撰文：小七 編輯：丸子
現在關于藥物共晶和鹽的共晶研究越來越火熱。有越來越多的鹽區藥企意識到了其重要性，投入了許多的分方法精力和人員去做相關的篩選和性質表征。
原因是盤點通過篩選API的共晶或者鹽一方面可以改善藥物的性質，例如增加溶解度，共晶提高化學穩定性，鹽區提高生物利用度，分方法改善可壓片性，盤點增加顆粒的共晶流動性等；另一方面，藥物的鹽區共晶或者鹽可以申請專利，延長產品的分方法專利期。
但是盤點筆者在學習和工作中發現，有不少人對于共晶和鹽的共晶概念不清晰，并且經常有小伙伴詢問有哪些方法可以用來區分鹽和共晶。鹽區所以筆者撰寫此文，分方法希望給各位一點參考。
首先需要弄清楚共晶和鹽在定義上的不同。根據 FDA的《藥物共晶監管分類指南》，共晶是指在同一晶格中包含兩種或以上不同分子按照固定的化學計量比通過非離子鍵和非共價鍵結合形成的晶體物質，而鹽則是由金屬或類金屬基團取代部分或全部酸性氫而形成的離子或電價鍵的結晶化合物。共晶和鹽的本質區別在于是否發生質子的轉移。
下面列舉了一些常用的區分辦法：
01
pKa規則
pKa是指藥物的解離常數，在生化研究中pKa的大小可以代表酸性化合物解離氫離子的能力。如下圖所示，如果藥物和配體之間的pka差值ΔpKa小于0，那么這兩者形成的是共晶。如果這兩者之間ΔpKa大于3，則兩者形成的是鹽。如果兩者ΔpKa介于0和3之間，則可能形成鹽也可能形成共晶，需要通過其他方法確定。在拿到單晶之前，往往可以根據pKa規則來大概判斷是成鹽還是成共晶。
圖1 CSD晶體數據庫中109個復合物的ΔpKa值統計[1]
02
單晶X射線衍射法
單晶X射線衍射法是利用單晶對X射線的衍射效應來測定藥物晶體結構的實驗手段。其衍射規律遵循布拉格定律，即所熟知的2dSinθ=nλ，公式中d指晶面間距，θ指入射X射線與晶面之間形成的夾角，n指衍射級數，λ指入射波波長。通過單晶X射線衍射法可以得到單晶的三維空間結構，從而知道其鍵長、鍵角和構象等重要結構信息。
例如Zhu等人通過單晶X射線衍射法得到阿帕替尼和苦杏仁酸的共晶單晶信息，晶體結構中沒有發生質子轉移，形成的是共晶。而得到的阿帕替尼和水楊酸的晶體結構中由于O (2)上的氫轉移到吡啶環的N（3）上，發生質子轉移，因此形成的是鹽。
圖2 阿帕替尼和苦杏仁酸共晶單晶結構[2]
圖3 阿帕替尼和水楊酸鹽單晶結構[2]
03
固態核磁共振技術
固態核磁與液態核磁的區別在于，液體核磁是樣品處于溶解的狀態。由于分子在溶液中的快速運動使得周圍各種相互作用抵消掉，最終可以得到高分辨的液體核磁譜圖。而固體核磁共振技術測試的是固體粉末樣品，由于分子的快速運動受限，化學位移各向異性等存在的多種相互作用使得譜線增寬嚴重，因此分辨率較低，但目前已經可以通過高速旋轉來消除磁各向異性得到高分辨率的固態核磁圖譜，例如采用魔角旋轉（Magic angle spinning）。
固態核磁技術靈敏度高，是研究分子相互作用的常用手段，無論是強的，中等的，還是弱的相互作用，都可以通過測試樣品中各種核周圍不同的局域環境來判斷，從而區分出是共晶還是鹽。
例如下圖(a)為茶堿本身，（b）為茶堿與草酸復合物，（c）茶堿與5-磺基水楊酸復合物。探究發現茶堿與5-磺基水楊酸形成的復合物中，C = N鍵的化學位移向低頻位移了50，變化明顯，表明分子間發生質子轉移形成了鹽。而茶堿與草酸復合物中官能團位移無明顯變化，因為判斷形成了共晶。
另外，固態核磁技術在藥物制劑中微量成分的定性和定量方面也有重要作用，這里不展開敘述。
圖4（a）茶堿（b）茶堿-草酸共晶（c）茶堿-5-磺基水楊酸鹽的固態核磁[3]
04
X射線光電子能譜
