利培酮藥物a、b、e的多晶型和穩(wěn)定性的研究

利培酮藥物a、b、e的多晶型和穩(wěn)定性的研究

ri-3-（6-氟-1，2-苯基-3-基）-1吡啶基，硝基，6-7，8，9-4羥基-2-4-h-吡啶，甲基-4-，結構方程為圖1所示。它是苯并異惡唑衍生物,是新一代的、抗精神的、具有獨特選擇性的單胺能拮抗劑［1］。它與5-羥色胺能的5-HT2受體和多巴胺的D2受體有很高的親和力,可以改善精神分裂癥的陽性癥狀,降低經典抗精神病藥的一些不良反應,比如運動功能抑制、強直性昏厥等［2］。該藥物由比利時楊森(Janssen)制藥有限公司于90年代初期率先研制上市,1997年末引進我國,經臨床證實療效較好,副作用輕［3］。起初,人們著重于利用反相高效液相色譜［3－5］、紫外分光光度法［6－7］和電化學法［8－9］研究此藥的含量。隨著對藥物的深入研究,人們發(fā)現不同制備方法會導致利培酮產生多晶現象［10］,目前專利報道［11－12］有A、B和E3種晶型。臨床上應用的利培酮制劑,其原料藥物狀態(tài)大多屬于A晶型。有研究［13］表明利培酮A晶型的代謝產物達峰速度最快,峰值最高,其吸收速度和程度都要高于其他2種晶型。眾所周知,藥物晶型的差異不僅會影響藥物成分的穩(wěn)定性,而且會影響藥物的治療效果［14－15］。本文利用差示掃描量熱(differentialscanningcalorimetry,DSC)和熱重(thermalgravimetricTG)分析,結合掃描電子顯微鏡(scanningelectronmicroscope,SEM)、粉末X射線衍射(powderX-raydiffraction,XRD)和傅立葉紅外光譜(Fouriertransforminfraredspectroscopy,FTIR)對3種利培酮藥物A、B和E晶型(后簡稱A晶、B晶、E晶)進行了形貌觀察、晶型表征和熱穩(wěn)定性的研究,并計算藥物的動力學參數［16］,推斷藥物可能的熱分解反應機理函數［17］。本研究結果可以為利培酮藥物晶型、穩(wěn)定性和療效的研究,以及在藥物制備、檢定和生產中的質量監(jiān)控提供重要的理論和實踐依據。1熱重分析tga3種晶型利培酮原料藥,分別為國內3家藥業(yè)股份有限公司提供,晶型含量均>99%。實驗儀器:差示掃描量熱儀(DiamondDSC,美國Perkin-Elmer公司);熱重分析儀(Pyris1TGA,美國Perkin-Elmer公司);陽極轉靶X射線衍射儀(D/max2500VL/PC,日本理學公司);傅立葉紅外光譜儀(NEXUS670,美國Nicolet公司);高分辨率掃描電子顯微鏡(JSM-5610LV,JEOL,日本);濺射儀(JFC-1600,JEOL,日本)。2.1ds掃描結果實驗條件為CuKα輻射,石墨單色器,管壓為40kV,管電流為200mA,2θ掃描范圍為0°~40°,掃描速度5°·min－1,步長0.02°,DS發(fā)散狹縫1°,SS防散射狹縫1°,RS接收狹縫為0.3mm。2.2掃描次數和次數光譜掃描范圍4000~400cm－1,分辨率4.000cm－1,掃描次數32次。取5~10mg樣品,在瑪瑙研缽中研細,滴加1至幾滴液體石蠟研成均勻糊劑,將此糊劑夾于2塊空白的溴化鉀片中進行測定。2.3氮氣升溫參比物稱取4mg左右試樣,將其壓制在鋁坩堝中進行測定。Al2O3作參比物,氮氣氣氛流速為60mL·min－1,升溫速率為10K·min－1,升溫范圍為318.15~543.15K。2.4測定中進行測定每次實驗稱取試樣1.0~1.4mg置于鉑金坩堝中進行測定。氮氣氣氛流速為50mL·min－1,升溫速率分別為2、5、10、20K·min－1,溫度范圍為298.15~1073.15K。2.5試樣表面定期執(zhí)行量將試樣放入濺射儀中鍍金,電流大小為30mA,試樣每次鍍膜30s,停10min,重復鍍3次。然后用SEM觀察藥物的表面形貌。3結果3.1e晶的特征晶型圖2是利培酮A、B、E3種晶型的粉末X射線衍射譜圖。A晶的7個主要2θ特征衍射峰分別位于14.00°、18.78°、19.64°、20.84°、21.20°、23.02°、28.92°處,;B晶的10個主要特征衍射峰分別位于11.24°、14.08°、14.70°、18.32°、18.78°、19.70°、20.86°、21.18°、28.18°、28.90°處;E晶的10個主要特征衍射峰分別位于12.74°、14.12°、14.96°、21.24°、22.52°、24.96°、26.30°、27.06°、28.46°、29.30°處。