幾何特性。共結(jié)晶本質(zhì)上是一種超分子自組裝系統(tǒng)，是熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)、分子識別的平衡結(jié)果。Resnati 等[12]系統(tǒng)地研究了分子自組裝過程氫鍵和鹵鍵的競爭關(guān)系，當(dāng)控制自組裝的分子識別模式基于氫鍵或鹵鍵時(shí)，則在適當(dāng)?shù)臈l件下鹵鍵或氫鍵可以支配自組裝過程，從而形成超分子結(jié)構(gòu)，這種超分子自組裝的過程具有選擇性。如1,2-雙(4-吡啶基)乙烷1a 與芳香族全氟化碘化合物2a、對苯二酚3a 都能形成了共晶結(jié)構(gòu)（圖2），然而在室溫下放置幾天，1a+2a形成的共晶能夠從丙酮中析出純的晶體，而化合物3a 仍然留在溶液中，原因在于這個(gè)體系中鹵鍵優(yōu)于氫鍵構(gòu)建超分子結(jié)構(gòu)。

圖2 芳香族鹵鍵與氫鍵供體的競爭

這種自組裝過程的選擇性為兩個(gè)物質(zhì)2a 和3a的分離提供了可能性。自組裝過程的競爭/選擇性不僅存在于芳香體系中，而且也存在于脂肪體系中（圖3），1b與2b形成了熔點(diǎn)為105℃的固體，而1b和3b形成的為液體。

圖3 脂肪族族鹵鍵與氫鍵供體的競爭

固液體系通過過濾的方式即可以分離，分離得到的共晶加入水中游離后萃取，可得到高純度的目標(biāo)分子。近年來，生物催化技術(shù)在藥物合成方面得到廣泛的應(yīng)用。在生物催化的過程中，通常使用酶或全細(xì)胞將原料連續(xù)轉(zhuǎn)化成產(chǎn)品，高濃度的產(chǎn)品可能會(huì)抑制酶的活性或使細(xì)胞中毒，形成產(chǎn)物抑制效應(yīng)。此時(shí)，需要將產(chǎn)物不斷移出反應(yīng)體系，結(jié)晶是最廣泛應(yīng)用的一種方法。然而，產(chǎn)物在體系中并沒有達(dá)到飽和濃度，無法通過普通的結(jié)晶方法析出。傳統(tǒng)的方法是成鹽，降低溶解度析出，但成鹽過程中發(fā)酵產(chǎn)生的類似結(jié)構(gòu)化合物一同析出，影響了產(chǎn)物的純度。Urbanus 等[13]用共晶技術(shù)解決低濃度肉桂酸的結(jié)晶問題。以肉桂酸（CA）為目標(biāo)分子，3-硝基苯甲酰胺（NBA）為CF（圖4），通過NBA與CA形成共晶，降低溶解度，實(shí)現(xiàn)分離的目的。

化合物CA、NBA 和水的相圖表明，CA-NBA共晶在水中的溶解度只有CA溶解度的1/7，在較低的濃度下就能析出。Urbanus 等[13]將3-硝基苯甲酰胺懸浮于體系中，模擬CA 的生產(chǎn)過程，研究發(fā)現(xiàn)持續(xù)產(chǎn)生的產(chǎn)物CA 不斷的轉(zhuǎn)化為CA-NBA 的共晶，析出反應(yīng)體系，整過程中實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)態(tài)。

圖4 肉桂酸/3-硝基苯甲酰胺結(jié)構(gòu)式

Hsi 等[14]認(rèn)為共晶技術(shù)將雜質(zhì)與中間體分離的前提是形成的共晶能降低雜質(zhì)的溶解度，從而允許在將目標(biāo)分子保留在溶液中的同時(shí)去除雜質(zhì)。該方法是否成功取決于三個(gè)關(guān)鍵條件：①選擇與雜質(zhì)完全結(jié)合的CF；②形成的共晶溶解度降低；③分離過程的條件，如CF 的濃度和溶劑系統(tǒng)的調(diào)節(jié)。作者選擇了布洛芬（KPF）和酮洛芬（IPF）兩種眾所周知的結(jié)構(gòu)相似的API，分別選定為雜質(zhì)和目標(biāo)分子（圖5）。

