盐酸绿卡色林多晶型与稳定性研究

刘 松，陈晓丽，吴淑阳，周梦青，皋海涛，顾佳丽，张朝霞，张国庆

(1.浙江理工大学先进纺织材料与制备技术教育部重点实验室，杭州 310018；2.浙江普洛家园药业有限公司，浙江金华 322118)

盐酸绿卡色林多晶型与稳定性研究

刘 松1，陈晓丽2，吴淑阳2，周梦青1，皋海涛2，顾佳丽1，张朝霞1，张国庆1

(1.浙江理工大学先进纺织材料与制备技术教育部重点实验室，杭州 310018；2.浙江普洛家园药业有限公司，浙江金华 322118)

研究盐酸绿卡色林在不同条件下3种晶型间的相互转化关系及其机理，及其优势药物晶型Ⅲ的稳定性。运用粉末X射线衍射仪、差示扫描量热仪、热重分析仪和扫描电子显微镜对药物进行测试分析。盐酸绿卡色林存在2种亚稳态晶型(晶型Ⅰ和Ⅱ)和1种稳定晶型(晶型Ⅲ)；晶型Ⅱ在433.15K左右存在一转晶吸热峰；晶型Ⅰ、晶型Ⅱ和晶型Ⅲ的熔点皆为473.15K，另外，晶型Ⅲ在368.22K处有一失结晶水的吸热峰，热焓值为64.57J/g；优势药物晶型Ⅲ在高温高湿条件下晶型保持不变，稳定性好。在不同的实验条件下，盐酸绿卡色林的3种晶型间可以相互转化，通过热分析技术分析了药物的多晶型以及热稳定性，再结合其他分析技术可以有效和准确地表征药物的晶型、形貌和稳定性。

盐酸绿卡色林；多晶型；热分析；X射线粉末衍射；电镜

0 引 言

绿卡色林盐酸盐[1-2](Lorcaserin Hydrochloride)是一类R构型的环胺盐酸盐，其化学名称为(R)-氯-1-甲基-2,3,4,5-四氢-1H-3-苯并氮杂卓盐酸盐，分子式为C11H15Cl2N·0.5H2O结构如图1所示。

图1 盐酸绿卡色林的结构式

绿卡色林是作用于中枢神经系统抑制食欲的药物，于2005年由美国艾尼纳制药公司研制，其特异性靶点是5-HT2C，对于控制食欲有很强的作用，而对于5-HT2A或者5-HT2B受体则没有作用，这两个受体分别与心血管疾病和引起幻觉相关[3]。众所周知，药物的晶型差异不仅会影响药物的热稳定性、溶出速率和生物利用度[4-5]，甚至会在特殊条件下产生毒副反应[6-7]。目前专利报道[8-9]绿卡色林盐酸盐具有3种晶型，分别为晶型Ⅰ、晶型Ⅱ和晶型Ⅲ。临床上应用的盐酸绿卡色林制剂，其原料药为晶型Ⅲ。为保证药品质量，在原料药生产时需控制晶型质量，明晰盐酸绿卡色林3种晶型间的相互转化关系和优势药物晶型的稳定性显得很重要。

1 实 验

1.1 材料与仪器

盐酸绿卡色林原料药由浙江普洛医药科技有限公司提供(为晶型III，纯度﹥99.5%)，四氢呋喃和乙醇等(皆为分析纯)溶剂购自杭州汇普化工有限公司。实验仪器：Pyris Diamond DSC差示扫描量热仪(美国Perkin Elmer公司)；Pyris1TGA热重分析仪(美国Perkin Elmer公司)；ARL＇XTRAX射线粉末衍射仪(瑞士ARL公司)；JSM-5610LV扫描电子显微镜(JEOL，日本)；JFC-1600溅射仪(JEOL，日本)。

