盐酸左旋咪唑溶析结晶基础研究

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盐酸左旋咪唑(Levamisole Hydrochloride,简称LH)是一种广谱、活性高、毒性低、代谢速率快、具有免疫调节功能的驱虫药,在人用和畜禽养殖药物市场占据重要份额。药物晶体的粒度分布、晶型结构是影响其药效的重要指标。溶液结晶可实现对晶型结构、晶体粒度分布、晶习等指标的有效控制。溶解相平衡、溶剂的选取、结晶工艺及参数、结晶动力学等方面的研究可为结晶器的开发与设计提供理论指导。在盐酸左旋咪唑生产应用中,缺乏必要的基础物性数据和产品质量控制的方法和理论研究。基于此,本文进行了盐酸左旋咪唑溶析结晶基础研究,测定了其电离平衡常数(p Ka)和在不同溶剂体系中的固液相平衡数据,模拟了溶解体系的分子间作用力,计算了溶解过程的热力学性质,研究了溶析结晶动力学,提出了溶析结晶工艺,对其晶体结构及模拟等进行了探究。采用激光动态法测定了盐酸左旋咪唑在12种单一溶剂、3种混合溶剂中的固液相平衡数据,运用NRTL模型、UNIQUAC模型、Wilson模型、van’t Hoff模型、GSM等7种热力学模型对所测定的24组体系218个数据点进行关联,对拟合结果进行了评价,基于Wilson方程对盐酸左旋咪唑在单一溶剂溶解过程的热力学性质:混合焓(ΔmixH)、混合吉布斯自由能(ΔmixG)、混合熵(ΔmixS)进行分析;采用van’t Hoff表观分析法计算了其在所选溶剂中的标准表观热力学性质:标准溶解吉布斯自由能变(ΔsolG0)、溶解焓变(ΔsolH0)、溶解熵变(ΔsolS0),溶解过程溶质的活度系数ln?1?和ln?1,结果表明:盐酸左旋咪唑的溶解过程是熵驱动的吸热过程,溶解焓变对溶解吉布斯能变的贡献大于溶解熵变。利用Material Studio软件Dmol3、Forcite模块对盐酸左旋咪唑在溶剂中溶解规律进行了分析。基于溶解相平衡数据,确定了以甲醇+异丙醇为溶剂体系的盐酸左旋咪唑溶析结晶工艺。采用激光动态法测定了盐酸左旋咪唑在甲醇+异丙醇混合溶剂中的介稳区宽度和诱导期,计算了其在甲醇+异丙醇混合溶剂溶解均相和非均相过程的表面熵因子f和固-液表面张力γ、非均相过程的特征因子?,结果表明:盐酸左旋咪唑溶析结晶过程为连续生长机制。运用间歇动态法研究了盐酸左旋咪唑的溶析结晶动力学,建立了其在溶析结晶过程中的二次成核和晶体生长动力学模型,计算得到实验条件下盐酸左旋咪唑溶析结晶的成核活化能为105.9 k J·mol-1、晶体生长活化能为144.3 k J·mol-1。对盐酸左旋咪唑的溶析结晶工艺条件进行了研究,考察温度、溶析剂滴加速率、搅拌速率、初始溶液浓度、溶析剂加入量、晶种加入量等因素对结晶收率及晶体粒度分布的影响,得到的适宜条件为:混合溶剂中甲醇摩尔分数0.7377、温度为308.15 K、陈化时间4 h、溶析剂滴加速率1.31 m L?min-1、晶种加入量为1.0%、搅拌速率400 rpm、初始溶液浓度为0.24 g?g-1、正反溶剂质量比1:2,在该条件下,结晶收率可达80%,晶体平均粒径为16.37μm,变异系数为0.6823。采用扫描电镜、粉末X-射线衍射、傅里叶变换红外光谱仪、差示扫描量热仪、同步热分析仪等手段对溶析结晶所得盐酸左旋咪唑晶体进行表征,运用模拟软件Materials Studio对溶析结晶所得盐酸左旋咪唑晶体的PXRD数据进行解析,获得盐酸左旋咪唑晶体的晶胞参数为:a=14.7105?;b=12.9425?;c=5.9348?;α=90°;β=90°;γ=90°;晶胞体积V=1129.93?3;属于正交晶系;空间群属于P212121;晶胞内有4个分子。使用Materials Studio软件中BFDH模型模拟盐酸左旋咪唑晶体的晶习,与晶体产品SEM对照一致,均为针状。运用TG-DSC法对盐酸左旋咪唑晶体的热分解动力学进行研究,选用Kissinger最大速率法、?atava-?esták积分法和Flynn–Wall–Ozawa积分法对所测得数据进行分析,求得其热分解活化能的平均值E(94.25 k J·mol-1)和指前因子A平均值(4.479×107 s-1)。得到盐酸左旋咪唑晶体热分解机理函数的微分形式:f(α)=(1-α)2;积分形式G(α)=(1-α)-1-1。盐酸左旋咪唑第一阶段热分解过程的吉布斯自由能变ΔG、焓变ΔH和熵变ΔS分别是153.19 k J·mol-1、89.53 k J·mol-1、-112.11 J·mol-1·K-1。采用比重瓶法和乌氏粘度计法测定了盐酸左旋咪唑溶液在常压下283.15-323.15 K时的密度和粘度,选用Vogel-Tamman-Fulcher方程对数据进行关联,实验值与计算值最大的平均相对偏差值和总标准偏差值分别为2.49%和0.039。以上研究结果可为盐酸左旋咪唑结晶过程的工业设计与放大提供基础数据,具有重要的科学意义和应用价值。
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