圖5 布洛芬/酮洛芬/4，4’-聯(lián)吡啶結(jié)構(gòu)式

兩種分子都具有可用于形成氫鍵的羧酸基團(tuán)。在分析劍橋結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫（CSD）的基礎(chǔ)上，選擇了4,4’-聯(lián)吡啶（BP）為CF，BP與雜質(zhì)布洛芬形成共晶，而不與目標(biāo)分子酮洛芬形成共晶。在KPF/IPF/BP=2/2/1的體系中，BP 選擇性地與布洛芬形成2∶1的共晶，且僅與雜質(zhì)布洛芬結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)了分離。此外，觀察到與純布洛芬相比，布洛芬-BP共晶的溶解度在乙酸乙酯中降低至純布洛芬的1/8，進(jìn)一步篩選溶劑，發(fā)現(xiàn)水/乙醇（體積比1∶1）為最佳除雜溶劑。

Hsi 等[15]進(jìn)行的另一項(xiàng)研究是選擇一種理想的CF，可以選擇性地與目標(biāo)分子/雜質(zhì)混合物中的雜質(zhì)通過氫鍵結(jié)合形成共晶。由于空間效應(yīng)，這些雜質(zhì)形成的共晶不會(huì)摻雜到目標(biāo)分子的晶格中。當(dāng)選擇的目標(biāo)分子為苯甲酰胺（BAM）時(shí)，苯甲酸（BA）作為雜質(zhì)；目標(biāo)分子為肉桂酰胺（CAM）時(shí)，肉桂酸（CA）作為雜質(zhì)。選擇的CF為異煙酰胺（INA），2-氨基-4,6-二甲基嘧啶（DMP）和二甲基乙二肟（DMG），如圖6所示。

圖6 苯甲酰胺/苯甲酸/肉桂酰胺/肉桂酸結(jié)構(gòu)式

Hsi 等[15]為了確定理想的化學(xué)計(jì)量比，充分利用相圖，在BAM/BA 體系中加入DMG，能最大限度提高BAM 的純度。增加DMG 的量，BA 的量并沒有下降。在CAM/CA 體系中，加入DMP 能最大限度提高CAM的純度。同時(shí)考察了溶度積常數(shù)Ksp，研究雜質(zhì)與CF之間的相互作用。但是Ksp與分離效果沒有必然的聯(lián)系。然而，這項(xiàng)研究表明，通過添加CF 可能與溶液中的雜質(zhì)形成共晶，可以純化結(jié)構(gòu)相似的化合物。

隨著環(huán)境法規(guī)越來越嚴(yán)格，酶促合成代替化學(xué)合成API 越來越廣泛。在酶促合成中Penicillin G Acylase （PGA）作為催化劑，如圖7 所示，由于PGA 同時(shí)是轉(zhuǎn)移酶和水解酶，可以將反應(yīng)原料4-羥基苯基甘氨酸甲酯水解為4-羥基苯基甘氨酸。因此，在酶法合成阿莫西林三水合物（AMCT）時(shí)有大量4-羥基苯甘氨酸（4HPG）生成（圖8）。

圖7 酶促合成阿莫西林路線

圖8 阿莫西林/4-羥基苯甘氨酸結(jié)構(gòu)式

圖9 若干CF的結(jié)構(gòu)式

Hsi 等[16]利用共結(jié)晶技術(shù)除去雜質(zhì)4-羥基苯甘氨酸，純化阿莫西林三水合物API，篩選了47種官能團(tuán)（與4HPG上的官能團(tuán)形成異相合成子）的化合物，最終確定了11種化合物（圖9）與4HPG 形成共晶，而不與AMCT形成共晶。其中，2-吡啶甲酸、L-賴氨酸、L-亮氨酸和L-異亮氨酸能最大程度地提高AMCT 的純度。原因在于這四個(gè)CF 具有能夠與雜質(zhì)上的兩個(gè)官能團(tuán)結(jié)合形成兩個(gè)穩(wěn)定的環(huán)狀氫鍵的官能團(tuán)。在這個(gè)體系中，若沒有CF加入，一次重結(jié)晶雜質(zhì)的含量不會(huì)下降，二次重結(jié)晶可以下降57%。然而以2-咪唑啉酮、尿素為CF 時(shí)，雜質(zhì)含量不降反而升高了。以2-吡啶甲酸、L-賴氨酸、L-異亮氨酸、L-亮氨酸為CF時(shí)，一次結(jié)晶雜質(zhì)含量可以降低80%以上，高于未加CF 體系。該研究不僅為共結(jié)晶在化學(xué)分離中作為一種可行的方法提供了一種啟示，而且還揭示了設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮的一些重要因素[空間效應(yīng)（分子量）和官能團(tuán)]。