1.2 实验方法

1.2.1 晶型的制备及转化方法

盐酸绿卡色林晶型Ⅰ的制备过程如下：称取一定量盐酸绿卡色林粗品，在40～60℃下溶解于四氢呋喃中，保持温度恒定减压蒸干后的样品即为盐酸绿卡色林晶型Ⅰ，工艺流程如图2所示。盐酸绿卡色林晶型Ⅱ的制备过程如下：称取一定量盐酸绿卡色林粗品，室温下在乙醇中溶清，快速降温至0℃，抽滤，减压烘干后的样品为盐酸绿卡色林晶型Ⅱ，工艺流程如图3所示。盐酸绿卡色林3个晶型之间的转化关系如图4。

图2 盐酸绿卡色林晶型Ⅰ制备工艺流程

图3 盐酸绿卡色林晶型Ⅱ制备工艺流程

图4 盐酸绿卡色林3种晶型间相互转化的关系

1.2.2 DSC分析

称取5 mg左右的样品，将其置于铝坩埚中，盖上铝片进行测定。氮气气氛保护，流速为20 mL/min，升温速率为10 K/min，升温范围为313.15～493.15 K。

1.2.3 TGA分析

称取6 mg左右的样品置于铂金坩埚中进行测定。氮气气氛保护，流速为20 mL/min，升温速率为10 K/min，升温范围为313.15～623.15 K。

1.2.4 XRD分析

实验条件为CuKα辐射，管压为40kV，管电流为40mA，2θ扫描范围为3°～40°，扫描速度1°/min，步长0.02°。

1.2.5 SEM分析

将试样放入溅射仪中镀金，电流大小为30 mA，试样每次镀膜30s，停10min，重复镀3次，然后用SEM观察样品的表面形貌。

2 结果与讨论

2.1 盐酸绿卡色林的XRD分析

图5是盐酸绿卡色林三种晶型在布拉格2θ角为3°～40°范围内的粉末衍射图特征(2θ，角度，Cukα，λ=1.5418Å)：

图5 盐酸绿卡色林3种晶型的X射线粉末衍射谱图

据图5可知，晶型Ⅰ的特征衍射峰从强到弱依次为12.9°、21.6°、24.6°、26.9°、20.1°、21.3°和17.8°；晶型Ⅱ的特征衍射峰从强到弱依次为11.3°、20.9°、26.9°、24.7°、12.5°、23.0°和10.2°；晶型Ⅲ的特征衍射峰从强到弱依次为23.2°、19.2°、20.9°、12.5°、13.7°、26.9°和10.2°。根据数据可以判断，晶型Ⅰ、晶型Ⅱ的样品均含有晶型III，但是可以明确区别出3种晶型的峰位差异。由于晶型Ⅰ和晶型Ⅱ的样品制样测试过程中吸水并部分向晶型III转变，因而实际测得的数据包含晶型Ⅱ和晶型Ⅲ的特征峰。晶型Ⅱ的衍射数据中2θ值10.2°、14.9°、16.7°、18.5°、18.9°、19.2°、20.9°、23.9°、24.7°和31.2°实质上为晶型Ⅲ的衍射峰。由于多次尝试培养晶型Ⅰ和晶型Ⅱ的单晶均告失败，所以无法提供晶型Ⅰ和晶型Ⅱ的单晶结构数据，晶型Ⅲ的单晶结构数据如表1所示。

专利文献US 8168624132在描述中没有说明晶型II易吸水转晶的特点，仍然认为其XRD图谱中的所有衍射峰均为其特征峰。

表1 盐酸绿卡色林晶型Ⅲ的晶体结构数据

2.2 盐酸绿卡色林的DSC分析

通过溶液重结晶的方法制备出3种晶型，烘干后进行测试分析，晶型I和晶型III常温常压下能稳定存在，但晶型II具有极强的吸水性，在制样测试过程中就开始吸附水分，并且部分发生吸水后晶型转变。图6是盐酸绿卡色林3种晶型的DSC曲线，3种晶型显示出不同的热行为。

