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医药导报
医药导报, 2019, 38(7): 849-851
doi: 10.3870/j.issn.1004-0781.2019.07.003
3种二甲双胍盐的结构表征*
Characterization of Three Kinds of Metformin Salts
张宝喜1,, 张丽1, 龚宁波1, 靳桂民1, 吕扬1,, 杜冠华2,
1.中国医学科学院北京协和医学院药物研究所 晶型药物研究北京市重点实验室
2.中国医学科学院北京协和医学院药物研究所 药物靶点研究和新药筛选北京市重点实验室,北京 100050
ZHANG Baoxi1,, ZHANG Li1, GONG Ningbo1, JIN Guimin1, LYU Yang1,, DU Guanhua2,
1.Beijing Key Laboratory of Polymorphs Drugs Research
2.Beijing Key Laboratory of Drug Target and Screening Research,Institute of Materia Medica,Chinese Academy of Medical Sciences & Peking Union Mediacl College,Beijing 100050,China;
通信作者 吕扬(1959-),女,北京人,研究员,博士生导师,从事药物分析、晶型药物研究。电话:010-63165212,E-mail:luy@imm.ac.cn。杜冠华(1956-),男,山东滕州人,研究员,博士生导师,从事药物发现、高通量药物筛选等研究。电话:010-63165184,E-mail:dugh@imm.ac.cn。

作者简介 张宝喜(1986-),男,河南焦作人,助理研究员,博士,从事药物分析、晶型药物等研究。ORCID:0000-0001-7462-7592,电话:010-63030566,E-mail:zhangbx@imm.ac.cn。
基金资助: 国家重点研发计划(项目编号:2016YFC1000900,课题编号:2016YFC1000901)
中图分类号: R977.1;R917     文献标识码: A    
摘要:

目的 制备盐酸二甲双胍、磷酸二甲双胍、硝酸二甲双胍3种二甲双胍盐,并对其进行结构表征。方法 采用红外光谱法、拉曼光谱法、差示扫描量热法、热重法及粉末X射线衍射法分析3种二甲双胍盐结构特征。结果 3种二甲双胍盐在红外光谱、拉曼光谱中有相似吸收峰,同时存在各自特征吸收峰;在差示扫描量热分析和热重分析中具有不同吸放热、失重状况;在粉末X射线衍射图谱中亦表现出明显差异拓扑图形。结论 红外光谱和拉曼光谱联用,能够相互补充、佐证,获得二甲双胍盐更全面的结构信息;差示扫描量热分析与热重分析联用,能够明确样品在受热过程中的热力学状态,结合粉末X射线衍射法,可为化合物的结构分析提供更多依据。
关键词: 盐酸二甲双胍盐 ; 磷酸二甲双胍盐 ; 硝酸二甲双胍盐 ; 结构表征

Abstract:

Objective Preparation and characterization of metformin hydrochloride, metformin nitrate and metformin phosphate were performed. Methods The three kinds of metformin salts were analyzed using infrared spectroscopy (IR), Raman spectroscopy (RM), differential scanning calorimetry, thermogravimetry and powder X-ray diffraction. Results The three metformin salts have similar absorption peaks in the IR and RM spectra as well as their own characteristic absorption peaks.They have respective endothermic peak, exothermic peak and mass loss phenomenon in the differential scanning calorimetry and thermogravimetry.Their topological patterns of powder X-ray diffraction patterns also show obvious differences. Conclusion IR and RM can provide comprehensive structural information of three metformin salt.Differential scanning calorimetry and thermogravimetry can give thermodynamic information when sample was heated.Combined with powder X-ray diffraction, more data for the analysis of the structure can be obtained.
Key words: Metformin hydrochloride ; Metformin phosphate ; Metformin nitrate ; Characterization

糖尿病是一种严重威胁人类健康的慢性疾病,患病率呈逐年上升趋势[1]。二甲双胍(metformin)是治疗2型糖尿病的首选药物[2,3,4,5],其作用机制主要为通过提高机体对胰岛素的敏感性而增加外周葡萄糖的利用,延缓葡萄糖由胃肠道的吸收以及抑制肝、肾过度糖原异生,从而达到控制空腹及餐后血糖的目的,该药还能改善患者血脂代谢,目前主要用于饮食和运动控制血糖不满意的2型糖尿病患者,尤其是胰高血糖素和肥胖患者[6,7]。