圖10 肉桂酰胺/苯甲酰胺/肉桂酸/苯甲酸結(jié)構(gòu)式

Weber 等[17]使用等溫滴定量熱法和結(jié)合自由能分析CF 與雜質(zhì)之間的相互作用，以實(shí)現(xiàn)雜質(zhì)形成共晶，達(dá)到純化的目的。比較了兩類體系（圖10），篩選了11種共晶形成物，最優(yōu)條件下，肉桂酰胺（CAM）與肉桂酸（CA）的純度可達(dá)到96%以上，大于通過傳統(tǒng)結(jié)晶可實(shí)現(xiàn)的純度。該方法同時(shí)應(yīng)用于分離非諾貝特中的雜質(zhì)非諾貝酸（圖11），目標(biāo)產(chǎn)物的純度大于90%，遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)的結(jié)晶方法。由于同分異構(gòu)體的性質(zhì)如溶解度、沸點(diǎn)等非常接近，分離同分異構(gòu)體是工業(yè)分離的難題之一。Pons-Siepermann 等[18]將共結(jié)晶技術(shù)應(yīng)用于硝基苯酚異構(gòu)體的分離（圖12）。研究表明，在使用3-氨基苯甲酸作為CF的體系中，可以防止3-硝基苯酚在4-硝基苯酚中的晶格雜質(zhì)摻入。與不加CF的傳統(tǒng)結(jié)晶方法相比，在保證同等收率的情況下，共晶技術(shù)可以使4-硝基苯酚的純度提高80%。一些天然的有機(jī)小分子具有獨(dú)特的生理活性，是藥物的重要來源，但是通常以結(jié)構(gòu)相似的同系混合物的形式存在，選擇性地分離特定結(jié)構(gòu)的分子十分必要。華一卉等[19]以大黃酸為API，選擇精氨酸為CF（圖13），兩者形成共晶，所得大黃酸共晶的純度可達(dá)到99.9%。

圖11 非諾貝特/非諾貝特酸結(jié)構(gòu)式

圖12 對硝基苯酚/鄰氨基苯甲酸結(jié)構(gòu)式

圖13 大黃酸/精氨酸結(jié)構(gòu)式

共結(jié)晶利用分子自組裝的原理，某些CF 只與特定的結(jié)構(gòu)形成共晶，而將同系混合物留在溶液中。Lee等[20]通過選擇性地將香草醛與吩嗪（圖14）形成共晶，從香草醇（香草醛生產(chǎn)中的主要雜質(zhì)）中分離出香草醛。

圖14 香草醛/香草醇/吩嗪結(jié)構(gòu)式

首先篩選溶劑，這些溶劑不僅可以促進(jìn)選擇性香草醛-吩嗪共晶形成，還可以最大限度地減少雜質(zhì)在晶格中的摻入并減少環(huán)境污染。Lee 等[20]探索了該過程的放大和溶解效應(yīng)。在甲苯中進(jìn)行了共結(jié)晶實(shí)驗(yàn)，然后在丙酮中成功再生了兩種組分，形成吩嗪和香草醛溶液。在上述實(shí)施例中，CF 的選擇基于靶分子/雜質(zhì)與CF之間選擇性形成共晶。共晶技術(shù)可以有效地分離雜質(zhì)，但是當(dāng)文獻(xiàn)報(bào)道的目標(biāo)分子共晶很少或沒有時(shí)，就需要做大量的工作篩選CF以及研究體系的相行為。

3 共結(jié)晶技術(shù)分離手性分子

一些藥物中的手性分子在生物活性、代謝過程和毒性等方面存在顯著差別，有的差異甚至如同“治病”和“致病”的差異。因此，如何更為經(jīng)濟(jì)、高效、便捷地將手性分子的“左右手”分開，獲取其中有益部分，成為化學(xué)界競相攻關(guān)的課題。手性拆分是獲得手性化合物的其中一種方法，常用的手性拆分方法有化學(xué)拆分法、酶或微生物法以及色譜拆分法[21]。共結(jié)晶是一種基于分子識別原理的手性分離技術(shù)[22]，它的優(yōu)點(diǎn)不僅限于比傳統(tǒng)的手性拆分方法更“便宜”、更“專一”，該方法還可以擴(kuò)展到不易形成鹽的分子。