图6 盐酸绿卡色林3种晶型的差示扫描量热曲线

从图6可以看出，晶型Ⅰ是不含水的晶型，没有明显的水分挥发吸热峰，只在474.01 K处有一强的熔融吸热峰；晶型Ⅱ分别在365.94、431.37 K和473.45 K处有3个明显的吸热峰。365.94 K处是失水峰，宽的吸热峰表现为游离吸附水的挥发；431.37 K处较弱的吸热峰是晶型转变吸热所致，亚稳态晶型II在这一过程中转变为稳定的晶型III；473.45 K处强的吸热峰是其熔融过程。晶型Ⅲ在370.87 K处有一失结晶水吸热峰，在474.10 K处同样有一强的熔融吸热峰(具体热力学数值见表2)。

表2 绿卡色林3种晶型的热力学数据

2.3 盐酸绿卡色林的TGA分析

由盐酸绿卡色林3种晶型的TGA分析曲线(如图7所示)可得，在363.15～423.15K温度范围内，晶型Ⅰ失重率为0.34%，为少量的吸附水，证明其为无水晶型；晶型Ⅱ和晶型Ⅲ的失重率分别达到3.2%和3.8%，按照分子式计算3.7%的水含量说明分子中结晶水含量为0.5个，在相关专利中也报道了含半个结晶水的晶型Ⅲ的失重率为3.7%，因而晶型III为含半个结晶水的水合物；晶型Ⅱ样品比较复杂，对应于DSC的分析结果，其3.2%的失水

图7 盐酸绿卡色林3种晶型的TGA曲线

为相应的吸附水，并且在433.15K没有明显的失重过程，因而进一步确认相应DSC上弱的吸热峰为晶型转变(晶型I向II转变)吸热导致。

2.4 盐酸绿卡色林的SEM分析

利用SEM观察了盐酸绿卡色林3种晶型的形貌，由图8可知，晶型Ⅰ结晶完整、棱角分明、表面平滑的正方形片状团聚体，尺寸为20 μm左右；晶型Ⅱ虽然也为片状团集体，但是室温下放置后吸水风化，晶体棱角钝化；晶型Ⅲ为晶体完整、棱角分明、表面平滑的正方形片状团聚体，尺寸为20 μm×20 μm,但是团聚的致密度明显小于晶型Ⅰ和晶型Ⅱ。

图8 盐酸绿卡色林3种晶型的SEM照片

2.5 盐酸绿卡色林优势药物晶型Ⅲ的稳定性分析

优势药物晶型是指在固体化学药物存在多种晶型状态的情况下，其中稳定性符合药用要求、临床疗效最佳、安全性最高和最适合用于制备药品的晶型状态[10-11]。盐酸绿卡色林的优势药物晶型为晶型Ⅲ，对其稳定性进行研究，结果显示，无论是在高温、高湿、高压还是高温高湿等苛刻条件下，晶型Ⅲ不发生失结晶水，转晶等转变，其具有极佳的稳定性。

2.6 盐酸绿卡色林3种晶型间相互转化关系的讨论

盐酸绿卡色林的3种晶型之间存在着转化的关系，其中晶型Ⅰ和晶型Ⅱ能够吸收空气中的水分在很短的时间内转化为晶型Ⅲ，晶型Ⅲ在THF中常压蒸干可转化为晶型Ⅰ，而晶型Ⅲ转化为晶型Ⅱ极其困难，即使得到，也是晶型Ⅱ含量极少的混晶，晶型Ⅱ在160℃条件下加热15min即可转化为晶型Ⅰ，但是晶型Ⅰ不能转化为晶型Ⅱ。