笔者在本研究以二甲双胍为原料,制备3种二甲双胍盐,包括盐酸二甲双胍(metformin hydrochloride,MH)、磷酸二甲双胍(metformin phosphate,MP)和硝酸二甲双胍(metformin nitrate,MN),并采用多种检测分析方法进行结构表征。

1 仪器与试药
1.1 仪器及实验条件

Spectrum 400傅立叶变换红外光谱仪(美国Perkin-Elmer):ATR附件,扫描范围650~4000 cm-1,扫描次数16。LabRAM HR Evolution拉曼光谱仪(日本Horiba):激发波长532 nm,光栅600 gr·mm-1,扫描范围650~4000 cm-1。DSC1型差示扫描量热仪(瑞士Mettler Toledo):升温速率10 K·min-1,温度范围30~300 ℃,40 μL铝坩埚。TGA/DSC1型热重分析仪(瑞士Mettler Toledo):升温速率10 K·min-1,温度范围30~300 ℃,70 μL氧化铝坩埚。D/max-2550粉末X射线衍射仪(日本Rigaku):CuKa辐射,石墨单色器,管压40 kV,管流150 mA,2θ扫描范围3°~80°,扫描速度8°·min-1,步长0.02°。狭缝条件:发散狭缝为1°,限高狭缝为10 mm,防散射狭缝为1°,接收狭缝为0.15 mm。

1.2 药品与试剂

二甲双胍(武汉远城科技发展有限公司,含量≥99.0 %,批号:20180311),实验中使用的其他溶剂均为分析纯。

2 方法与结果
2.1 二甲双胍盐的制备

盐酸二甲双胍:取二甲双胍1.29 g(0.01 mol),以2%盐酸甲醇溶液重结晶3次,获得白色结晶状固体;磷酸二甲双胍:取二甲双胍1.29 g(0.01 mol),以1%磷酸甲醇溶液重结晶3次,获得白色结晶状固体;硝酸二甲双胍:取二甲双胍1.29 g(0.01 mol),以2%硝酸甲醇溶液重结晶3次,获得白色结晶状固体。

2.2 红外分析(infrared spectroscopy,IR)和拉曼分析(raman spectra,RM)

盐酸二甲双胍在3368,3292 cm-1的吸收峰为-NH2的不对称及对称伸缩振动,3150 cm-1的吸收峰为-NH的伸缩振动吸收峰,1621 cm-1处吸收峰为C=N的伸缩振动,1472,1446 cm-1附近双吸收峰为甲基C-H对称弯曲振动吸收峰。磷酸二甲双胍和硝酸二甲双胍的红外图谱中,由于磷酸根、硝酸根的存在,一些吸收峰的峰型发生变化,如3000~3400 cm-1吸收峰变得宽而钝,有些吸收峰位置产生了蓝移或红移。此外,还有新的吸收峰出现,磷酸二甲双胍中2327,968,928 cm-1为磷酸根的特征吸收峰;硝酸二甲双胍中1312和824 cm-1为硝酸根特征吸收峰(图1)。


图1 MH,MP与MN的红外图谱

Fig.1 IR spectrum of MH, MP and MN

2.3 差示扫描量热分析(differential scanning calorimetry,DSC)和热重分析(thermogravimetry,TG)

DSC和TG能够得出供试样品熔点、吸放热、分解温度3种二甲双胍盐的拉曼图谱中,具有较多相似吸收峰。3100~3500 cm-1为N-H伸缩振动引起,3000 cm-1附近的吸收峰为C-H伸缩振动引起,1500 cm-1附近的吸收峰为C-H的弯曲振动引起。磷酸二甲双胍图谱中1000 cm-1近的多重吸收峰由于磷酸根的存在,硝酸二甲双胍图谱中最强峰为1048 cm-1为硝酸根引起(图2)。


