王 飛，王令令，李金輝，何 欣，張瑤瑤，趙興華*

(1.河北農(nóng)業(yè)大學，河北保定 071001；2.河北圣雪大成唐山制藥有限責任公司，河北唐山 064000)

地美硝唑(Dimetronidazole，DMZ)是動物專用的硝基咪唑類藥物，性狀為白色或淡黃色結晶，呈弱堿性，具有光不穩(wěn)定性，光照后易分解并顏色變暗[1-3]，臨床上多采用避光保存。常用于治療家禽的滴蟲病、豬的出血性下痢及厭氧菌的感染，為有效的抗組織滴蟲藥和抗豬密螺旋體藥[4]。

共晶是利用晶體工程原理將藥物活性成分和共晶形成物通過氫鍵、π-π共軛、范德華力等非共價鍵結合在同一晶格中形成的超分子[5]。藥物活性分子形成共晶后，原有的晶格堆積和分子排列方式發(fā)生變化，藥物溶解時與溶劑之間的相互作用也隨之發(fā)生改變，故共晶常被用于改善藥物活性成分的溶解性和生物利用度[6]，共晶還可以用來改善藥物分子的穩(wěn)定性[7]、吸濕性[8]、口感[9]等。共晶技術可提高左氧氟沙星的光穩(wěn)定性[10]；共晶可避免泛醇被氧化[11]；呋喃酰胺的3種共晶可提高其化學穩(wěn)定性，減少原料藥的降解[12]。本文利用晶體工程原理，選擇合適的共晶形成物，制備地美硝唑共晶，并對其進行表征分析，為獸用抗菌藥物的晶型研究奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 主要試劑 地美硝唑(C5H7N3O2)由保定冀中藥業(yè)有限公司贈予；3,4-二羥基苯甲酸(3,4-Dihydroxybenzoic acid，3,4-DHBA，C7H6O4)購于上海阿拉丁生化科技股份有限公司(圖1)。

圖1地美硝唑和3,4-二羥基苯甲酸的分子結構圖

1.1.2 主要儀器 TD-3700型X射線衍射儀，丹東通達科技有限公司產(chǎn)品；雙微焦斑單晶X射線衍射儀，日本理學XtaLAB PRO公司產(chǎn)品；冷場發(fā)射S4800掃描電子顯微鏡，日本日立(Hitachi)公司產(chǎn)品；紅外光譜儀Nicolet iS5，美國賽默飛尼高力公司產(chǎn)品；SDT Q600同步熱分析儀，美國TA公司產(chǎn)品。

1.2 方法

1.2.1 制備地美硝唑-3,4-二羥基苯甲酸共晶及單晶 參照文獻[13]研磨法制備共晶，稱取等摩爾的地美硝唑(28.2 mg，0.20 mmol)和3,4-二羥基苯甲酸(30.8 mg，0.20 mmol)放入2 mL的PC管中，在管中加入5 mm氧化鋯材質(zhì)研磨球，再加入20 μL甲醇作為溶劑，用球磨機球磨，速度為20 HZ，時間為30 min。參照文獻[14]冷卻結晶-緩慢揮發(fā)法制備單晶，稱取等摩爾的地美硝唑(47.0 mg，0.33 mmol)和3,4-二羥基苯甲酸(51.37 mg，0.33 mmol)，依次加入到10 mL超純水中，加熱至45℃，以600 r/min轉速攪拌30 min，使其全部溶解，靜置揮發(fā)。

1.2.2 粉末X射線衍射 研磨法和冷卻結晶-緩慢揮發(fā)法獲得的粉末過篩后進行X射線衍射測定。測試條件：Cu Kα輻射0.154056 nm，管電壓為30 kV，管流20 mA，樣品掃描范圍2θ為5～35°，掃描步長為0.015°，掃描速度為每步1 s。

1.2.3 單晶X射線衍射 挑選1.2.1項下制備的合適大小的單晶置于單晶X射線衍射儀樣品裝置處，測試溫度為150 K，Cu Kα射線衍射(λ=0.154178 nm)，管壓20 kV，電流5 mA。采集的單晶數(shù)據(jù)使用CrysAlisPRO程序進行晶胞細化和數(shù)據(jù)簡化。該結構用Olex2程序解析并精修，用全矩陣最小二乘法在F2上進行優(yōu)化，所有非氫原子都用各向異性位移參數(shù)進行了細化。所有氫原子都放置在具有固定各向同性熱參數(shù)的計算位置。通過Mercury 4.2.0軟件繪制晶體結構。

