杂志信息网-创作、查重、发刊有保障。

利托那韦2种构象异构晶型的晶体结构分析

更新时间:2009-03-28

相同物质因分子构象不同导致晶型不同的现象叫做构象多晶型[1]。由于药物分子普遍存在可旋转单键,药物晶体中存在大量的构象多晶型案例[2],利托那韦就是其中之一。利托那韦,分子式C37H48N6O5S2,CAS 155213-67-5。它是一种免疫缺陷病毒的有效抑制剂,用于治疗HIV病毒感染[3]。1996年FDA批准其口服溶液制剂和软胶囊2种剂型上市。2年后,2种剂型均被发现疗效有不同程度的减弱甚至无效,并且都出现了沉淀。究其原因是药物发生了晶型转变,由最初的晶型I转变另一种分子构象的、溶解度更低、热力学更稳定的晶型II[4]

图1是M CL算法与RSSI-MCL算法的定位仿真图,可以看出,RSSI-MCL算法定位的轨迹更接近实际轨迹,定位精度有明显的提高,尤其在横坐标为6-10的范围内可以明显看出。

Chemburkar等[5]分析表明具有顺式构象的晶型II有更稳定的堆积排列。即使在有II晶型晶种的溶液中仍然很难得到晶型II,但是在高过饱和溶液中分解产物诱导异相成核可导致出现晶型II。Galek等[6]利用LHP (Logit Hydrogen-bonding Propensity)方法,基于氢键供体和受体属性及其所属的分子环境,评估了可能形成和不可能形成氢键的连接,证明了晶型II中存在的一系列长短氢键使其比晶型I稳定。

第二,在土地流转的实践建构中,政府扮演着不可忽视的角色。政府角色主要是由乡政府和村干部来承担的,他们对土地流转的顺利实现起到重要的推动作用。从定州的这一农村土地流转的案例来看,政府角色的实践建构策略主要是政策动员,而对流转优先权所建构的内容则是“支持家乡农村建设与发展”。

近年来利用哈氏表面(Hirshfeld surface)方法分析分子晶体结构的报道越来越多[7]。不同于传统的从分子间距离、键长、键角和分子堆积方式展现近距离分子间作用力的思路,该方法以有机分子为整体,通过计算哈氏表面指纹图谱、形状指数和曲率讨论密切接触的分子间相互作用。Hirshfeld surfaces定义为分子中原子带电的加权函数,由式(1)演变而来[8]

 

(1)

铬样品购买于阿法埃莎(Alfa Aesar)公司,颗粒粒度小于22 μm,样品的纯度是99.2%.对于角散轴向X射线衍射实验,用台面大小为300 μm的改进型的Mao-Bell 金刚石对顶砧.对于充氦气(He)的准静水压实验,T301封垫被预压到约35 μm厚度,并在压痕中间打直径为160 μm的样品孔.40~50 μm大小的样品片被放到样品孔中心位置,再放上一颗大小约为10 μm的红宝石作为压标[11].用气体加压装置加到30 000 psi高压(等价于0.165 GPa),取出后再用机械装置对DAC进行手动加压到3 GPa.

社会公共资产的载体是在各级民政部门登记注册的社会团体、基金会、社会服务机构的社会组织。社会公共资产与企业国有资产、政府性资产虽然都为社会提供公共产品或准公共产品,都具有“公有”资产形式,但资产属性、管理方式、产权结构等方面并不全然相同。政府性资产以“政府公共资产”冠之更为恰当,它以社会福利最大化和政治、经济制度稳固为主要目标等。社会公共资产以社会服务、社会治理、社会资本增值、满足公民诉求、保障公民利益等为目标,是一种特殊的所有权形式。

式(1)中,表示各原子的平均球形电子密度,Wa(r)是分子的整体电荷密度权重函数,取值范围(0,1)。软件Crystalexplorer以Hirshfeld surfaces为基础,可视化的给出分子间相互作用的情况和各种相互作用的贡献。Hirshfeld surface方法为多晶型结构研究提供了一个崭新的途径。Seth等[9]利用Hirshfeld surface方法,分析了吡啶衍生物分子间的相互作用,并用指纹图谱指导吡啶衍生物晶体结构的预测和筛选。López-Mejías等[10]利用Hirshfeld surface方法分析了托芬那酸不同晶型结构的差异,并且直观的呈现了分子间不同的相互作用强度。