X射線光電子能譜（XPS）可以作為除單晶X射線衍射法和固體核磁技術外鑒別鹽和共晶的輔助手段。類似于固態核磁，X射線光電子能譜也可探測原子核所處的化學環境，它是一種對表面十分敏感的技術，在材料化學中也有廣泛應用。其基本原理是X射線照射到樣品表面后產生光電子，通過測量原子內層的電子結合能以及相應的化學位移，探究不同元素的價態變化或者原子周圍的電荷環境。XPS對于N原子的質子化狀態十分敏感，在區分共晶和鹽方面也有重要應用。
例如有學者發現，茶堿與草酸形成的共晶XPS譜圖中茶堿的 C=N 官能團沒有明顯位移，而茶堿與5-磺基水楊酸鹽中C=N 官能團位移了2. 3 eV，說明形成了鹽。
05
拉曼光譜
紅外和拉曼是晶體領域普遍應用的兩種表征手段，都可以用來區分共晶和鹽。近年來拉曼應用得越來越多，在無定形領域也有重要地位。這里以拉曼為例說明?；前范奏奏ず蛯Π被郊姿岬摩Ka 為2.59，可能形成鹽也可能形成共晶。磺胺二甲嘧啶原料的拉曼光譜中1342 cm?1 和1637 cm?1分別對應的是NH和NH2基團的特征峰，但與對氨基苯甲酸通過研磨形成晶體復合物后上述特征峰分別位移至1359 cm?1 and 1627 cm?1處。由于形成鹽后相應官能團往往會產生30-40 cm?1的位移，因此這里判斷形成共晶[4]。
06
總結
在篩選過程中往往先根據pKa規則大概判斷一下是鹽還是共晶，如果樣品的單晶比較容易得到，則通過單晶衍射儀解析單晶結構來判斷是否發生質子轉移從而確定是鹽還是共晶。如果單晶較難得到，則可以考慮通過固態核磁，X 射線光電子能譜或者拉曼光譜來判斷。
另外，恒瑞醫藥在今年5月份宣布其自主研發的糖尿病1類新藥脯氨酸恒格列凈片正式上市，這是我們國產首個原研SGLT2抑制劑，該藥物為與L-脯氨酸形成的共晶。這也說明共晶確實受到了越來越多大藥企的關注與研究。希望本文介紹的區分鹽與共晶的方法能給各位一點參考。
參考文獻
[1]. Andreas Lemmerer , Stefan Govindraju , Marcelle Johnston , Xolani Motloung and Kelsey L. Savig. Co-crystals and molecular salts of carboxylic acid/pyridine complexes: can calculated pKa's predict proton transfer? A case study of nine complexes. CrystEngComm,2015.
[2]. Bin Zhu, Jian-Rong Wang, Qi Zhang, Meiqi Li, Chunyang Guo, GuoBin Ren, and Xuefeng Mei. Stable Cocrystals and Salts of the Antineoplastic Drug Apatinib with Improved Solubility in the Aqueous Solution. Cryst. Growth Des, 2018.
[3]. Stevens JS，Byard SJ，Muryn CA，et al．Identification of protonation state by XPS，solid-state NMR，and DFT: characterization of the nature of a new theophylline complex by experimental and computational methods．J Phys Chem B，2010.
[4].J. Lu, Y.-P. Li, J. Wang, Z. Li, S. Rohani, C.-B. Ching. Pharmaceutical cocrystals: a comparison of sulfamerazine with sulfamethazine, J. Cryst. Growth. 2011.
來源：新浪醫藥。