進一步分析:3種晶型在14.00°、28.92°附近均有特征衍射峰,A晶和B晶在18.78°、20.84°處附近均有特征衍射峰,A晶和C晶在21.20°附近均有特征衍射峰。A晶在19.64°左右時衍射峰強度最大,B晶在21.18°左右時強度最大,而E晶最大強度則出現在14.96°左右。由此可見,3種晶型的衍射峰位置及強度具有相似性和差別性,說明三者晶體結構存在差異。3.2種晶型的ftir在吸收峰上的特征分析利培酮3種晶型的紅外光譜圖(見圖3)?？梢钥闯?A晶的特征吸收強峰位于1645、1536、1456cm－1處,最強峰位于1456cm－1;B晶的特征吸收強峰位于1581、1560、1468cm－1,最強峰位于1468cm－1;3個位置波數兩者分別相差64、24、12cm－1。而且,B晶的小肩峰較多,A晶的小肩峰相對較少和較弱。但是,在1450cm－1之后,A晶和B晶曲線峰較為相似。E晶位于1455cm－1處存在有1個非常強的特征吸收峰,在此峰左、右側兩側,大約1570cm－1和1125cm－1附近分別有小的特征吸收峰。1000~1500cm－1之間E晶與A晶和B晶的吸收峰存在相似性,但在812cm－1附近E晶有比較明顯的簇峰,這有別于A晶和B晶。一般地,在1800(1300cm－1)~600cm－1區(qū)域內,除單鍵、雙鍵的伸縮振動外,還有因變形振動產生的譜帶。這種振動基團頻率和特征吸收峰與整個分子的結構有關。當分子結構稍有不同時,該區(qū)的吸收就有細微的差異,并顯示出分子特征。這種情況就像人的指紋一樣,稱為指紋區(qū)［18］。1650cm－1左右是C=C吸收峰和C=O伸縮振動峰,1418cm－1左右是C-N伸縮振動峰,C-F伸縮振動峰位于1300~900cm－1范圍［19－20］。因此,3種晶型的FTIR伸縮振動、吸收峰位置和強度的差異反應了3種晶型藥物的特征官能團結晶形式的不同。A晶與B晶的特征峰相似性較高,而E晶的FTIR特征峰與A晶、B晶兩者差別較大。3.3結晶過程晶型圖4是利培酮藥物3種晶型在10K·min－1條件下掃描的DSC曲線,其DSC所測熱力學數據見表1所列。其中,Tonset為DSC曲線特征峰的起始溫度,Tp為DSC曲線特征峰的峰溫,△H為試樣反應的焓變,其值均可由Perkin-ElmerPyris軟件計算得到。由圖表可得,A晶和B晶在442K均有一明顯的吸熱峰,此為藥物試樣的熔化過程。熱焓值分別約為107.59J·g－1和100.00J·g－1,兩者相差不大,約為7.59J·g－1。當溫度繼續(xù)升高至500K左右,兩者都有一明顯的放熱峰,此為藥物試樣的結晶過程,A晶的放熱峰溫約為496.98K,B晶的放熱峰溫約為513.82K,兩者相差較大,相差約為16.84K。它們的熱焓值分別約為258.02J·g－1和82.64J·g－1,差異也較大,相差約為175.38J·g－1。由此可見,A晶和B晶具有相同的熔點和不同的結晶點。兩者結晶過程的熱力學數據的不同反應了它們晶型的差異。再進一步分析和比較E晶,它的DSC曲線有2個明顯的吸熱峰,峰溫分別為493.15K和518.98K,與此為藥物試樣的融熔過程。其第1個吸熱峰溫與A晶熔融峰相差48.67K,E晶的2個吸熱峰的熱焓值分別為32.63J·g－1和67.09J·g－1,之和約為99.72J·g－1,與A晶和B晶的熔融吸熱焓基本接近。在所測溫度區(qū)間未發(fā)生E晶型的轉變放熱峰。由此可見,A晶和B晶的結晶形態(tài)比較相似,而與E晶差異較大。這與XRD曲線和FTIR譜圖所反映的情況相一致。3.4溫度和分解過程由利培酮3種晶型的TG分析曲線(如圖5所示,20K·min－1)可得,A晶、B晶和E晶的起始分解溫度分別為562K、552K和540K。A晶和B晶分解溫度相差10K,A晶和B晶分解溫度相差12K。分解程度從易到難次序為:E晶<B晶<A晶。A晶和B晶在800K之前均有2個失重過程。當溫度到達900K左右時,試樣有殘留,A晶約為25%,B晶約為35.4%,而E晶基本無殘留。E晶的起始分解溫度分別低于A晶和B晶22K和12K,且分解過程為1步完成。