Caira等[23]在1996年完成了第一次成功的嘗試。拆分劑(2R,3R)-(+)-酒石酸與4-氨基-對氯丁酸內(nèi)酰胺（圖15）的R-異構(gòu)體通過氫鍵形成1∶2 共晶，對映選擇性不直接涉及外消旋內(nèi)酰胺分子的手性中心，而是通過分子的堆積。

圖15 氨基-對氯丁酸內(nèi)酰胺/酒石酸結(jié)構(gòu)式

這種分離方法顯著區(qū)別與成鹽的分離方法，兩種物質(zhì)之間沒有質(zhì)子的轉(zhuǎn)移導(dǎo)致離子化或者鹽的形成。另外一個(gè)早期的例子是(R)-苯基甘氨酰-(R)-苯基甘氨酸對映選擇性識別烷基苯基亞砜實(shí)現(xiàn)拆分[24]，R構(gòu)型的底物可以達(dá)到92%ee值。共結(jié)晶的過程是主體分子(R)-苯基甘氨酰-(R)-苯基甘氨酸與客體分子烷基苯基亞砜在溶液中重結(jié)晶、自主識別，達(dá)到手性拆分的目的。Bortolini 等[25]將脫氫膽酸用作有效的手性主體分子（圖16），對芳基烷基亞砜進(jìn)行光學(xué)拆分。脫氫膽酸與消旋的芳基烷基亞砜混合，R構(gòu)型的芳基烷基亞砜與其形成共晶，混合物通過乙醚洗滌，S構(gòu)型的芳基烷基亞砜溶解于乙醚中，回收乙醚即可得到S構(gòu)型的產(chǎn)物，共晶溶解于NaHCO3水溶液中，R構(gòu)型的芳基烷基亞砜即游離出來，然后再用乙醚萃取，得到目標(biāo)產(chǎn)物。氨基酸是組成蛋白質(zhì)的基本單元，自然界中常見氨基酸都是一種構(gòu)型的氨基酸-L型氨基酸。Klussmann等[26]提出了一種通過晶體工程產(chǎn)生單一構(gòu)型氨基酸的理論。消旋的氨基酸與非手性二羧酸形成共晶，在含水混合物中實(shí)現(xiàn)手性氨基酸在溶液中富集。一些氨基酸的ee值可以達(dá)到98%以上。Iwama 等[27]發(fā)現(xiàn)DL-精氨酸和富馬酸形成1∶1 的共晶，在非平衡結(jié)晶條件下，ee值達(dá)到95%。DL-精氨酸/富馬酸結(jié)構(gòu)式如圖17。

以上研究均在沒有外部手性來源的情況下，實(shí)現(xiàn)具有高ee值的對映體拆分。共結(jié)晶同樣可以應(yīng)用于富馬酸拆分DL-苯丙氨酸[28]，草酸拆分DL-亮氨酸[29]。

順反異構(gòu)體具有相同的官能團(tuán)，化學(xué)性質(zhì)基本相同，但是生物活性存在較大的差異。如人工合成的乙烯雌酚是一種雌性激素，反式構(gòu)型的生物活性比順式構(gòu)型的高7～10 倍。Scott 等[30]發(fā)現(xiàn)通過共結(jié)晶技術(shù)不僅可以分離鄰、間、對三種異構(gòu)體，還可以分離順反異構(gòu)體。

圖16 脫氫膽酸/芳基烷基亞砜結(jié)構(gòu)式

圖17 DL-精氨酸/富馬酸結(jié)構(gòu)式

圖18 環(huán)己烷二甲醇/環(huán)己二胺結(jié)構(gòu)式

如圖18所示，1,4-苯二甲醇（1）與反-1,2-環(huán)己二胺（4）、順-1,3-環(huán)己二胺（5）、反-1,4-環(huán)己二胺（6）形成1∶1 共晶。反-1,4-環(huán)己烷二甲醇（2）與反-1,2-環(huán)己二胺（4）、順-1,3-環(huán)己二胺（5）以及1,4-環(huán)己二胺（6）形成1∶1 共晶。而順-1,4-環(huán)己烷二甲醇（3）只能與順-1,3-環(huán)己二胺（5）形成共晶。這種選擇性決定了可以通過篩選CF分離目標(biāo)分子。如目標(biāo)分子為順-1,3-環(huán)己二胺（5），選擇順-1,4-環(huán)己烷二甲醇（3）為CF，即可實(shí)現(xiàn)高選擇性分離。(S)-BINOL 是一種通用的手性配體，廣泛用于不對稱合成。Roy 等[31]利用(S)-BINOL只能與順-(-)-和反-(-)-拉米夫定形成共晶（圖19），而順-(+)-和反-(+)-拉米夫定留在了溶液中，從而大規(guī)模合成手性拉米夫定，ee值大于99%。而利用蘋果酸、扁桃酸、二苯甲酰酒石酸等無法拆分拉米夫定，獲得光學(xué)純異構(gòu)體。

