一种可可碱羧酸共晶及其制备方法和应用与流程

1.本发明属于共晶技术领域，具体涉及一种可可碱羧酸共晶及其制备方法和应用。


背景技术：

2.公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
3.提高难溶性药物的溶解度是当前药物领域和开发过程中的一个难题，低溶解度会影响人体吸收。目前，市场上的盐类药物大多是为了提高溶解度而制备的，但盐类药物的制备存在许多限制。首先，盐形成过程中质子的转移可能会影响药物的药理特性。其次，成盐配体的选择需要无毒且可药用，并且很少有酸和碱可以形成盐。最后，盐的形成需要活性药物成分(api)中至少有一个电离中心，没有电离中心的api不能形成盐。
4.药物共晶指的是在非共价键的作用下，活性药物成分和共晶形成剂(ccf)以固定的化学计量结合而形成的晶体，其可以调节药物的不同物理和化学性质，而不改变药物的药理学性质。其在药学上的应用还包括调节溶解度和溶出度，从而提高体内吸收和生物利用度，以及促进生物医药分类系统(bcs)ii类药物的开发和应用。因此，共晶在药物等领域受到了极大的关注。共晶并不经历质子转移，而是通过超分子相互作用以及广泛的配体选择而结合在一起，形成共晶的api的种类不受限制，药物赋形剂、常用的成盐配体、食品添加剂等ccf均可选择。
5.可可碱(tbr)是一种黄嘌呤衍生物，在结构上类似于咖啡因和茶碱，并具有中枢神经系统作用，也可用作磷酸二酯酶抑制剂、弱腺苷受体拮抗剂、平滑肌松弛剂等。可可碱受制于其溶解度低、溶解速率慢的缺陷，难以口服施用，限制了相关产品的研究发展。


技术实现要素：

6.为了解决现有技术的不足，本发明的目的是提供一种可可碱羧酸共晶及其制备方法和应用。本发明提供了可可碱与对香豆酸(p-coa)、2,4,6-三羟基苯甲酸(2,4,6-trm)、没食子酸(gal)、1-羟基-2-萘甲酸(1-h-2-na)、丁二酸(sca)和柠檬酸(cam)形成的共晶，得到的共晶相对于可可碱溶解度得到的改善，共晶tbr-gal
·
4h2o和tbr-p-coa在水中的溶解度和在pbs中的溶解度分别提高了1.88倍和2.98倍。
7.为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：
8.第一方面，本发明提供了一种可可碱羧酸共晶，所述可可碱羧酸共晶由可可碱与羧酸形成，所述羧酸为对香豆酸、2,4,6-三羟基苯甲酸、没食子酸、1-羟基-2-萘甲酸、丁二酸和柠檬酸中的一种。
9.第二方面，本发明提供了第一方面所述的可可碱羧酸共晶的制备方法，包括溶剂辅助研磨法或溶剂挥发法。
10.第三方面，本发明提供了第一方面所述的可可碱羧酸共晶在制备含可可碱的药物
或食品中的应用。
11.上述本发明的一种或多种技术方案取得的有益效果如下：
12.本发明构建了可可碱与对香豆酸、2,4,6-三羟基苯甲酸、没食子酸、1-羟基-2-萘甲酸、丁二酸和柠檬酸形成的共晶，首次报道了2种非溶解单晶(tbr-2,4,6-trm，tbr-p-coa)和1种水合物单晶(tbr-gal
·
4h2o)，确认了上述共晶和单晶的结构。
13.本发明中可可碱羧酸共晶的形成主要由tbr和羧酸之间的氢键网络决定，tbr-gal
·
2h2o和tbr-gal
·
4h2o主要由水分子稳定。
14.可可碱羧酸共晶会显著影响tbr的溶解度，除tbr-1-h-2-na外，共晶在纯水和pbs中的平衡溶解度显示溶解度增加，共晶tbr-gal
·
4h2o和tbr-p-coa在水中的溶解度和在pbs中的溶解度分别提高了1.88倍和2.98倍。
附图说明
15.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
16.图1为tbr-p-coa的带有氢键原子标签的结构单元(a)和1d片的结构(b)示意图；
17.图2为tbr-2,4,6-trm的不对称单位结构(a)、由交替的氢键tbr和2,4,6-trm分子组成的聚合物链(b)、c轴方向的2d结构(c)和3d结构(d)示意图；