1.2.4 掃描電鏡 直接將樣品(包括地美硝唑、3,4-二羥基苯甲酸和地美硝唑-3,4-二羥基苯甲酸)粘在導電膠帶上進行噴金，在20 kV 電壓下獲得不同放大倍數(shù)的掃描電子顯微鏡照片。

1.2.5 紅外光譜 用紅外光譜儀Nicolet iS5進行樣品(包括地美硝唑、3,4-二羥基苯甲酸和地美硝唑-3,4-二羥基苯甲酸共晶)的紅外光譜采集，采集范圍為4 000 cm-1～400 cm-1，分辨率為4 cm-1，掃描次數(shù)32次。

1.2.6 熱分析 用SDT Q600同步熱分析儀對樣品(甲硝唑、3,4-二羥基苯甲酸和地美硝唑-3,4-二羥基苯甲酸共晶)進行熱重分析和差示掃描量熱分析。取適量樣品放入氧化鋁坩堝內(nèi)，進樣，在樣品桿上記錄質(zhì)量，然后先氮氣穩(wěn)定30 min左右，再進行測試。測定溫度范圍：室溫升溫至400℃，升溫速度為10 ℃/min，升溫過程由干燥的氮氣保護，氮氣流速為50 mL/min。

2 結果

2.1 X射線衍射

采用混懸法，過濾干燥收集到固體粉末，粉末過篩后進行PXRD測定(圖2)。DMZ在2θ為21.2°、27.3°以及3,4-DHBA在2θ為15.5°、16.9°、19.5°、20.8°的粉末衍射特征峰消失，DMZ-3,4-DHBA在2θ為14.6°、16.5°、18.9°出現(xiàn)了不同于DMZ和3,4-DHBA的新的衍射特征峰，說明DMZ-3,4-DHBA既不同于原來的DMZ和3,4-DHBA，也不是DMZ和3,4-DHBA的簡單物理混合，而是具有明確的新的特征峰，符合形成共晶的特征。而通過單晶XRD模擬的衍射圖(圖2中的calculated DMZ-3,4-DHBA)與該粉末測得的XRD衍射圖一致，說明制得的DMZ-3,4-DHBA是一種新的晶體物質(zhì)。

圖2模擬DMZ-3,4-DHBA(a)、試驗制備DMZ-3,4-DHBA(b)、3,4-DHBA (c)和DMZ (d)的粉末X射線衍射

2.2 地美硝唑-3,4-二羥基苯甲酸共晶的晶體結構

DMZ-3,4-DHBA的單晶結構分析數(shù)據(jù)表明，該共晶屬于單斜晶系的Cc空間群，晶胞參數(shù)為a=0.71008(8) nm，b=1.36465(13) nm，c=1.30990(12) nm，α=γ=90°，β=98.280°(表1)。DMZ不對稱單元中有1個DMZ分子和1個3,4-DHBA分子，它們之間以較強的氫鍵O3-H3…O2(0.2739 nm)連接形成一個異二聚體結構。相鄰的異二聚體中DMZ和3,4-DHBA通過氫鍵O6-H6…N1(0.2652 nm)，3,4-DHBA和3,4-DHBA通過氫鍵O3-H3…O5(0.3031 nm)和O4-H4…O5(0.2842 nm)沿c軸形成一維鏈狀結構，相鄰的一維結構通過范德華力沿b軸形成二維結構，并沿a軸通過π-π堆積形成三維結構(圖3)。

2.3 掃描電子顯微鏡觀察結果

從掃描電鏡中可發(fā)現(xiàn)DMZ-3,4-DHBA共晶與藥物活性成分和共晶形成物的形態(tài)有明顯不同(圖4)。DMZ為表面粗糙的不規(guī)則塊狀，3,4-DHBA為薄片的堆疊，DMZ-3,4-DHBA為棱角分明的塊狀。

圖3(a) DMZ-3,4-DHBA 不對稱單元、(b) DMZ-3,4-DHBA一維鏈、(c) DMZ-3,4-DHBA三維結構俯視圖和(d) DMZ-3,4-DHBA三維結構側視圖

