Taso Gezahegn Mekuria,蔣成君

(浙江科技學(xué)院 生物與化學(xué)工程學(xué)院,杭州 310023)

卡馬西平是一種抗驚厥藥物,主要用于治療癲癇和神經(jīng)性疼痛[1],是典型的多晶型藥物[2-4],有晶型Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ 5種晶型[5],其中晶型Ⅲ是目前藥品中的晶型[6]。如何穩(wěn)定地制備特定的卡馬西平晶型Ⅲ是卡馬西平生產(chǎn)所面臨的難題。不同的溶劑、不同的制備方法直接影響卡馬西平晶型。Florence等[7]研究了66種溶劑、5種結(jié)晶方法,制備了卡馬西平的3種晶型Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ及1種二水物、8種溶劑化合物。Lang等[2]通過(guò)羥丙基纖維素誘導(dǎo)結(jié)晶制備了卡馬西平晶型Ⅳ。Arlin等[5]通過(guò)模板化方法,在二氫卡馬西平晶型Ⅱ的表面得到了卡馬西平晶型Ⅴ。Parambil等[8]研究了過(guò)飽和度及溶劑對(duì)卡馬西平晶型的影響,控制過(guò)飽和度在1.3～4.0,用甲醇、乙醇或乙腈為溶劑得到晶型Ⅱ、Ⅲ和兩者的混合物。蒸發(fā)結(jié)晶一般得到卡馬西平晶型Ⅱ,難以得到卡馬西平晶型Ⅲ[9]。于紅琴等[10]以乙醇為溶劑,冷卻結(jié)晶析出針狀的亞穩(wěn)晶型Ⅱ和棱鏡狀的穩(wěn)定晶型Ⅲ。結(jié)晶方法直接影響產(chǎn)品最終的質(zhì)量,因此溶析結(jié)晶代替冷卻、蒸發(fā)結(jié)晶等技術(shù)受到了廣泛的關(guān)注[11-12]。目前卡馬西平的生產(chǎn)工藝研究及報(bào)道尚較多[13],但關(guān)于卡馬西平溶析結(jié)晶技術(shù)的報(bào)道尚不多,基于此,本文在考慮產(chǎn)品得率及晶型純度的基礎(chǔ)上,研究在卡馬西平結(jié)晶過(guò)程中質(zhì)量濃度、結(jié)晶溫度、溶劑與反溶劑的體積比等對(duì)晶型的影響,欲為卡馬西平晶型Ⅲ的生產(chǎn)提供一定的參考。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器

卡馬西平,CAS號(hào):298-46-4,純度大于98%,薩恩化學(xué)技術(shù)(上海)有限公司;甲醇、正己烷,化學(xué)純,國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司;NicoletTMISTM5傅里葉變換紅外光譜儀,美國(guó)Thermo公司;帕納科X射線(xiàn)粉末衍射分析儀,荷蘭帕納科公司;In Via型激光共焦拉曼光譜儀,英國(guó)雷尼紹公司。

1.2 試驗(yàn)過(guò)程

以甲醇為溶劑,配制質(zhì)量濃度為0.01、0.02、0.04、0.08 g/mL的卡馬西平甲醇溶液各1 mL,分別將上述溶液以一定的速度滴加到反溶劑正己烷中,控制結(jié)晶溫度為0～40 ℃,溶劑與反溶劑的體積比為0.1～10,過(guò)濾、烘干得到的晶體,計(jì)算卡馬西平晶體的得率(y)并進(jìn)行表征。得率計(jì)算公式如下:

1.3 分析方法

用帕納科X射線(xiàn)粉末衍射儀分析采集卡馬西平的X射線(xiàn)粉末數(shù)據(jù),光源為Cu Kα射線(xiàn)(λ=1.541 ?,1 ?=10-10m),溫度為室溫。用NicoletTMISTM5傅里葉變換紅外光譜儀采集紅外光譜數(shù)據(jù),測(cè)試波數(shù)范圍為4 000～500 cm-1。用In Via型激光共焦拉曼光譜儀采集4 000～100 cm-1的激光拉曼數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果與討論

2.1 卡馬西平晶型的X射線(xiàn)粉末衍射表征

用X射線(xiàn)粉末衍射法測(cè)定卡馬西平晶型Ⅱ和晶型Ⅲ,其X射線(xiàn)粉末衍射圖如圖1所示。由圖1可知,卡馬西平晶型Ⅱ特征衍射峰的位置2θ值為8.68°、13.26°、18.56°和24.54°,而晶型Ⅲ特征衍射峰的位置2θ值為15.36°、19.56°、25.00°和27.47°。晶型Ⅱ和晶型Ⅲ的X射線(xiàn)粉末衍射有非常明顯的區(qū)別。