18.图3为tbr-gal
·
2h2o的带有氢键原子标签的不对称单元、2d结构(b)和3d结构(c)示意图；
19.图4为tbr-gal
·
4h2o的具有氢键原子标记的结构单元(a)、2d结构(b)和3d结构(c)示意图；
20.图5为tbr-2,4,6-trm、tbr-p-coa、tbr-gal
·
2h2o和tbr-gal
·
4h2o的pxrd衍射数据和模拟scxrd数据图；
21.图6为tbr-1-h-2-na和1-h-2-na(a)，tbr-cam和(b)，tbr-sca和sca(c)的pxrd图谱；
22.图7为tbr-p-coa(a)，tbr-2,4,6-trm(b)，tbr-gal
·
2h2o(c)，tbr-gal
·
4h2o(d)，tbr-sca(e)，tbr-cam(f)，tbr-1-h-2-na(g)，tbr(h)的dsc-tga曲线，与左纵坐标轴相交于100的曲线为tga曲线；
23.图8为p-coa(a)，2，4，6-trm(b)，gal(c)，sca(d)，cam(e)，1-h-2-na(f)的dsc-tga曲线，与左纵坐标轴相交于100的曲线为tga曲线；
24.图9为tbr-p-coa(a)、tbr-2,4,6-trm(b)、tbr-gal
·
2h2o(c)、tbr-gal
·
4h2o(d)、tbr(e)、tbr-cam(f)、tbr-1-h-2-na(g)和tbr-sca(h)的红外光谱。
具体实施方式
25.本发明的第一种典型实施方式，一种可可碱羧酸共晶，所述可可碱羧酸共晶由可可碱与羧酸形成，所述羧酸为对香豆酸、2,4,6-三羟基苯甲酸、没食子酸、1-羟基-2-萘甲酸、丁二酸和柠檬酸中的一种。
26.该实施方式的一种或多种实施例中，可可碱与羧酸的摩尔比为1:1或2:1。
27.本发明的第二种典型实施方式，第一种典型实施方式所述的可可碱羧酸共晶的制
备方法，包括溶剂辅助研磨法或溶剂挥发法。
28.该实施方式的一种或多种实施例中，所述溶剂辅助研磨法具体为：将可可碱、羧酸与丙酮在球磨机中混合，球磨后得到可可碱羧酸共晶。
29.该实施方式的一种或多种实施例中，可可碱与羧酸的摩尔比为1-2:1。
30.该实施方式的一种或多种实施例中，球磨频率为15-30hz，球磨时间为30-60min。
31.该实施方式的一种或多种实施例中，所述溶剂挥发法具体为：将可可碱与羧酸混合溶于溶剂中，蒸发溶剂得到可可碱羧酸共晶。
32.该实施方式的一种或多种实施例中，可可碱与羧酸的摩尔比为1-2:1。
33.该实施方式的一种或多种实施例中，所述溶剂包括甲醇、乙醇、水、乙腈中的一种或混合物。
34.本发明的第三种典型实施方式，第一种典型实施方式所述的可可碱羧酸共晶在制备含可可碱的药物或食品中的应用。
35.为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本发明的技术方案，以下将结合具体的实施例与对比例详细说明本发明的技术方案。
36.实施例1
37.将0.50mmol tbr和0.25mmol cam与40μl丙酮在5ml球磨机中混合，并用两个7mm不锈钢球以20hz频率研磨30min，得到共晶tbr-cam。
38.实施例2
39.将0.25mmol tbr和0.25mmol 2,4,6-trm与30l甲醇在5ml球磨机中混合，并用两个7mm不锈钢球以20hz频率研磨30min，得到共晶tbr-2,4,6-trm。
40.实施例3
41.将0.25mmol tbr和0.25mmol p-coa与30l甲醇在5ml球磨机中混合，并用两个7mm不锈钢球以20hz频率研磨30min，得到共晶tbr-p-coa。
42.实施例4
43.在20℃下，将0.25mmol tbr和0.25mmol gal溶解于总体积为14ml的甲醇、乙醇和水的混合溶剂(体积比为甲醇/乙醇/水＝15:15:1)中，70℃下加热搅拌过滤，20℃下蒸发溶剂获得tbr-gal