表1 DMZ-3,4-DHBA共晶的氫鍵參數(shù)

2.4 紅外光譜

DMZ中NO2的吸收峰為1531 cm-1和1365 cm-1的強吸收峰。 3,4-DHBA中在3360 cm-1處的吸收峰是O-H的伸縮振動特征峰。DMZ-3,4-DHBA中1463 cm-1的吸收峰是DMZ的NO2在1531 cm-1和1365 cm-1的吸收峰遷移的結果，DMZ-3,4-DHBA中3326 cm-1的吸收峰是3,4-DHBA的O-H從3360 cm-1處的吸收峰遷移而來的，據(jù)此可以推斷DMZ-3,4-DHBA中DMZ的-NO2與3,4-DHBA的-OH之間形成了氫鍵(圖5)。

2.5 熱分析

熱分析結果見圖6a和圖6b，DMZ在138.7℃出現(xiàn)第1個明顯尖銳的吸熱峰，表明其熔點是138.7℃，熔融伴隨著分解，在203.2℃出現(xiàn)第二個吸熱峰，其大量分解至完全；3,4-DHBA的吸熱峰從200℃開始，同時其開始熔融失重，其熔點為204℃；DMZ-3,4-DHBA在173℃出現(xiàn)吸熱峰，為其熔點，第2個吸熱峰213℃，是由于分解產(chǎn)生的峰。DMZ-3,4-DHBA熔點介于DMZ和3,4-DHBA之間，符合共晶形成的一般規(guī)律。

圖4 DMZ-3,4-DHBA(a)、3,4-DHBA(b)及DMZ(c)的掃描電鏡圖

圖5 DMZ-3,4-DHBA(a)、3,4-DHBA(b)及DMZ(c)紅外光譜圖

3 討論

藥物共晶作為一種新興的藥物晶型，其在改善藥物理化性質(zhì)方面有著獨特的優(yōu)勢，可以在不改變藥理作用的基礎上改善原料藥的理化性質(zhì)[15]。因此，可通過制備藥物共晶改善藥物活性成分的固有缺陷[16-17]。共晶是原料藥與共晶形成物通過氫鍵等非共價鍵相結合，除了可以增加藥物的溶解度等性質(zhì)，在增強藥物的穩(wěn)定性方面也顯示出較好的優(yōu)勢。硝苯地平由于其結構原因易發(fā)生光降解，通過緩慢冷卻結晶制備硝苯地平-異煙酰胺共晶的兩種晶型，相比于硝苯地平光照10 h后含量僅剩83%而言，其共晶I顯示出對光解的強抑制作用，含量沒有明顯變化，仍為98%以上，且共晶Ⅰ在低溫下保存10 d未有任何形態(tài)變化[18]。為解決布瑞哌唑的光不穩(wěn)定性，制備布瑞哌唑-鄰苯二酚共晶，并將其與布瑞哌唑分別放于40℃/75% RH熒光下7 d，其中布瑞哌唑原料藥中含量下降到97.26%±0.88%，并在液相檢測中出現(xiàn)降解峰，而布瑞哌唑-鄰苯二酚共晶中布瑞哌唑含量未發(fā)生變化，且無降解峰出現(xiàn)[19]。硝基呋喃妥因在不同相對濕度和溫度儲存后的溶出速率和生物利用度降低，提高其理化穩(wěn)定性可能是控制其藥物生物利用度降低的重要因素之一，制備硝基呋喃妥因與4-羥基苯甲酸共晶，在40℃、75% RH和24℃、57% RH條件下貯存13周后，與原料藥相比，其含量幾乎無任何變化[20]。丙酮為溶劑用溶液研磨法制備伊曲康唑-丙二酸共晶，其熔點為148℃，具有良好的熱穩(wěn)定性，不僅溶解度提高5倍，而且在70%的相對濕度下依然保持伊曲康唑的相對穩(wěn)定性[21]。

圖6 DMZ-3,4-DHBA(a)、3,4-DHBA(b)及DMZ(c)的TG和DSC曲線

本試驗成功制備了地美硝唑的共晶并對其進行了表征分析，但由于地美硝唑是一種光敏性藥物，光照下其含量會有所降低，后續(xù)試驗將對地美硝唑共晶的穩(wěn)定性進行研究。