依托度酸哌嗪盐的制备及其性能表征
陈少东a, 王晓娟b, 李端秀b, 王兆喜a, 张海禄b,*
a上海大学理学院 上海 200444
b中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 江苏 苏州 215123
通讯联系人:张海禄,项目研究员; Tel:0512-62872713; Fax:0512-62603079; E-mail:hlzhang2008@sinano.ac.cn; 研究方向:药物晶体学
摘要

制备了依托度酸和哌嗪的有机盐,并得到了其晶体结构。 结构解析结果表明,依托度酸羧基上的氢转移到哌嗪的氮原子上,N—H••••O氢键是维持结构稳定的主要分子间相互作用。 与原药相比,新合成的盐的本征溶出速率和平衡溶解度分别提高了2.1倍和4.8倍。 此外,新合成的盐具有良好的水合稳定性,在25 ℃,相对湿度95%的条件下暴露28 d未发生相变。作为依托度酸的第一个有机盐,该盐是依托度酸有前景的固体存在形式。

关键词: 依托度酸; 有机盐; 结构解析; 热分析; 水合稳定性; 溶解度
中图分类号:O641.3 文献标志码:A 文章编号:1000-0518(2020)01-0103-06
Preparation and Characterization of Etodolac-Piperazine Salt
CHEN Shaodonga, WANG Xiaojuanb, LI Duanxiub, WANG Zhaoxia, ZHANG Hailub*
aCollege of Science,Shanghai University,Shanghai 200444,China
bSuzhou Institute of Nano-Tech and Nano-Bionics,Chinese Academy of Sciences,Suzhou,Jiangsu 215123,China
Corresponding author:ZHANG Hailu, project researcher; Tel:0512-62872713; Fax:0512-62603079; E-mail:hlzhang2008@sinano.ac.cn; Research interests:pharmacocrystallography
Abstract

An organic salt of etodolac and piperazine was prepared and the crystal structure was obtained. Structural analysis indicated that a hydrogen proton transferred from etodolac carboxyl group to piperazine nitrogen atom. The N—H••••Ohydrogen bond was the main intermolecular interaction to maintain structural stability. The intrinsic dissolution rate and equilibrium solubility of the newly synthesized salt were increased by 2.1 times and 4.8 times, respectively, compared with the original etodolac. In addition, the newly synthesized salt has good hydration stability without phase transition for 4 weeks at 25 ℃ and 95% relative humidity. As the first organic salt of etodolac, the etodolac-piperazine salt is a promising new solid form of etodolac.

Keyword: etodolac; organic salt; structure analysis; thermal analysis; hydration stability; solubility

通过晶体工程和超分子合成子开发设计的多组分晶体,对控制材料的理化性质以及机械性能具有显著的影响,可以满足不同领域不同方面的应用和需求[1]。 在药学领域,许多药物在开发的时候因为物理特性的不足而失败[2],市售的药物也有很多存在水溶性差、稳定性差的问题[3,4]、共晶和盐的形成可以在不影响药物内在化学活性的同时,改善药物诸如溶解度、生物利用度、机械性能和水合稳定性等性质[5,6,7,8]。 共晶和盐的区别是在共结晶时组分间是否发生了质子转移[9]。 相对于共晶,盐是目前更常用的改善药物理化性质的方法[10,11]

依托度酸(ETO)是一种吡喃羧酸衍生物的非甾体抗炎药,具有镇痛活性[12,13],已被研究用于类风湿性关节炎、骨关节炎和由手术引起的疼痛[14]。 本文利用研磨和混悬两种方法对依托度酸进行筛选,制备了ETO和哌嗪(PIP)的盐,化学计量比为2:1,通过溶剂挥发法培养得到其单晶。 依托度酸和哌嗪成盐以后,溶解度和热稳定性得到明显的提高。 作为依托度酸的第一个盐,其对依托度酸后续的晶体工程学研究具有重要的意义。