·
2h2o共晶单晶。
44.实施例5
45.在20℃下，将0.25mmol tbr和0.25mmol gal溶解于总体积为14ml的甲醇、乙腈和水的混合溶剂(体积比为甲醇/乙腈/水＝15:15:1)中，70℃下加热搅拌过滤，20℃下蒸发溶剂获得tbr-gal
·
4h2o共晶单晶。
46.实施例6
47.在20℃下，将0.25mmol tbr和0.25mmol p-coa溶解于总体积为14ml的甲醇和水的混合溶剂(体积比为甲醇/水＝1:1)中，70℃下加热搅拌过滤，20℃下蒸发溶剂获得tbr-p-coa共晶单晶。
48.实施例7
49.在20℃下，将0.25mmol tbr和0.25mmol 2,4,6-trm溶解于总体积为14ml的乙腈中，70℃下加热搅拌过滤，20℃下蒸发溶剂获得tbr-2,4,6-trm共晶单晶。
50.实施例8
51.将2.5mmol tbr和2.5mmol 2,4,6-trm的混合物溶于140ml乙腈中。将溶液加热搅拌4h，过滤然后滤液在真空炉中蒸发，得到共晶tbr-cam。
52.实施例9
53.将0.3.5mmol tbr和1.75mmol sca的混合物溶于140ml乙腈中。将溶液加热搅拌4h，过滤然后滤液在真空炉中蒸发，得到共晶tbr-sca。
54.实施例10
55.将2.5mmol tbr和2.5mmol 1-h-2-na的混合物溶于140ml乙腈中。将溶液加热搅拌4h，过滤然后滤液在真空炉中蒸发，得到共晶tbr-1-h-2-na。
56.实施例11
57.图1中的a显示了由一个tbr分子和一个p-coa分子形成的共晶多重氢键的超分子合成子(共晶单体)。tbr嘧啶环上的n-h基团是很好的质子供体，而两个羰基氧原子和咪唑氮原子是很好的受体。tbr上的羰基与p-coa羧基上的氢形成氢键(o5-h5
···
o1)，p-coa羧基上的羰基氧原子与tbr嘧啶环上的氢形成氢键(n2-h2
···
o4)。这是一种相对稳定的氢键形式。p-coa中的羟基为tbr氨基提供质子供体(o3-h3
···
n4)，该基团通过氢键连接形成1d链，如图1中的b所示。
58.tbr-2,4,6-trm在单斜晶系的p21/c空间群中结晶。如图2中的a所示，tbr-2,4,6-trm的不对称单元中有一个tbr分子和一个2,4,6-trm分子。如图2中的b所示，tbr和2,4,6-trm按化学计量比1:1形成1d线性聚合物链。2,4,6-trm分子中有两个很强的分子内氢键，即o3-h3
···
o2和o7-h7
···
o4。如图2中的d所示，tbr分子和2,4,6-trm通过氢键o4-h4
···
n3相互结合，tbr嘧啶环上的n-h基团为酸中的羟基提供质子供体(n2-h2
···
o1)，它也是tbr分子内部羰基的质子供体(o1-h1
···
o6)。如图2中的c所示，两个聚合物链倾斜一个角度，并通过π(tbr)-π(2,4,6-trm)力稳定。
59.在对tbr和gal共晶的研究中，在不同条件下得到了两种不同的晶体结构。一个是含有两个水分子的单斜晶系空间群c2/c的晶体，另一个是含有四个水分子的单斜晶系空间群c2/c的晶体。tbr-gal
·
2h2o的晶体结构显示为二水合物共晶。如图3中的a所示，tbr-gal
·
2h2o的不对称单元由一个tbr分子、一个gal分子和两个水分子组成。水分子在晶体结构形成中也起着非常重要的作用，因为它可以是氢键受体，也可以是供体。羧酸中的羟基为tbr嘧啶环上的羰基氧原子提供质子，形成o4-h4
···
o6氢键。同时，羧酸中的羟基也作为水分子的受体(o7-h7
···
o4)。羧酸羟基中的两个氢键o1-h1a
···
o7和o8-h8
···
o9分别为两个水分子提供质子。在tbr和羧酸之间也形成了双键(n1-h1
···
o5，o3-h3
···
