丹参酰-L-丙氨酰-L-脯氨酸冰片酯单晶的制备及其结构表征

胡娅琪 ，魏媛媛，杨宽 ，杨莉宁，余丽丽，秦蓓*

1.西安医学院 西安市多靶协同抗高血压创新药物研制重点实验室 西安市智创抗高血压药物国际科技合作基地，陕西西安 710021

2.西安医学院 药物研究所，陕西 西安 710021

3.西安医学院 药学院，陕西 西安 710021

目前在高血压的治疗方面，血管紧张素转化酶抑制剂（ACEI）类抗高血压药物是一种普遍使用的药物[1-2]，该类药物不仅降压效果良好，还具有扩张冠脉血管、增加心肌供血量以及有效改善肾脏血流量的作用，但存在偶发刺激性干咳的问题[3]。基于以上问题，本课题组设计合成了以卡托普利为母核，以冰片为初始原料，引入丹参素，采用组合分子化学的策略，通过缩合酯化、脱保护、酰胺化、脱保护、酰胺化合成了由丹参酚、冰片和ACEI 母核组成的创新实体分子丹参酰-L-丙氨酰-L-脯氨酸冰片酯（图1），并进行了相关研究[4-5]，结果表明目标分子丹参酰-L-丙氨酰-L-脯氨酸冰片酯的安全性好，具有与卡托普利相当的降压效果和脏器保护作用，能够减缓普利类药物普遍存在的干咳反应[5]。由于药物理化性质受立体化学结构如分子结构的构型、构象、分子作用力等各种因素的影响，因此确定其立体结构尤其重要[6]。丹参酰-L-丙氨酰-L-脯氨酸冰片酯的结构经1H-NMR、13C-NMR、高分辨质谱确证，质量分数大于99.5%，但是其立体构型尚未确证。X 射线单晶衍射技术可以提供药物分子的三维立体结构信息，确定手性药物分子绝对构型、分子立体结构中差象异构体[7-8]。通过对不同培养条件的摸索和考察，培养该药物的单晶，并进行X 射线单晶衍射测试，可以确定其立体构型。本文根据丹参酰-L-丙氨酰-L-脯氨酸冰片酯的理化性质，通过常温溶剂挥发法，在醋酸乙酯-水双溶剂体系中获得透明度较高、形状较规则的单晶，并解析其空间结构，进行了晶型分析和热稳定性分析。

图1 丹参酰-L-丙氨酰-L-脯氨酸冰片酯的化学结构Fig.1 Chemical structure of tanshinol acyl-L-alanyl-Lproline bornyl ester

1 仪器与试剂

1.1 仪器

Bruker D8 VENTURE 单晶衍射仪（德国Bruker公司），N-125 生物显微镜（永新光学股份有限公司），Bruker D8 Advance X 射线衍射仪（德国Bruker公司），同步热分析仪（瑞士Mettler TGA/DSC3+）。

1.2 试剂

丹参酰-L-丙氨酰-L-脯氨酸冰片酯由实验室自制，样品经HPLC 法测定质量分数为99.73%，产品批号 220615；水为超纯水，醋酸乙酯、正己烷、石油醚、甲苯等均为天津市天力化学试剂有限公司提供的分析纯试剂。

2 方法与结果

2.1 单晶的培养

根据丹参酰-L-丙氨酰-L-脯氨酸冰片酯的理化性质，参考溶解度试验结果，由于单溶剂培养体系未得到理想的晶体，因此对良溶剂/不良溶剂双溶剂培养体系进行了考察，见表1。

表1 单晶培养条件Table 1 Culturing condition of single crystal

良溶剂选择醋酸乙酯，不良溶剂选择正己烷、水、甲苯、石油醚。良溶剂和不良溶剂体积比例为1∶2，药物质量浓度范围为5～50 mg/mL。将上述各溶液置于室温条件下缓慢挥发，比较不同溶剂体系中单晶培养的结果。发现醋酸乙酯-正己烷体系挥发5 d 所得结晶为白色毛状固体。醋酸乙酯-水体系18 d 析出结晶为无色透明晶体，可用于X 射线单晶衍射检测。

2.2 单晶的结构确证

丹参酰-L-丙氨酰-L-脯氨酸冰片酯晶体呈现无色透明针状，衍射分析所用晶体为0.13 mm×0.12 mm×0.1 mm，Cu Kα 辐射为光源，在204 K 温度下进行衍射数据收集，检测到衍射点为35 960 个（3.772°≤2θ≤179.29°），独立衍射点为9 530 个，最终的R1＝0.089[I＞2σ(I)]，wR2＝0.268 8。

如表2 所示，最终确定该单晶属于单斜晶系，空间群为P21，晶胞参数：a＝14.385 5(15) nm，b＝7.836 8(8) nm，c＝23.452(3) nm，α＝90°，β＝92.578(9)，γ＝90°，晶胞体积V＝2 641.2(5) nm3，晶胞内分子数Z＝4。不对称单位化学计量式为C27H38N2O7，计算单个分子的相对分子质量为502.59，计算结晶密度为1.264 g/cm3。原子坐标和等价各向同性位移参数见表2，扭转角数据见表3，键长数据见表4，单晶分子立体结构见图2，分子晶胞堆积图见图3。