Scheme 1 Molecular structures of (A)ETO and (B)PIP

1 实验部分
1.1 试剂和仪器

ETO>98%,购自东京化成工业株式会社。无水PIP、无水乙醇、乙腈和乙酸乙酯,均为分析纯试剂,购自国药集团化学试剂有限公司。

APEX-II CCD型单晶衍射仪(德国Bruker公司);D8 ADVANCE型粉末X射线衍射仪(PXRD,德国Bruker公司);Q2500型差示扫描量热仪(DSC,美国TA公司);TG 209 F1型热重分析仪(TGA,德国耐驰公司);RC-6型溶出度测试仪(天津天光光学仪器有限公司);Waters 2535型高效液相色谱(HPLC,美国Waters公司);CTHI-150B1型恒温恒湿箱(上海施都凯有限公司);BJ-15型粉末压片机(天津博君科技有限公司);Pulverisette 23型微型球磨机(德国 Fritsch公司);TP-6型智能透皮试验仪(天津鑫洲科技有限公司)。

1.2 ETO-PIP粉末样品的制备

按照 n(ETO): n(PIP)=2:1,称取0.4 mmol(114.9 mg)的ETO和0.2 mmol(17.2 mg)PIP置于球磨机中,加入20 μL的乙酸乙酯,在40 Hz条件下研磨20 min。 或者称取与球磨相同物质的量的起始原料,加入2 mL乙酸乙酯,在室温条件下,以300 r/min的转速密封混悬3 d。

1.3 ETO-PIP单晶的培养

按照 n(ETO): n(PIP)=1:1,准确称取0.1 mmol(28.7 mg)的ETO和0.1 mmol(8.6 mg)的PIP溶于2 mL的乙醇和乙腈混合溶液(体积比1:1)的混合溶剂中,在室温下缓慢挥发。 24 h后无色透明针状晶体析出。

1.4 粉末X射线衍射

采用配置有Lynx Eye检测器,Cu辐射源的PXRD上测试原料以及盐的粉末样品,步长为0.02°,扫描角度3°~40°。 将收集到衍射图谱与原料的衍射图谱进行对比分析。

1.5 单晶X射线衍射

采用CCD单晶衍射仪收集ETO-PIP的单晶数据,测试温度为293 K,射线源为Mo( λ=0.071073 nm)。 ETO-PIP的晶体结构利用SHELXL-2014软件使用直接法解得并用最小二乘法进行精修。 所有非氢原子均进行各向异性精修,碳上的H原子通过几何连接固定其位置,活泼氢由傅里叶寻峰得到。 晶体数据列于表1,氢键作用力列于表2。 CCDC号:1950611

表1 ETO-PIP晶体数据和结构参数 Table 1 Crystal data and structural refinement parameters of ETO-PIP
表2 ETO-PIP的氢键参数 Table 2 Hydrogen-bonding parameters of ETO-PIP
1.6 热学分析

对两种原料和ETO-PIP进行DSC图谱的采集以用于热分析。 准确称取样品3~5 mg置于铝盘中并压封,扫描范围为30~250 ℃,升温速率为10 ℃/min,在流量为50 mL/min的N2气保护下测试。

1.7 水合稳定性实验

称取ETO、ETO-PIP各40 mg置于恒温恒湿箱,设置条件为温度25 ℃,相对湿度95%,暴露28 d,对每个样品每7 d收集一次粉末XRD图谱,测定可能的固体形式转化。

1.8 本征溶出和平衡溶解度实验

ETO的浓度用HPLC进行检测,采用C18色谱柱。 流动相乙腈水溶液体积比为50:50,设置流速为1 mL/min,检测波长为273 nm,柱温为37 ℃。

本征溶出实验在溶出度测试仪上进行,设置转速为100 r/min,温度37 ℃,介质为500 mL的磷酸盐缓冲液(pH=6.8)。 称取ETO和ETO-PIP各300 mg,用粉末压片机在20 MPa的压力下压制4 min,得到直径为1 cm的药片。 将药片用封口膜包裹,仅保留一面暴露。 从0.5 h开始取样,每间隔30 min取样一次,时间为3 h。 本征溶出实验平行做3次,结果取平均值,并将实验后的样品进行PXRD图谱的收集。

平衡溶解度在TP-6智能透皮实验仪上进行,实验条件设置为转速100 r/min,温度37 ℃。 称取ETO 300 mg,ETO-PIP 344 mg,分别加入到35 mL磷酸盐缓冲液(pH=6.8),搅拌3 d后,将过滤后的样品稀释10倍进行测试,并将实验后的样品进行粉末X射线衍射图谱的收集。