o6)。tbr嘧啶环上的羰基氧原子和咪唑氮原子是水分子质子受体。如图3中的b所示，2d结构是通过水分子、tbr和羧酸之间的氢键形成的。如图3中的c所示，一维聚合物体系排列在“楼梯”中，通过π-π相互作用形成三维网络。
60.如图4中的a所示，tbr-gal
·
4h2o不对称单元中有一个tbr分子、一个gal分子和四个h2o分子。与tbr-gal
·
2h2o相同，tbr和gal也有一个双键(n3-h3
···
o6，o12-h12
···
o4)。tbr咪唑环上的氮原子与羧酸羟基上的氢原子形成氢键o8-h8
···
n2，因此通过tbr和羧酸之间的氢键，在单个平面上形成链，如图4中的b所示。水分子是好的受体和好的供体。tbr和羧酸通过与水分子的氢键形成如图4中的c所示的三维结构。tbr嘧啶环上的两个羰基可以与两个水分子形成氢键(o13-h13e
···
o4，o3-h3b
···
o1)。羧酸上的羟基为
水分子提供了一个氢原子(o7-h7
···
o3)。
61.trm-p-coa、tbr-2,4,6-trm、tbr-gal
·
2h2o和tbr-gal
·
4h2o的晶体学数据如表1所示，氢键参数和对称码如表2所示。
62.表1trm-p-coa、tbr-2,4,6-trm、tbr-gal
·
2h2o和tbr-gal
·
4h2o的晶体学数据
[0063][0064]
[0065][0066]
表2trm-p-coa、tbr-2,4,6-trm、tbr-gal
·
2h2o和tbr-gal
·
4h2o的氢键距离和参数
[0067]
[0068][0069][0070]
实施例12
[0071]
粉末x射线衍射(pxrd)测量使用miniflex600粉末衍射仪(rigaku)，实验参数如下:管电压和电流设置为40kv和30ma；室温下2θ范围(3-50
°
)的cu kα辐射(0.15405nm)。步长为0.02，扫描速度为8
°
/min。比较了单晶结构的实验pxrd模式和计算的pxrd模式，以确认粉末材料的组成。
[0072]
在光学显微镜下选择具有适当尺寸的tbr-2,4,6-trm、tbr-p-coa、tbr-gal
·
2h2o和tbr-gal
·
4h2o的单晶，并快速涂上高真空油脂(道康宁公司)以防止分解。将晶体安装在cryolooptm环上，并在配备有hypix-6000he混合光子计数(hpc)检测器的riga ku oxford diffraction xtalab synergy-s衍射仪上记录细胞参数和强度数据，该检测器在无快门模式下操作，并在100k下使用来自photonjet micro-focus的tbr-2,4,6-trm、tbr-p-coa、tbr-gal
·
2h2o和tbr-gal
·
4h2o的cu kα(λ＝1.54184)使用crystalispro软件套件处理数据。这些结构使用电荷翻转算法进行求解，该算法在程序superflip中实现，并通过olex2接口使用shelxl程序3通过全矩阵最小二乘法技术对fo2进行优化。
[0073]
如图5所示tbr-p-coa共晶的衍射峰出现在8.1
°
、11.5
°
、12.4
°
、15.8
°
、19.7
°
、23.0
°
处；tbr-2,4,6-trm共晶的特征峰出现在5.9
°
、12.0
°
、15.1
°
、26.3
°
和26.7
°
处；tbr-gal
·
2h2o共晶的特征峰出现在6.4
°
、12.0
°
、12.8
°
、26.1
°
、27.5
°
处；tbr-gal
·
4h2o共晶的特征峰出现在6.8
°
、9.4
°
、11.1
°
、13.6
°
、17.6
°
和25.8
°
处。样品实验的pxrd衍射与单晶x射线衍射(scxrd)数据的模拟模式吻合良好，进一步证实了高结晶度共晶的形成。
[0074]
tbr、sca、cam、1-h-2-na、tbr-sca、tbr-cam和tbr-1-h-2-na的xrd图谱如图6所示。与tbr和羧酸相比，共晶体的特征峰发生了明显的变化，可以证明生成了一个新相，而非物理混合物。