1 模拟计算

从CSD(Cambridge structural database)中提取利托那韦晶型I[4](YIGPIO02)和晶型II[4](YIGPIO03)的分子。对分子晶体利托那韦通过MOPAC2012[11]进行初步的几何优化,所用的力场为PM7;计算分子间势和堆积能量使用UNI(Unified pair-potential parameters)力场[12];用PLATON软件[13]分析分子间氢键和晶体堆积指数,用软件Crystalexplorer[8]计算Hirshfeld Surfaces和形状指数、曲率等,球形“探针”半径为0.12 nm,近似网格间距为0.1 nm。

2 结果与讨论

2.1 分子构象分析

本研究通过PLATON计算得到利托那韦2种晶型中的分子间氢键数据如表1和表2所示。晶型I能形成3种强的氢键(表1中前3行)、7种弱的氢键(表1中后7行)。晶型II能形成4种强的氢键,7种弱的氢键。2种晶型分子间氢键连接方式的不同主要表现在以下几个方面。首先,在不同的分子间氢键作用下,晶型I中的分子同向平行连接成链状,而晶型II中的分子反方向平行形成链状连接;其次,形成氢键链的方向不同,晶型I中沿着矢量方向[1 0 0]形成一维氢键链,而晶型II中按矢量方向[0 1 0]形成一维氢键链;最重要的是,2种方式的连接强度差异显著,晶型I中沿 [1 0 0] 方向的相邻2分子几何中心距离为0.522 nm,相邻2个分子间相互作用势为-141.6 kJ/mol。晶型II中沿[0 1 0]方向相邻2分子的几何中心距离为0.537 nm,分子间相互作用势为-187.1 kJ/mol。可见,晶型II中的分子间氢键具有更低的分子间相互作用势,形成氢键连接更稳定。

  

图1 利托那韦晶型II中的分子构象Fig.1 The molecular conformation of ritonavir Form II

  

图2 利托那韦晶型I(黄色)和晶型II(红色)中分子构象Fig.2 The different conformational structure of ritonavior Form I(yellow)and Form II(red)

2.2 分子间氢键分析

分子间各相互作用对利托那韦分子Hirshfeld surface的不同贡献如表4所示。

图1为利托那韦晶型II的分子构象。为了比较利托那韦晶型I(YIGPIO02)和晶型II(YIGPIO03)分子构象的不同,将2种分子尽可能的重叠。如图2所示,2种分子构象的最显著差异表现为,利托那韦分子链末端苯环旋转角度不同,两者相差7.5度。计算得到,2种分子最大的对应原子间距为0.094 nm,对应原子间距均方根偏差为0.034 nm。2分子中各原子距离均方根偏差较小、最大距离较小,说明2种分子结构非常相似[14]。就是如此细微不同的2个构象异构体形成了显著不同的2种晶体结构。

 

表1 利托那韦晶型I中的分子间氢键Table 1 The intermolecular hydrogen bonds of ritonavir Form I

  

DonorHAcceptorD—H/nmH…A/nmD…A/nm∠D—H…A/(°)N(3)H(1)O(1)0.0860.2450.327160N(4)H(2)O(2)0.0860.2210.303160N(5)H(3)O(4)0.0860.2340.313152C(10)H(20)O(1)0.0970.2220.319177C(13)H(24)O(1)0.0980.2320.276106C(18)H(32)O(2)0.0980.2460.285103C(25)H(39)O(3)0.0930.2480.331149C(26)H(40)O(3)0.0970.2330.328164C(28)H(43)O(4)0.0980.2530.290103C(37)H(53)O(5)0.0930.2510.336151

 

表2 利托那韦晶型II中的分子间氢键Table 2 The intermolecular hydrogen bonds of ritonavir Form II

  