晶型Ⅲ向晶型Ⅱ、晶型Ⅰ的转化为水分子从晶格中脱除的过程，其中晶型Ⅲ向晶型Ⅱ的转化需将样品溶淸于THF中，通过常压蒸干脱除晶格中的水分子；晶型Ⅲ和晶型Ⅰ间的相互转化在固相条件下即可实现，说明晶型Ⅲ和晶型Ⅰ虽然属于不同的晶型，但随着水分子的引入晶格，在N-H-O氢键作用下，晶型Ⅰ通过σ单键的内旋转转晶为更加稳定的晶型Ⅲ。同时，从晶型Ⅰ和晶型Ⅱ向晶型Ⅲ转化的难易程度可以发现晶型Ⅰ较晶型Ⅱ更加稳定；晶型Ⅱ向晶型Ⅰ的转化在160℃下，由于晶型Ⅱ中分子产生σ单键的内旋转导致分子构象的变化，继而晶格发生变形，转晶为高温下更加稳定的晶型Ⅰ。由此可知，盐酸绿卡色林3种晶型间的相互转化，伴随着晶型的根本改变，从而造成稳定性的不同。盐酸绿卡色林3种晶型的稳定性大小顺序是晶型Ⅲ﹥晶型Ⅰ﹥晶型Ⅱ。

3 结 论

a)盐酸绿卡色林的3种晶型之间存在相互转化关系，其中晶型Ⅰ和晶型Ⅱ能够吸收空气中的水分在很短的时间内转化为晶型Ⅲ，晶型Ⅲ在THF中常压蒸干可转化为晶型Ⅰ，而晶型Ⅲ转化为晶型Ⅱ极其困难，即使得到，也是晶型Ⅱ跟III的混晶，晶型Ⅱ在160℃条件下加热15min即可转化为晶型Ⅰ，晶型稳定性高低顺序是晶型Ⅲ﹥晶型Ⅰ﹥晶型Ⅱ。

b)对盐酸绿卡色林晶型III的稳定性进行研究表明，其在高压、高温和高湿等苛刻条件下保持晶型不变。

c)盐酸绿卡色林的3种晶型之间转化关系及晶型稳定性的研究可以为原料药生产提供技术指导，对提高生产效率具有重要意义。

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Research on Polymorphic Form and Stability of Lorcaserin Hydrochloride

LIUSong1,CHENXiali2,WUShuyang2,ZHOUMengqing1,GAOHaitao2,GUJiali1,ZHANGZhaoxia1,ZHANGGuoqing1

( 1. Key Laboratory of Advanced Textile Materials and Manufacturing Technology,Ministry of Education, Zhejiang Sci-Tech University, Hangzhou 310018, China;2. Zhejiang Apeloa Jiayuan Pharmaceutical Co., Ltd., Jinhua 322118, China)

This paper aims to study mutual transformation relations of lorcaserin hydrochloride among three polymorphic forms under different conditions, the mechanism and the stability of the dominant FormⅢ. The drugs had been analyzed by using powder X-ray diffraction (PXRD), differential scanning calorimetry (DSC), thermal gravimetric analysis (TGA), and scanning electron microscopy (SEM). The lorcaserin hydrochloride has two metastable state forms (FormⅠand FormⅡ) and one stable form (FormⅢ). There is a crystal transformation endothermic peak at 433.15K for FormⅡ; FormⅠ, FormⅡ and FormⅢ show the same melt point, i.e. 473.15K and there is endothermic peak at 368.22K and the enthalpy value is 64.57J/g; FormⅢ can keep the form stabilization at high temperature and high humidity. Under different experimental conditions, the three forms of lorcaserin hydrochloride can inter-convert. The polymorphic form of drugs and their thermal stability are analyzed by using thermal analysis technology. By combining other analysis technologies, crystal form, morphology and stability of drugs can be effectively and accurately characterized.

lorcaserin hydrochloride; polymorphic form; thermal analysis; powder X-ray diffraction; scanning electron microscopy

许惠儿)

10.3969/j.issn.1673-3851.2016.07.025

2015-08-19

国家自然科学基金项目(51073142)

刘 松(1989-)，男，安徽合肥人，硕士研究生，主要从事药物结晶方面的研究。

张国庆，E-mail：zgq@zstu.edu.cn

TQ460.1

A

1673- 3851 (2016) 04- 0625- 05 引用页码： 070702