[0075]
实施例13
[0076]
使用tga/dsc 3+(瑞士梅特勒-托利多)进行dsc-tga分析。将样品置于陶瓷坩埚中，并插入tg炉中。分析在303.15k下开始，在氮气下以10k min-1
的速率加热熔炉，直至最终温度达到623.15k。
[0077]
tbr-p-coa、tbr-2,4,6-trm、tbr-gal
·
2h2o、tbr-gal
·
4h2o、tbr-cam、tbr-sca、tbr-1-h-2-na和tbr的dsc-tga分析结果如图7所示。p-coa、2,4,6-trm、gal、cam、sca和1-h-2-na的dsc-tga分析结果如图8所示。tg曲线显示，tbr-p-coa、tbr-2,4,6-trm、tbr-gal
·
2h2o、tbr-gal
·
4h2o和tbr-1-h-2-na共晶分别在加热至197℃、158℃、180℃、204℃、164℃左右分解，分解温度前无失重。dsc曲线上可见两个明显的吸热峰。第一个吸热峰代表配体分解，第二个代表tbr分解，温度大约是300℃。dsc曲线显示，分解前tbr-p-coa、tbr-2,4,6-trm、tbr-gal
·
2h2o、tbr-gal
·
4h2o、tbr-sca和tbr-1-h-2-na共晶没有熔融吸热，分解时吸热温度为217.36℃、175.48℃、264.76℃、259.21℃、179.77℃、191.90℃。当加热到150℃左右时，tbr-cam共晶开始分解，在此温度之前没有失重。dsc曲线表明，tbr-cam共晶在分解前有一个吸热峰，tbr-cam共晶熔点是140.19℃，并且197.81℃有较强的吸热，248℃前失重约30％。羧酸配体和其对应共晶的熔点如表3所示。
[0078]
表3羧酸配体和其对应共晶的熔点
[0079][0080]
实施例14
[0081]
使用vertex 70ftir光谱仪(德国)记录ft-ir光谱，并使用kbr小球在4000至500cm-1
范围内以4cm-1
的分辨率进行测量。
[0082]
tbr和共晶的ft-ir光谱如图9所示。氢键的形成会略微改变每个共价键的键长和键能，这可以用红外光谱中特征峰的位移来表示。供体上的x-h键受到很大影响，红外光谱的红移与氢键形成的强度有关。tbr的c＝o、c＝n和n-h拉伸振动峰值(1547.72、1690.16和3152.81cm-1
)对于tbr-p-coa移至1601.11、1693.51和3116.79cm-1
。对于tbr-2,4,6-trm移至到1530.65、1711.24和3207.07cm-1
，对于tbr-gal
·
2h2o移至到1558.66、1693.49和3296.04cm-1
，对于tbr-gal
·
4h2o，移至到1600.40、1694.85和3296.96cm-1
，对于tbr-cam，移至1548.06、1689.89和3158.63cm-1
，对于tbr-1-h-2-na移至1574.42、1687.04和3138.66cm-1
，于tbr-sca至1548.52、1694.27和3116.73cm-1
，这可以归因于分子间氢键的形成。
[0083]
实施例15
[0084]
分别研磨tbr、tbr-p-coa、tbr-2，4，6-trm、tbr-gal
·
2h2o、tbr-gal
·
4h2o、tbr-sca、tbr-cam和tbr-1-h-2-na，并通过标准筛过筛，用于溶解度实验。tbr、tbr-p-coa、tbr-2,4,6-trm、tbr-gal
·
2h2o、tbr-gal
·
4h2o、tbr-sca、tbr-cam和tbr-1-h-2-na在水中的溶解度测定如下：向100ml超纯水中加入过量的每种粉末样本，并在25℃下搅拌24h；将浆液过滤并适当稀释，用于hplc测量；溶解度测量进行三次。在磷酸盐缓冲液(pbs)中的模拟肠液中进行溶解度实验:将过量的各粉末样品加入30ml pbs中，在37℃下搅拌24h，将浆液按预定时间通过0.22微米过滤器过滤，并适当稀释后用于hplc测定，平行测定3次。