Sánchez-Guadarrama 等[32]研究了L-蘋果酸與吡喹酮形成共晶（圖20），L-蘋果酸與RS-吡喹酮都能形成共晶，但是兩者在乙酸乙酯中的溶解度差異較大，通過重結(jié)晶可以得到L-蘋果酸與R-吡喹酮的共晶，加水即可游離出R-吡喹酮。Harmsen等[33-34]通過以左乙拉西坦（LVAT）為CF 只與(S)-布洛芬(IPF)形成共晶（圖21），達(dá)到分離的目的，共晶溶解于水將(S)-布洛芬游離出來，最后精制得到光學(xué)純度為94% 的(S)-布洛芬。氧氟沙星（ofloxacin，OFLX）是一種重要的氟喹諾酮類抗生素，S構(gòu)型（左氧氟沙星）的藥物活性比R構(gòu)型的高8-128 倍。He 等[35]利用共結(jié)晶技術(shù)分離S-異構(gòu)體，選擇O,O'-二苯甲?；?(2S,3S)-酒石酸（DBTA）為CF（圖22）。

圖19 拉米夫定/(S)-BINOL結(jié)構(gòu)式

圖20 RS-吡喹酮/L-蘋果酸結(jié)構(gòu)式

圖21 布洛芬/左乙拉西坦結(jié)構(gòu)式

圖22 氧氟沙星/酒石酸衍生物結(jié)構(gòu)式

He 等[35]發(fā)現(xiàn)D-DBTA 選擇性地與R-異構(gòu)體（R-OFLX）共結(jié)晶，而L-DBTA 在水相中與S-異構(gòu)體（S-OFLX）選擇性地共結(jié)晶。最佳條件下，S-OFLX 和R-OFLX 的ee值分別達(dá)到81.8%和82.3%。雖然目前左氧氟沙星的生產(chǎn)工藝以不對稱合成為主，但是該方法探索了綠色和有效分離外消旋化合物的新途徑。

在手性拆分中，共結(jié)晶技術(shù)與傳統(tǒng)的成鹽分離技術(shù)的區(qū)別在何處呢？Springuel等[36]研究了13種新的共晶體系，其中11種具有對映選擇性，2種不具有對映選擇性。S構(gòu)型的手性分子可能與消旋的底物形成S/R的共晶；S構(gòu)型的分子可能與R構(gòu)型的底物不能形成共晶，也可能形成S/S的共晶。相對成鹽拆分獲得手性化合物，共晶技術(shù)獲得的手性化合物更為復(fù)雜。手性是否會(huì)影響共晶的形成，George等[37]系統(tǒng)地研究了這一問題，選擇了光學(xué)純的左乙拉西坦和消旋的乙拉西坦進(jìn)行比較（圖23），考察了152 種非手性的CF，其中18 種CF 與乙拉西坦形成了共晶，14種CF與左乙拉西坦形成了共晶，其中13 種具有同樣的CF。相對于成鹽，通過共晶技術(shù)分離手性化合物，合適的CF 選擇是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的工作。

圖23 乙拉西坦/左乙拉西坦結(jié)構(gòu)式

氫鍵相互作用是形成共晶的主要驅(qū)動(dòng)力，在考慮整體結(jié)構(gòu)時(shí)，還需要考慮空間位阻和疏水相互作用（π-π堆積和范德華力）。針對篩選共晶技術(shù)拆分手性化合物的CF 這一難題，Eddleston 等[38]提出在共晶技術(shù)用于對映異構(gòu)體拆分時(shí)，固態(tài)研磨可以作為一種篩選的方法。研究表明L-酒石酸可以通過形成共晶的方法拆分外消旋蘋果酸，而L-蘋果酸不能拆分外消旋酒石酸（圖24）。固態(tài)研磨作為共晶研究最簡單、快捷的篩選方法，可以作為早期篩選CF的工具。