图2 MH,MP与MN的拉曼图谱

Fig.2 Roman Spectrum of MH, MP and MN

等信息。图3为3种二甲双胍盐的DSC及TG图谱。


图3 MH,MP与MN的DSC和TG图谱

Fig.3 DSC and TG spectrum of MH, MP and MN

盐酸二甲双胍DSC图谱中,仅在约231 ℃存在一尖锐吸热峰,为其熔点峰,随着温度升高继续缓慢吸热,其TG图谱亦显示在235 ℃开始失重,表明化合物开始分解;从磷酸二甲双胍的DSC图谱,可以得到其熔点峰为164 ℃,随着温度升高,化合物开始缓慢熔融分解,与TG分析结果一致;硝酸二甲双胍不存在明显熔点,其DSC在177 和187 ℃有连续的吸热放热峰,说明此时发生物相变化,TG图谱也在相同温度存在失重台阶,表明化合物开始降解,DSC图谱中249 ℃明显的放热峰对应其第二个失重台阶。3种二甲双胍盐在加热过程中,盐酸二甲双胍的熔点及分解温度均高于磷酸二甲双胍和硝酸二甲双胍,说明盐酸二甲双胍更稳定。

2.4 粉末X射线衍射分析(powder X-ray diffraction,PXRD)

3种二甲双胍盐PXRD图谱及衍射峰数据见图4。3种化合物的PXRD拓扑图形有显著差异,衍射峰位置、强度均明显不同。其各自前5主强峰的峰位置(2θ)及强度(I)见表1。盐酸二甲双胍的主要衍射峰为12.1°,17.5°,22.3°,24.4°,37.0°,磷酸二甲双胍的主要衍射峰为6.8°,20.4°,21.0°,23.7°,36.5°,硝酸二甲双胍的衍射峰为12.0°,20.5°,22.9°,24.2°,34.2°,三者存在显著差异。

表1 MH,MP与MN的PXRD数据
Tab.1 PXRD data of MH, MP and MN
序号 MH MP MN
2θ/(°) I/% 2θ/(°) I/% 2θ/(°) I/%
1 24.4 100.0 20.4 100.0 20.5 100.0
2 12.1 65.6 23.7 53.6 12.0 59.7
3 37.0 36.5 21.0 26.0 24.2 20.8
4 17.5 27.6 36.5 25.0 22.9 18.0
5 22.3 24.1 6.8 20.4 34.2 16.3

表1 MH,MP与MN的PXRD数据

Tab.1 PXRD data of MH, MP and MN


图4 MH,MP与MN的PXRD图谱

Fig.4 PXRD spectrum of MH, MP and MN

3 讨论

红外光谱和拉曼光谱都属于分子振动光谱,是研究分子结构的主要方法。红外效应与分子振动时偶极矩变化相关,拉曼光谱则是分子极化率改变的结果[8,9,10],这两种方法互相补充[11]。拉曼光谱与红外光谱相结合,可为药物分析和临床研究提供更广泛更完整的分子光谱特征信息,是药物研究中一种不可缺少的工具和技术。本研究通过红外光谱和拉曼光谱联用,能够相互补充、佐证,获得二甲双胍盐更全面的结构信息,这对联用红外和拉曼光谱法鉴别其他物质结构提供了一定的基础。DSC法能够准确反映化合物的吸放热状态,结合热重法给出的失重台阶,能够准确辨别化合物在受热过程中发生相变、转晶以及熔融分解现象[12,13],可为化合物的结构分析提供更多依据。PXRD法是晶型鉴别的权威方法[14,15]。本研究为二甲双胍盐的相关研究提供了重要的科学数据。

The authors have declared that no competing interests exist.
参考文献
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盐酸二甲双胍盐
磷酸二甲双胍盐
硝酸二甲双胍盐
结构表征
Metformin hydrochloride
Metformin phosphate
Metformin nitrate
Characterization
作者
张宝喜
张丽
龚宁波
靳桂民
吕扬
杜冠华
ZHANG Baoxi
ZHANG Li
GONG Ningbo
JIN Guimin
LYU Yang
DU Guanhua