DonorHAcceptorD—H/nmH…A/nmD…A/nm∠D—H…A/(°)O(3)H(1)O(1)0.0820.1900.269161N(3)H(2)O(4)0.0860.2120.294157N(4)H(3)O(3)0.0860.2250.300146N(5)H(4)O(2)0.0860.2220.288134C(7)H(13)O(1)0.0970.2270.273108C(10)H(18)O(1)0.0980.2370.276103C(15)H(26)O(2)0.0980.2430.283104C(19)H(30)N(1)0.0930.2610.353171C(23)H(34)O(2)0.0970.2340.329169C(25)H(37)O(5)0.0980.2360.274103C(25)H(37)O(1)0.0980.2470.325136

2.3 晶胞参数分析

利托那韦2种晶型以归一化距离dnom为基准的Hirshfeld surface如图5所示,红色区域表示分子间的氢键连接,其他颜色区域表示比氢键距离更长的连接。

  

图3 晶型I利托那韦分子沿[1 0 0]方向(图中水平方向)形成的氢键链Fig.3 The hydrogen bonding chain of ritonavir Form I along with [1 0 0] (Horizontal direction in the figure)

  

图4 晶型II中利托那韦分子沿[0 1 0]方向图中水平方向)形成的部分氢键链Fig.4 The hydrogen bonding chain of ritonavir Form II along with [0 1 0] (Horizontal direction in the figure)

 

表3 利托那韦晶型I和晶型II的晶胞参数Table 3 The unit cell parameters of ritonavior Form I and Form II

  

Form IForm IICSD refcodesYIGPIO02YIGPIO03crystal systemmonoclinicorthorhombicspace groupP21P212121a/nm1.3344(2)0.9831(6)b/nm0.52150(8)1.8485(11)c/nm2.6693(4)2.0261(12)β/(°)103.456(2)90volume/nm31.806553.68195Z24z'11R/%5.186.47

2.4 Hirshfeld surface分析

利托那韦2种晶型不同的分子堆积方式对应不同的晶胞结构,从剑桥晶体数据库中读取晶型I和II的晶胞参数,如表3所示。晶型I为单斜晶系、P21空间群,1个晶胞中包含2个利托那韦分子。晶型II为正交晶系、P212121空间群,1个晶胞中含有4个利托那韦分子。由于分子间相互作用的差异,晶型II的分子为反方向平行连接,所以其晶胞中的不对称单元数为晶型I的2倍。计算得到晶型I和晶型II的堆积能分别为-259.5 和-368.3 kJ/mol,晶型II的堆积能量显著低于晶型I,所以晶型II更稳定。

  

图5 利托那韦晶型I和晶型II的Hirshfeld surfaceFig.5 Hirshfeld surface of ritonavir Form I and Form II

从图5可以看出2种晶型分子间作用力的状况有显著的不同,主要是C—O及其相连的噻唑环分子间连接不同(图5中黑圈标注的区域)。

Hirshfeld surface 2D指纹图谱对分子环境十分敏感,不同分子间相互作用有不同的2D指纹区,这些不同分子间相互作用的贡献汇聚在一起,组成了指纹图谱的全图。因此,Hirshfeld surface 2D指纹图可用来反映不同晶型内部的分子间相互作用,各连接作用对整体的相互作用的贡献程度。图6所示利托那韦晶型I和晶型II的Hirshfeld surface 2D指纹图谱直观地反映出,2种晶型中C…H和O…H的相互作用出现在明显不同的指纹区域,这些区域成为了2种晶型全谱不同的主要区域。

纯物质的晶体从溶液中结晶出来,是热力学熵减的过程,那么此过程必然焓值增加。同样,利托那韦从晶型I转化到更稳定的晶型II[4],也是熵减的过程。焓值的增加将从晶体中分子之间吸引力和排斥力不同的平衡方式中产生[15]。氢键作为吸引力的一种,对分子的排列起关键作用。

理解分子间相互作用和分子堆积方式,对指导晶型筛选和结晶过程控制都具有重要意义。到目前为止,对利托那韦的研究多在新晶型实验筛选和表征上,对分子结构和晶体结构的研究报道较少。本研究以利托那韦为模型药物,在晶型I和II的单晶结构数据基础上,采用传统的晶体工程方法和最新的Hirshfeld surfaces方法分析分子间相互作用对分子构象的影响,分子构象的微小差异对晶体结构造成巨大差异的原因,以及晶型稳定的结构基础。

 