圖24 酒石酸/蘋果酸的選擇性自組裝

共結(jié)晶技術(shù)在拆分不具備離子化基團(tuán)的有機(jī)小分子，特別是手性API時(shí)具有特殊的優(yōu)勢。其主要作用力為氫鍵，與成鹽相比，氫鍵的作用力雖然很弱，但是具有方向性，在溶液中通過共結(jié)晶技術(shù)分離，一般只能得到CF 與某一異構(gòu)體組成的單一共晶。在設(shè)計(jì)基于共結(jié)晶的分離過程時(shí)，需要考慮各種因素。

（1）選合適的CF，API 與CF 形成共晶后，共晶的溶解度降低程度，雜質(zhì)是否會(huì)摻雜在目標(biāo)分子的晶格中，如何控制用量，是否會(huì)成為雜質(zhì)，形成的共晶在體系下的穩(wěn)定性都是需要考慮的因素。

（2）對于一個(gè)工業(yè)分離過程，通過構(gòu)建相圖來了解共晶系統(tǒng)的熱力學(xué)行為非常重要，有助于識別理想的溶劑系統(tǒng)和化學(xué)計(jì)量比，以及最佳的結(jié)晶條件。

Wang 等[39]采用尿素和甲酚異構(gòu)體系統(tǒng)作為模型化合物，結(jié)合分子動(dòng)力學(xué)（MD）模擬和相圖分析，研究了選擇性共結(jié)晶的熱力學(xué)機(jī)理，這是選擇性共結(jié)晶的關(guān)鍵因素。由于目標(biāo)分子與CF 之間的作用力較弱，在溶劑體系中尋找合適的CF 和共結(jié)晶條件需要大量的嘗試。拆分外消旋體是獲得光學(xué)純異構(gòu)體的重要途徑。盡管不對稱催化技術(shù)發(fā)展迅猛，但實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)多數(shù)仍采用拆分的方法來制備手性化合物。最常用的拆分手段為結(jié)晶拆分方法，價(jià)格便宜且易大量生產(chǎn)。共結(jié)晶為手性分子的拆分開辟了一種全新的途徑。然而，目前的研究大多局限于是否能形成共結(jié)晶以及共結(jié)晶是否能將單一組分分離。實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)遠(yuǎn)比模擬體系復(fù)雜，CF的加入是否會(huì)引入新的雜質(zhì)，在多雜質(zhì)環(huán)境中，共晶是否穩(wěn)定、形成共晶后如何解離都是值得進(jìn)一步研究和探索的問題。

4 結(jié)語

將共結(jié)晶應(yīng)用于不具備離子化基團(tuán)的有機(jī)小分子，特別是手性API 的分離是一個(gè)新的研究領(lǐng)域。近幾年來，這一方面的研究獲得了一定的進(jìn)展。共結(jié)晶的獨(dú)特之處在于其主要作用力為氫鍵，與成鹽相比，氫鍵的作用力雖然很弱，但具有方向性。目標(biāo)分子能選擇性的與CF 形成單一純組分共晶。然而，分離的效率受到多方面因素的影響：氫鍵供體/受體能力、目標(biāo)分子-CF 共晶的熱力學(xué)性質(zhì)。現(xiàn)有的研究雖然可以根據(jù)目標(biāo)分子的結(jié)構(gòu)特征，簡單、快捷的篩選一些CF，但是由于機(jī)理研究的不足，導(dǎo)致CF 的選擇方面還處于原始的篩選階段，沒有系統(tǒng)的手段實(shí)現(xiàn)有效的分離。

此外，實(shí)際工業(yè)分離過程遠(yuǎn)比模擬體系復(fù)雜，例如在使用共結(jié)晶技術(shù)進(jìn)行分離API 時(shí)，CF 的加入有時(shí)會(huì)引起溶液性質(zhì)的改變，從而影響到API在溶劑體系中的溶解能力。因此，深入研究熱力學(xué)行為是未來的主要研究方向之一。

總之，共結(jié)晶技術(shù)在有機(jī)小分子中的應(yīng)用是一個(gè)新穎的研究方向。雖然還存在沒有系統(tǒng)的CF 選擇標(biāo)準(zhǔn)，熱力學(xué)行為研究不足等問題，但是并不影響共結(jié)晶代替?zhèn)鹘y(tǒng)的成鹽成為有機(jī)小分子分子純化的新選擇。CF 選擇標(biāo)準(zhǔn)的建立、熱力學(xué)行為等方面將是研究的重點(diǎn)。