[0085]
tbr及tbr-2,4,6-trm、tbr-p-coa、tbr-gal
·
2h2o、tbr-gal
·
4h2o、tbr-sca、tbr-cam和tbr-1-h-2-na在25℃水和37℃pbs模拟肠液中的平衡溶解度如表4所示。除tbr-1-h-2-na外，其他6种共晶或水合物在水中的溶解度均高于tbr，因此6种共晶有效提高了tbr在水中的溶解度。tbr-gal
·
4h2o在水中的溶解度接近tbr的两倍。tbr-p-coa在水中的溶解度略高于tbr。tbr-2,4,6-trm和tbr-gal
·
2h2o在水中的溶解度是tbr的1.3倍。与在水中相比，tbr及其共晶在pbs中的平衡溶解度比率大大增加。tbr-2,4,6-trm、tbr-p-coa、tbr-gal
·
2h2o和tbr-gal
·
4h2o在pbs中的溶解度约在水中平衡溶解度的2
–
4倍。tbr和p-coa共晶在pbs中的平衡溶解度甚至达到1.997mg/ml，是在水中的4.3倍，是tbr在pbs中的3倍。在含37℃模拟肠液的pbs中，tbr-2,4,6-trm、tbr-p-coa、tbr-gal
·
2h2o、tbr-gal
·
4h2o的平
衡溶解度显著增加，共晶的形成能有效增加tbr的溶解度。
[0086]
表4tbr及共晶体在25℃水和37℃pbs模拟肠液中的平衡溶解度
[0087][0088]
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种可可碱羧酸共晶，其特征在于，所述可可碱羧酸共晶由可可碱与羧酸形成，所述羧酸为对香豆酸、2,4,6-三羟基苯甲酸、没食子酸、1-羟基-2-萘甲酸、丁二酸和柠檬酸中的一种。2.如权利要求1所述的可可碱羧酸共晶，其特征在于，可可碱与羧酸的摩尔比为1:1或2:1。3.权利要求1或2任一项所述的可可碱羧酸共晶的制备方法，其特征在于，包括溶剂辅助研磨法或溶剂挥发法。4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述溶剂辅助研磨法具体为：将可可碱、羧酸与丙酮在球磨机中混合，球磨后得到可可碱羧酸共晶。5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，可可碱与羧酸的摩尔比为1-2:1。6.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，球磨频率为15-30hz，球磨时间为30-60min。7.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述溶剂挥发法具体为：将可可碱与羧酸混合溶于溶剂中，蒸发溶剂得到可可碱羧酸共晶。8.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，可可碱与羧酸的摩尔比为1-2:1。9.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述溶剂包括甲醇、乙醇、水、乙腈中的一种或混合物。10.权利要求1-2任一项所述的可可碱羧酸共晶在制备含可可碱的药物或食品中的应用。

技术总结
本发明属于共晶技术领域，具体涉及一种可可碱羧酸共晶及其制备方法和应用。本发明提供了可可碱与对香豆酸(p-COA)、2,4,6-三羟基苯甲酸(2,4,6-TRM)、没食子酸(GAL)、1-羟基-2-萘甲酸(1-H-2-NA)、丁二酸(SCA)和柠檬酸(CAM)形成的共晶，得到的共晶相对于可可碱溶解度得到的改善，共晶TBR-GAL


技术研发人员：程燕 薛富民 杜世超 苑芯月
受保护的技术使用者：山东省分析测试中心
技术研发日：2023.04.23
技术公布日：2023/8/9