表2 原子坐标参数和等价各向同性位移参数Table 2 Atomic coordinates and equivalent temperature factor

表3 成键原子的扭转角数据Table 3 Torsion angles data of bonded atoms

表4 成键原子的键长数据Table 4 Bond lengths of bonded atoms

图2 丹参酰-L-丙氨酰-L-脯氨酸冰片酯的立体结构Fig.2 Stereostructure of tanshinol acyl-L-alanyl-L-proline bornyl ester

图3 丹参酰-L-丙氨酰-L-脯氨酸冰片酯的晶胞堆积图Fig.3 Cell stacking diagram of tanshinol acyl-L-alanyl-Lproline bornyl ester

通过单晶表征结果可见1 个晶胞由4 个分子组成，如表5 所示，氢键主要存在于分子间，以常见的O—H·····O 相连，1 个分子的丹参酰结构的酚羟基与另1 个分子丹参酰结构的羰基氧头尾相接形成氢键作用（O1—H1·····O42，O8—H8·····O113），1 个分子的丹参酰结构的醇羟基和另1 个分子的L-丙氨酰-L-脯氨酸冰片酯的羰基氧头尾相接形成氢键作用（O3—H3·····O54，O10—H10·····O121），形成了一维链。一维链通过分子间氢键形成二维链，进一步通过二维链分子间氢键作用形成三维空间网状结构。

表5 氢键的键长和键角Table 5 Data of hydrogen bond

单晶解析结果表明分子中存在6 个手性碳原子，分别为C8、C10、C16、C18、C20和C23，其中C8、C20和C23绝对构型为R构型，C10、C16和C18绝对构型为S构型，Flack 参数为0.00(13)，继而证明绝对构型正确，并与实际预想结果一致。

2.3 粉末X 射线衍射分析

对丹参酰-L-丙氨酰-L-脯氨酸冰片酯的晶体粉末采用X 射线粉末衍射进行晶型分析，X 射线粉末衍射仪以石墨单器的Cu Kα 辐射为光源，管压40 kV，管流100 mA，2θ扫描范围5°～50°，扫描速率9°/min。图4 为该药物的实测粉末衍射图，特征峰位置分别在6.7°、10.6°、11.6°、13.4°、15.1°、16.7°、21.2°，与理论衍射峰大致相同，只是衍射强度稍有差异，因此，该药物的晶型与采用醋酸乙酯-水双溶剂体系培养的单晶的晶型基本符合。

图4 丹参酰-L-丙氨酰-L-脯氨酸冰片酯X 射线粉末衍射图Fig.4 X-ray powder diffraction of tanshinol acyl-L-alanyl-L-proline bornyl ester

2.4 热重分析法（TGA）-差示扫描量热法（DSC）分析

通过TGA-DSC 进行热稳定性分析，见图5、6。温度范围为30～800 ℃，升温速率为10 K/min，参比物为Al2O3，气氛为N2。TGA 结果表明该药物在30～254 ℃为直线，说明本样品为非水合物和低沸点溶剂合物，热稳定性较好[9]。当温度高于254 ℃，样品发生分解，峰顶温度为314 ℃，开始失重，约有79.998 7%的失重。

图5 丹参酰-L-丙氨酰-L-脯氨酸冰片酯的TGA 图Fig.5 TGA graph of tanshinol acyl-L-alanyl-L-proline bornyl ester

图6 丹参酰-L-丙氨酰-L-脯氨酸冰片酯的DSC 图Fig.6 DSC graph of tanshinol acyl-L-alanyl-L-proline bornyl ester

DSC 结果显示在146.5～152.3 ℃出现1 个明显的尖锐吸热峰，吸收热量为646.7 mJ，对应该药物的晶型转换。在170.4～174.2 ℃出现较弱的吸热峰，吸收热量为370.4 mJ，为该药物熔化形成的吸热峰，在260.8～305.2 ℃吸收热量约1 776.5 mJ，出现较强的吸热峰，对应该药物的样品分解峰。与TGA 图结果一致，为热失重过程。

3 讨论

本实验采用溶剂挥发法制备了丹参酰-L-丙氨酰-L-脯氨酸冰片酯的单晶。通过考察单晶培养实验中体系溶剂的挥发或扩散速率，使其缓慢析晶，在醋酸乙酯-水双溶剂体系中能够得到透明度较高、形状较规则的晶体。通过单晶X 射线衍射仪分别对丹参酰-L-丙氨酰-L-脯氨酸冰片酯晶体空间结构进行了解析。结果表明分子中存在6 个手性碳原子，R、S型各有3 个碳原子。分子间存在氢键，晶体分子以氢键作用维持其空间排列。丹参酰-L-丙氨酰-L-脯氨酸冰片酯单晶衍射预测的X 射线粉末衍射与实际测得的图谱一致，热分析技术对其进行了稳定性和晶型表征，为丹参酰-L-丙氨酰-L-脯氨酸冰片酯的进一步开发提供了参考。

利益冲突所有作者均声明不存在利益冲突