圖1 卡馬西平晶型Ⅱ和晶型Ⅲ的X射線(xiàn)粉末衍射圖Fig.1 X-ray powder diffraction patterns of carbamazepine crystalline form Ⅱ and Ⅲ

2.2 卡馬西平晶型的紅外光譜分析

卡馬西平在甲醇/正己烷中溶析結(jié)晶時(shí),得到針狀的晶型Ⅱ及棱鏡狀的晶型Ⅲ,兩種晶型的紅外光譜圖比較如圖2所示。

圖2 卡馬西平晶型Ⅱ和晶型Ⅲ的紅外光譜圖比較Fig.2 Comparison of infrared spectra of two carbamazepine crystalline form Ⅱ and Ⅲ

由圖2可知,卡馬西平晶型Ⅱ、Ⅲ在紅外光譜中表現(xiàn)出較大的區(qū)別。用于識(shí)別和區(qū)分卡馬西平晶型的3個(gè)主要區(qū)域是3 500～2 800 cm-1、1 800～1 550 cm-1、1 500～1 340 cm-1,其中3 500 cm-1左右為N—H伸縮振動(dòng),多重譜帶的產(chǎn)生是由于酰胺基之間的氫鍵,最大的區(qū)別在1 744.82 cm-1處,為酰胺的C═O的吸收峰,酰胺Ⅰ譜帶、N—H的彎曲振動(dòng)(酰胺Ⅱ譜帶)則體現(xiàn)在1 500～1 340 cm-1。晶型Ⅱ和晶型Ⅲ的紅外光譜特征吸收峰比較見(jiàn)表1。

表1 晶型Ⅱ和晶型Ⅲ的紅外光譜特征吸收峰比較Table 1 Comparison of characteristic absorption peaks in infrared spectra between form Ⅱ and Ⅲ

卡馬西平晶型Ⅱ?yàn)槿骄?R-3點(diǎn)陣,晶型Ⅲ為單斜晶系,P21/n點(diǎn)陣[3]。由于兩種晶胞內(nèi)部分子之間存在不同的較弱的相互作用,導(dǎo)致了兩種晶型紅外光譜的差異,因此通過(guò)紅外光譜即可判斷兩種晶型。

2.3 卡馬西平晶型的激光拉曼表征

卡馬西平晶型Ⅱ和晶型Ⅲ的激光拉曼光譜圖如圖3所示。

圖3 卡馬西平晶型Ⅱ和晶型Ⅲ的激光拉曼光譜圖Fig.3 Raman spectra of carbamazepine crystalline form Ⅱ and Ⅲ

由圖3可知,卡馬西平晶型Ⅱ與晶型Ⅲ的激光拉曼在3 000 cm-1處有較大的差別,酰胺基之間的氫鍵在此處表現(xiàn)出強(qiáng)譜帶。晶型Ⅱ的特征吸收峰在3 025、3 050、3 069 cm-1處,而晶型Ⅲ的特征吸收峰在于2 968、3 022、3 045、3 072、3 468 cm-1處,因此通過(guò)激光拉曼能夠有效地鑒別卡馬西平晶型Ⅱ與晶型Ⅲ樣品。

2.4 卡馬西平晶型的光學(xué)顯微表征

卡馬西平晶型Ⅱ和晶型Ⅲ的光學(xué)顯微鏡圖如圖4所示。由圖4可知,卡馬西平晶型Ⅱ和晶型Ⅲ的形貌存在顯著差別,晶型Ⅱ呈針狀,而晶型Ⅲ呈棱鏡狀,因此晶體的形貌可用于區(qū)分卡馬西平的這兩種晶型。

圖4 卡馬西平晶型Ⅱ和晶型Ⅲ的光學(xué)顯微鏡圖Fig.4 Optical microscope photo of carbamazepine crystalline form Ⅱ and Ⅲ

2.5 卡馬西平的質(zhì)量濃度對(duì)晶型的影響

過(guò)飽和度是晶體生長(zhǎng)過(guò)程中的主要推動(dòng)力,溶液的過(guò)飽和度越大,在結(jié)晶過(guò)程中產(chǎn)生的推動(dòng)力就越大,晶體的成核速度和生長(zhǎng)速度也更快。將不同質(zhì)量濃度的卡馬西平溶液加入到正己烷中,這直接影響到體系的過(guò)飽和度。以甲醇作為溶劑,25 ℃下分別將1 mL質(zhì)量濃度為0.01、0.02、0.03、0.04 g/mL的卡馬西平甲醇溶液以1 mL/min的速度注入1 mL正己烷反溶劑中,卡馬西平的質(zhì)量濃度對(duì)晶型和得率的影響見(jiàn)表2。由表2可知,卡馬西平的質(zhì)量濃度越高,得率越高。這是由于較高質(zhì)量濃度的藥物溶液在與反溶劑混合時(shí)產(chǎn)生較高的過(guò)飽和度,使成核速度加快,從而形成大量核并導(dǎo)致晶體數(shù)量的增加。當(dāng)卡馬西平溶液的質(zhì)量濃度從0.01 g/mL增加到0.04 g/mL時(shí),試驗(yàn)得到的晶型始終是晶型Ⅱ與晶Ⅲ的混合物,且改變質(zhì)量濃度也不能制備純度高的晶型,這可能是因?yàn)閮煞N晶型的成核速度較為接近。