表4 利托那韦晶型I和晶型II中分子间相互作用对Hirshfeld surface的相对贡献Table 4 Relative contributions to Hirshfeld surface areas of various intermolecular interactions

  

FormRelative contributions/%S…HO…HN…HC…HH…HOtherI7.915.34.313.657.61.3II7.913.25.016.755.81.4

由表4分析,利托那韦由晶型I转化为晶型II,O…H间相互作用对形成晶体的贡献降低了2.1%,C…H相互作用的贡献升高了3.1%。分子间相互作用贡献的不同体现了2种晶型分子间相互作用方式的不同。转晶后由晶型I的10对氢键,变为晶型II的11对氢键,使得更多的氢键配对被满足,所以晶型II的稳定性更高。

5.允许外在区内兴办第三产业,对现行规定不准或限制外商投资经营的金融和商品零售等行业,经批准,可以在浦东新区内试办。

  

图6 利托那韦晶型I晶型II的2D指纹图谱,(di, de)~0.06~0.30 nmFig.6 Fingerprint plots of ritonavir Form I and Form II, (di, de) —0.06~0.30 nm

图7揭示了利托那韦晶型I和晶型II的形状指数和曲率的显著差异。这种差异主要反映了平面堆积排列方式和分子连接方式的不同。曲率曲面图中宽的、相对平坦的区域,表示分子间更容易紧密堆积。与晶型I相比,晶型II曲率图上显示有更大的平坦区域,表明比晶型I更容易紧密堆积。依据密堆积原理,这说明晶型II比晶型I更稳定。形状指数曲面图可以更清楚地反映分子堆积方式和分子间连接的不同。图7形状指数图中,仅在晶型II的分子上存在黑圈所示的特征斑块。这些特征斑块表示该区域有另一个相同的分子和它连接。可见,晶型I和晶型II分子的2个侧面与相邻分子的连接不同。

  

图7 利托那韦晶型I和晶型II分子的形状指数和曲率曲面图Fig.7 Hirshfeld surface for Forms I and II mapped with shape index and curvedness

晶型I和晶型II中距离最近的相邻2分子利托那韦的堆积方式如图8所示。晶型II 2分子在堆积时有更多表面重叠的区域,说明形成了更紧密的堆积结构。晶型I和II 2种方式的堆积指数分别是0.83和0.84,晶型II的堆积指数更高,堆积效率更高[16]

  

图8 晶型I和晶型II中相邻2分子利托那韦形状指数曲面图Fig.8 Hirshfeld surfaces for a cluster of two molecules in Form II and II mapped with shape index

3 结论

定量分析了利托那韦晶型I(YIGPIO02)和晶型II(YIGPIO03)结构的差异,解释了晶型II稳定的原因。利托那韦晶型I和晶型II中分子构象的显著差异表现为苯环旋转角相差7.5°。晶型II中分子间氢键具有更低的相互作用势,形成的氢键连接更稳定。晶型II的分子间O…H相互作用的贡献比晶型I降低了2.1%,C…H相互作用的贡献升高了3.1%。分子间相互作用方式的不同导致2种晶型中分子构象不同、晶体结构不同。与晶型I相比,晶型II中利托那韦分子具有更低的分子间作用势、更低的堆积能和更高的堆积指数,能形成更稳定的堆积结构。

参考文献

[1] Cruz-Cabeza A J, Bernstein J. Conformational polymorphism[J]. Chemical Reviews, 2013, 114(4): 2 170-2 191

[2] Nangia A. Conformational polymorphism in organic crystals[J]. Accounts of Chemical Research, 2008, 41(5): 595-604

[3] Sham H L, Zhao C, Stewart K D, et al. A novel, picomolar inhibitor of human immunodeficiency virus type 1 proteas[J]. Journal of Medicinal Chemistry, 1996, 39(2): 392-397

[4] Bauer J, Spanton S, Henry R, et al. Ritonavir: An extraordinary example of conformational polymorphism [J]. Pharmaceutical Research, 2001, 18(6): 859-866

[5] Chemburkar S R, Bauer J, Deming K, et al. Dealing with the impact of ritonavir polymorphs on the late stages of bulk drug process development[J]. Organic Process Research & Development, 2000, 4(5): 413-417