2 结果与讨论
2.1 晶体结构分析

ETO-PIP盐为三斜晶系,空间群为P-1,其不对称单元如图1A所示。 不对称单元中包含一个依托度酸阴离子,半个哌嗪阳离子,ETO羧基上的氢转移到PIP的N原子上,PIP上每个N原子均得到一个质子。 如图1B,ETO存在分子内的N+—H••••O-氢键(N1—H1••••O3),ETO和PIP之间通过N2—H2D••••O2, N2—H2C••••O3和N2—H2C••••O2相连形成四聚体,四聚体以PIP分子为枢纽无限延伸形成柱状结构。

图1 (A)ETO-PIP的不对称单元;(B)ETO-PIP的氢键结构Fig.1 (A)Asymmetric unit of ETO-PIP; (B)Hydrogen bonding structure of ETO-PIP

2.2 PXRD图谱

将制备的样品的PXRD图谱与所得到的单晶的模拟衍射图谱进行对比。 如图2所示,可以发现二者的图谱一致,这表明制备得到的样品与ETO-PIP盐晶体的结构一致,并且较为纯净。

图2 ETO-PIP实验和模拟PXRD图谱Fig.2 The simulated and experimental PXRD patterns of ETO-PIP

2.3 热分析

ETO-PIP、ETO以及PIP的DSC数据如图3所示。 PIP易升华,熔融伴随着分解,熔点为111 ℃。 ETO和ETO-PIP的熔点分别为151和206 ℃,二者在熔融时均伴随着分解,但盐的形成还是提高了ETO的热稳定性。

图3 PIP、ETO和ETO-PIP的DSC(A)和TG(B)图谱Fig.3 DSC(A) and TG(B) curves of PIP, ETO and ETO-PIP

2.4 水合稳定性

PIP的水合稳定性极差,暴露在空气中迅速吸潮。 为了对比研究ETO和ETO-PIP的水合稳定性,进行了为期28 d的高湿度条件(95%RH,25 ℃)下的加湿实验,实验后样品的PXRD图谱如图4所示。 在整个实验周期内ETO和ETO-PIP均未发生相变,表明原药和盐均具有良好的水合稳定性。

图4 ETO-PIP和ETO在95%RH/25 ℃条件下暴露28d的PXRD图谱Fig.4 PXRD patterns of ETO-PIP and ETO after exposing at 95%RH/25 ℃ for 28 days

2.5 本征溶出和平衡溶解度

为了比较ETO和ETO-PIP的溶出性能的差异,对二者进行了本征溶出实验(由于药物本身的溶解度较小,加上本征实验需要压片,溶解较慢,实验刚开始时溶液中药物的浓度很小,所以本征实验一般第一个点从30 min开始取)。 结果如图5所示,ETO和ETO-PIP的溶出速率分别为6.23×10-5和2.95×10-5 mg/(min·mL·cm2)。 形成盐以后,ETO的溶出速率提高了2.1倍。 为期3 d的ETO和ETO-PIP的平衡溶解度实验表明,相较于ETO的平衡溶解度(0.82 mg/mL),ETO-PIP的平衡溶解度(3.93 mg/mL)提高了约4.8倍。 如图6所示,经过平衡溶解度实验以后,样品未发生相转化。

图5 ETO-PIP和ETO本征溶出曲线Fig.5 Curves of ETO-PIP and ETO used in intrinsic dissolution experiment

图6 平衡溶解度实验后的ETO-PIP和ETO的PXRD图谱Fig.6 PXRD patterns of ETO-PIP and ETO after intrinsic dissolution experiment

3 结 论

制备了依托度酸(ETO)与哌嗪的药物盐,并得到其结构。 利用差示扫描量热法和粉末X射线衍射对药物盐的理化性质进行了研究。 结果表明,盐的形成提高了ETO的热稳定性。 水合稳定性实验表明,在为期28d的高湿度条件(95%RH,25 ℃)下药物盐未发生相变具有良好的水合稳定性。 药物盐比原药的溶解度和溶出速率分别提高了4.8倍和2.1倍,说明盐的形成可能提高药物的生物利用度。 该工作提供了ETO有前景的固体形式,并对ETO后续的晶体工程研究打下了基础。

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