卡马西平“药—药共晶”在溶液中的溶解动力学研究

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卡马西平(Carbamazepine,CBZ)是目前被广泛使用的一种抗癫痫药物,由于水溶性低,其体内生物利用度较差,临床上常需要较大用药剂量才能达到有效的治疗效果,属于生物药剂学分类系统Ⅱ类药物。由于卡马西平晶型稳定,结构呈电中性,难以成盐,目前主要采用共晶方法来提高其溶解度,但关于CBZ溶解动力学机制的研究较少。本论文将从实验(相溶解度理论)和理论(色散修正的密度泛函理论和导体可极化连续介质模型计算)两方面开展卡马西平共晶的溶解机制研究。本研究基于超分子化学工程原理,选择了九种具有多羟基的天然活性成分作为配体,采用溶剂辅助研磨法和溶剂缓慢挥发法成功制备了卡马西平共晶。大黄素(Emodin,EMO)和卡马西平-丹皮酚(Paeonol,PAE)药-药共晶,通过X-射线衍射法、热力学分析、核磁共振氢谱法和红外光谱法对CBZ药-药共晶的形成进行了验证。在此基础上,通过溶解度、固有溶出速率和引湿性实验评价CBZ共晶的理化性质变化。为了进一步研究CBZ共晶在溶液中的溶解行为变化,实验测定了所有原料药和CBZ共晶分别在六种纯有机溶剂(甲醇,乙醇,异丙醇,丙酮,乙腈,乙酸乙酯)中的溶解度以及CBZ共晶在含有不同浓度配体的有机溶液中的CBZ共晶溶解度,绘制相溶解图。并且通过带有缀加平面波赝势的Perdew-Burke-Ernzerhof(PBE)函数进行色散修正的密度泛函理论计算,导体可极化连续介质模型计算溶剂对溶质分子的溶剂效应。成功制备了卡马西平-大黄素(Emodin,EMO)和卡马西平-丹皮酚(Paeonol,PAE)药-药共晶,化学计量数比均为1:1。单晶衍射结果表明CBZ-EMO共晶属于单斜晶系的P 21/c空间群,CBZ-PAE共晶属于三斜晶系的P-1空间群。溶解度实验表明,CBZ及其共晶在水相中的溶解度大小顺序如下:CBZ-PAE>CBZ>CBZ-EMO,其中CBZ-PAE共晶在纯水中的溶解度最大,为133.1±0.6 μg/mL。溶出速率结果显示CBZ的溶出速率(53.9±1.0 μg/min/cm2)最大。CBZ-EMO共晶的相溶解度图表明在四种有机溶剂(乙醇,异丙醇,乙酸乙酯和丙酮)中均具有良好的线性,其溶解度(mol/L)大小顺序分别为丙酮(0.014±0.0004)>乙酸乙酯(0.012±0.0003)>乙醇(0.0095±0.0003)>异丙醇(0.0086±0.0005);而CBZ-PAE共晶在在三种有机溶剂(甲醇,乙醇和异丙醇)中具有良好的线性,其顺序为甲醇(0.407±0.005)>乙醇(0.113±0.004)>异丙醇(0.046±0.0007)。理论计算结果表明CBZ-EMO共晶焓差(-0.38 kcal/mol)较低的同时溶剂化能表现较差(2.42 kcal/mol),因此CBZ-EMO共晶在水相中的溶解度较小。采用相溶解度图和理论计算解释CBZ共晶的溶解度变化,当结合溶解度乘积(solubility product,Ksp)和络合结合常数(complexation constants,K11)时,预测的溶解度与实验溶解度一致。基于DFT-d原理和导体可极化连续介质模型的理论计算支持CBZ及其共晶的溶解度等级顺序。相溶解度和理论计算的结合提供了一种解释共晶溶解度变化的有效方法。
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