[6] Galek P T, Chisholm J A, Pidcock E, et al. Hydrogen-bond coordination in organic crystal structures: statistics, predictions and applications[J]. Crystal Engineering and Materials, 2014, 70(1): 91-105

[7] McKinnon J J, Jayatilaka D, Spackman M A. Towards quantitative analysis of intermolecular interactions with Hirshfeld surfaces[J]. Chemical Communications, 2007, 37(1): 3 814-3 816

[8] Spackman M A, Jayatilaka D. Hirshfeld surface analysis[J]. Cryst Eng Comm, 2009, 11(1): 19-32

[9] Seth S K, Saha N C, Ghosh S. Structural elucidation and electronic properties of two pyrazole derivatives: A combined X-ray, Hirshfeld surface analyses and quantum mechanical study[J]. Chemical Physics Letters, 2011, 506(4): 309-314

[10] González A, Murcia M, Benhamú B, et al. The importance of solvation in the design of ligands targeting membrane proteins[J]. Med Chem Comm, 2011, 2(3): 160-164

[11] Stewart J J. MOPAC: A semiempirical molecular orbital program[J]. Journal of Computer-Aided Molecular Design, 1990, 4 (1): 100-103

[12] Gavezzotti A, Filippini G. Geometry of the intermolecular XH...... Y (X, Y=N, O) hydrogen bond and the calibration of empirical hydrogen-bond potentials[J]. The Journal of Physical Chemistry, 1994, 98(18): 4 831-4 837

[13] Spek A. Single-Crystal structure validation with the program PLATON[J]. Journal of Applied Crystallography, 2003, 36(1): 7-13

[14] Macrae C F, Edgington P R, McCabe P, et al. Mercury: Visualization and analysis of crystal structures[J]. Journal of Applied Crystallography, 2006, 39(3): 453-457

[15] Jones W, Rao C N R. Supramolecular organization and materials design[M]. Cambridge University Press, 2008

[16] Spek A L. Structure validation in chemical crystallography[J]. Acta Crystallographica Section D: Biological Crystallography, 2009, 65 (2): 148-155

 
李龙,滕汝刚,鲍颖,吴巍
《化学工业与工程》 2018年第03期
《化学工业与工程》2018年第03期文献
作者:工业结晶科学与技术专辑
100%安全可靠
7X18小时在线支持
支付宝特邀商家
不成功全额退款
友情链接:欧美a级片-欧美做真爱-欧美性交-欧美做爰视频免费播放  飘花电影在线播放|最新高清电影|飘花影院|飘花手机版|飘花电影网  av欧美女人性开放  中文字幕  成年AV动漫网站|中文字幕乱偷在线|成年AV动漫  牛牛视频|牛牛视频下载|在线牛牛视频免费观看  九九热爱视频精品  九九热爱视频精品-久久99热视频只有精品-99热这里只有精品  在线福利电影院|福利影院|午夜福利|福利电影  米奇影视  欧美三级-欧美做真爱-欧美性交-日本一级特黄大片大全  宅男影院  香港三级  美国十次啦网站|美国十次|欧美av|欧美群交  第一福利官方导航|第一福利视频草莓|第一福利社区  不卡av电影在线|不卡的中文字幕av电影|每日更新在线观看av|不卡的无码高清的av  宅男影院|宅男在线电影|宅男福利社|宅男福利视频  野狼社区|黄色一级全祼|野狼社区在线  蝌蚪窝一个释放的网站|老司机视频们懂的视频|老司机在线视频  激情图片|激情小说|伦理电影|快播电影|QVOD经典|快播伦理  欧美图片|欧美美女图片|欧美美女人体艺术|7160美女图片  日本一级特黄大片大全|黄色电影日本大片|日本极品a级片  欧美A片|欧美av|国产a片|国产亚洲Av在线|国产av小电影在线观看  黄色电影免费片日本大片  天天射综合网|天天鲁在视频在线观看|天天鲁啊鲁在线看  日本三级  我x你xx网|欧美AV|我X你XX网|爱人的欲望  天天干夜夜啪-日日操大香蕉-中文字字幕在线-爱色和尚青青草  第四色网站婷婷-第四色电影网-第四色成人电影-妖后娱乐第四色  啪啪免费观看大全av