表2 卡馬西平的質(zhì)量濃度對(duì)晶型和得率的影響Table 2 Effect of concentration of carbamazepine on crystalline form and crystallization yield

2.6 卡馬西平的結(jié)晶溫度對(duì)晶型的影響

溫度是影響晶型的關(guān)鍵因素之一。當(dāng)溫度發(fā)生變化時(shí),晶型的穩(wěn)定性變化,同時(shí)溫度的變化還會(huì)對(duì)溶液的過(guò)飽和度產(chǎn)生一定的影響,這些都會(huì)使析出的晶型發(fā)生變化。將甲醇作為溶劑,以1 mL/min的速度將1 mL質(zhì)量濃度為0.04 g/mL的卡馬西平甲醇溶液注入1 mL設(shè)定溫度的正己烷反溶劑中,結(jié)晶溫度對(duì)晶型和得率的影響見(jiàn)表3。由表3可知,在不同溫度條件下,試驗(yàn)得到的始終是晶型Ⅱ與晶Ⅲ的混合物。根據(jù)經(jīng)典的成核理論可知,溫度升高可以促進(jìn)成核,但隨著過(guò)飽和度的降低,成核速度急劇下降。試驗(yàn)中溫度升高對(duì)過(guò)飽和度降低的影響遠(yuǎn)大于促進(jìn)成核的作用,因此溫度升高導(dǎo)致得到的晶體數(shù)量明顯減少,40 ℃條件下卡馬西平晶體得率僅為15.2%。

表3 結(jié)晶溫度對(duì)卡馬西平晶型和得率的影響Table 3 Effect of crystallization temperature on crystalline form and crystallization yield

2.7 溶劑與反溶劑體積比對(duì)晶型的影響

在25 ℃條件下,以1 mL/min的速度將1 mL質(zhì)量濃度為0.04 g/mL的卡馬西平溶液注入1 mL正己烷反溶劑中,溶劑與反溶劑體積比對(duì)卡馬西平晶型和得率的影響見(jiàn)表4。由表4可知,當(dāng)溶劑甲醇與反溶劑正己烷的體積比為10時(shí),得到高純度的晶型Ⅲ;當(dāng)溶劑與反溶劑的體積比為0.1時(shí),得到高純度的晶型Ⅱ。由于甲醇對(duì)卡馬西平有較大的溶解度[14],導(dǎo)致在溶劑與反溶劑高體積比時(shí),晶體的得率明顯下降,僅為58.5%。

表4 溶劑與反溶劑體積比對(duì)卡馬西平晶型和得率的影響

3 結(jié) 語(yǔ)

綜上所述,X射線(xiàn)粉末衍射、紅外光譜、拉曼光譜等方法,均能有效地鑒別卡馬西平晶型Ⅱ、Ⅲ兩種不同的晶型,且兩種晶型的形貌存在顯著的差異?？R西平晶型ⅡX射線(xiàn)粉末衍特征衍射峰的位置2θ值為8.68°、13.26°、18.56°和24.54°,而晶型Ⅲ特征衍射峰的位置2θ值為15.36°、19.56°、25.00°和27.47°?？R西平晶型Ⅱ、Ⅲ在紅外光譜中表現(xiàn)出較大的區(qū)別,用于識(shí)別和區(qū)分卡馬西平晶型的3個(gè)主要區(qū)域是3 500～2 800 cm-1、1 800～1 550 cm-1、1 500～1 340 cm-1。晶型Ⅱ的拉曼光譜特征吸收峰在3 025、3 050、3 069 cm-1處,而晶型Ⅲ的特征吸收峰在2 968、3 022、3 045、3 072、3 468 cm-1處。晶型Ⅱ呈針狀,而晶型Ⅲ呈棱鏡狀。我們還研究了工藝參數(shù)對(duì)晶型的影響,如卡馬西平的質(zhì)量濃度、結(jié)晶溫度、溶劑與反溶劑的體積比。卡馬西平質(zhì)量濃度與溫度的變化對(duì)晶型的影響較小,得到的均為晶型Ⅱ和晶型Ⅲ的混合物。溶劑與反溶劑的體積比為10時(shí),得到高純度的晶型Ⅲ;溶劑與反溶劑的體積比為0.1時(shí),得到高純度的晶型Ⅱ。對(duì)以上各參數(shù)的考察及所得結(jié)果可為工業(yè)上制備卡馬西平晶型Ⅲ提供參考。