有文獻報道［21］利培酮降解過程中形成苯并異惡唑環(huán)產物,并隨著時間的延長會進一步降解。TG實驗結果表明,A晶和B晶的失重過程是分步進行的,且有殘留,E晶一步完成全分解,無殘留。3.5混雜形貌多樣,僅有實利用SEM觀察了利培酮原料藥的形貌特征,是柱狀、塊狀及細末狀等的混雜形貌,且表面較為平整、規(guī)一。圖6為利培酮A晶型原料藥分別放大100、300、700和1000倍數下的SEM圖。3.6升溫速率影響圖7是A晶在不同升溫速率(2、5、10、20K·min－1)下的TG分析曲線。由TG曲線可以看出,藥物試樣隨著升溫速率的增大,熱分解曲線向高溫偏移,即熱分解溫度隨之增大。雖然在600K之后試樣的失重量有所不同,最大相差約5.51%,但是到1073.15K時,試樣分解失重量殘留最大相差僅1.82%,不同升溫速率下藥物試樣的總分解失重量相近。也就是說,升溫速率會影響試樣在某個溫度區(qū)間內的分解速率,但最終,總失重量仍保持相同。圖8是利培酮在5K·min－1下測得的熱重—微分熱重(TG-DTG)曲線,在此升溫速率下,試樣的起始分解溫度為539.19K。其余數據參見表2所列。3.7熱分解反應機理其中β為線性升溫速率(K·min－1);R為普適氣體常數;A為指前因子;Tp為最大失重速率對應的溫度;Tα為轉化率α下對應的溫度;E為反應活化能(kJ·mol－1);Eα為轉化率α下對應的活化能;α為分解轉化率(%);g(α)為描述分解反應的積分函數。根據表2數據,應用Kissinger方程,以ln(β/Tp2)對1/Tp作圖得到一條直線(r=0.998),由斜率和截距計算出活化能E=132.6429kJ·mol－1,指前因子lnA=19.9221s－1。根據Flynn-Wall-Ozawa法和Vyazovkin法,在升溫速率β為2、5、10、20K·min－1下選取幾組相同轉化率α(0.1、0.2、0.3、0.4)的熱重數據,分別以各個α時的lnβ、ln(β/Tα2)對1/Tp進行線性回歸,由斜率求得不同轉化率α下的活化能Eα,并計算相關系數(表3)。對Kissinger法、Flynn-Wall-Ozawa法和Vyazovkin法所求得的活化能取平均值得Eα=145.81kJ·mol－1,指前因子lnA=19.92s－1。式中:α為溫度T(K)時的反應分解率;β為升溫速率;R為氣體常數;Eα為表觀活化能;A為指前因子;dα/dt為分解反應速率;f(α)和g(α)分別為微分和積分形式的機理函數。從TG和DTG曲線得出A晶熱分解反應轉化率α、dα/dt及相應的溫度T(K)數值(表4)。將31種不同機制的微分f(α)和積分形式g(α)的動力學函數代入方程(5)和(6)中,分別以ln[(dα/dt)/f(α)]和ln[g(α)/T2]對1/T進行線性擬合,求得不同機制函數下的動力學參數Eα(kJ·mol－1)、lnA(s－1)和相關系數,其計算結果列于表5。當下列條件被同時滿足時:(a)由微分和積分2種方法所得結果和lnA最為接近;(b)相關系數r也較好;(c)E和lnA符合熱分解反應的一般規(guī)律(E值在80~250kJ·mol－1,lnA在16.91~69.09s－1)［26］;(d)由Ozawa法得到的不同α下的活化能的平均值與由微分和積分2種方法所得活化能的平均值接近相等。這時所對應的機理函數即為熱分解反應機理函數［27］。比較表5中的E、lnA和r,可以看出只有函數序號為21的機理函數滿足上述4個條件,因此利培酮A晶的熱分解反應的機理函數為:f(α)=1-α;g(α)=-ln(1-α)。其相應的動力學方程為dα/dt=Aexp(-E/RT)(1-α)。4結論4.13晶體結構檢測A晶、B晶和E晶的XRD最強衍射峰分別在2θ為19.64°、21.18°和14.96°處。FTIR分析最強峰分別位于1456、1468、1455cm－1。A晶和B晶在442K左右均有一明顯的DSC熔融吸熱峰,之后,分別在496.98K和513.82K處均有一明顯的結晶放熱峰。E晶的DSC曲線有2個明顯的熔融吸熱峰,峰溫分別為493.15K和518.98K。3種試樣的熔融焓基本相同,A晶的熔融焓為107.59J·g－1。穩(wěn)定性從小到大為:E晶<B晶<A晶。DSC和TG結合XRD和FTIR綜合分析顯示3種藥物試樣晶體結構存在明顯差異。4.23