3種二甲雙胍鹽的結構表征*

張寶喜，張麗，龔寧波，靳桂民，呂揚，杜冠華

(中國醫學科學院北京協和醫學院藥物研究所1.晶型藥物研究北京市重點實驗室；2.藥物靶點研究和新藥篩選北京市重點實驗室，北京 100050)

糖尿病是一種嚴重威脅人類健康的慢性疾病，患病率呈逐年上升趨勢[1]。二甲雙胍(metformin)是治療2型糖尿病的首選藥物[2-5]，其作用機制主要為通過提高機體對胰島素的敏感性而增加外周葡萄糖的利用，延緩葡萄糖由胃腸道的吸收以及抑制肝、腎過度糖原異生，從而達到控制空腹及餐后血糖的目的，該藥還能改善患者血脂代謝，目前主要用于飲食和運動控制血糖不滿意的2型糖尿病患者，尤其是胰高血糖素和肥胖患者[6-7]。

筆者在本研究以二甲雙胍為原料，制備3種二甲雙胍鹽，包括鹽酸二甲雙胍(metformin hydrochloride，MH)、磷酸二甲雙胍(metformin phosphate，MP)和硝酸二甲雙胍(metformin nitrate，MN)，并采用多種檢測分析方法進行結構表征。

1 儀器與試藥

1.1儀器及實驗條件 Spectrum 400傅立葉變換紅外光譜儀(美國Perkin-Elmer)：ATR附件，掃描范圍650～4000 cm-1，掃描次數16。LabRAM HR Evolution拉曼光譜儀(日本Horiba)：激發波長532 nm，光柵600 gr·mm-1，掃描范圍650～4000 cm-1。DSC1型差示掃描量熱儀(瑞士Mettler Toledo)：升溫速率10 K·min-1，溫度范圍30～300 ℃，40 μL鋁坩堝。TGA/DSC1型熱重分析儀(瑞士Mettler Toledo)：升溫速率10 K·min-1，溫度范圍30～300 ℃，70 μL氧化鋁坩堝。D/max-2550粉末X射線衍射儀(日本Rigaku)：CuK輻射，石墨單色器，管壓40 kV，管流150 mA，2θ掃描范圍3°～80°，掃描速度8°·min-1，步長0.02°。狹縫條件：發散狹縫為1°，限高狹縫為10 mm，防散射狹縫為1°，接收狹縫為0.15 mm。

1.2藥品與試劑 二甲雙胍(武漢遠城科技發展有限公司，含量≥99.0 %，批號：20180311)，實驗中使用的其他溶劑均為分析純。

2 方法與結果

2.1二甲雙胍鹽的制備 鹽酸二甲雙胍：取二甲雙胍1.29 g(0.01 mol)，以2%鹽酸甲醇溶液重結晶3次，獲得白色結晶狀固體；磷酸二甲雙胍：取二甲雙胍1.29 g(0.01 mol)，以1%磷酸甲醇溶液重結晶3次，獲得白色結晶狀固體；硝酸二甲雙胍：取二甲雙胍1.29 g(0.01 mol)，以2%硝酸甲醇溶液重結晶3次，獲得白色結晶狀固體。

2.2紅外分析(infrared spectroscopy，IR)和拉曼分析(raman spectra，RM) 鹽酸二甲雙胍在3368，3292 cm-1的吸收峰為-NH2的不對稱及對稱伸縮振動，3150 cm-1的吸收峰為-NH的伸縮振動吸收峰，1621 cm-1處吸收峰為C=N的伸縮振動，1472，1446 cm-1附近雙吸收峰為甲基C-H對稱彎曲振動吸收峰。磷酸二甲雙胍和硝酸二甲雙胍的紅外圖譜中，由于磷酸根、硝酸根的存在，一些吸收峰的峰型發生變化，如3000～3400 cm-1吸收峰變得寬而鈍，有些吸收峰位置產生了藍移或紅移。此外，還有新的吸收峰出現，磷酸二甲雙胍中2327，968，928 cm-1為磷酸根的特征吸收峰；硝酸二甲雙胍中1312和824 cm-1為硝酸根特征吸收峰(圖1)。

2.3差示掃描量熱分析(differential scanning calorimetry，DSC)和熱重分析(thermogravimetry，TG) DSC和TG能夠得出供試樣品熔點、吸放熱、分解溫度3種二甲雙胍鹽的拉曼圖譜中，具有較多相似吸收峰。3100～3500 cm-1為N-H伸縮振動引起，3000 cm-1附近的吸收峰為C-H伸縮振動引起，1500 cm-1附近的吸收峰為C-H的彎曲振動引起。磷酸二甲雙胍圖譜中1000 cm-1近的多重吸收峰由于磷酸根的存在，硝酸二甲雙胍圖譜中最強峰為1048 cm-1為硝酸根引起(圖2)。

圖1 MH，MP與MN的紅外圖譜

圖2 MH，MP與MN的拉曼圖譜

等信息。圖3為3種二甲雙胍鹽的DSC及TG圖譜。

鹽酸二甲雙胍DSC圖譜中，僅在約231 ℃存在一尖銳吸熱峰，為其熔點峰，隨著溫度升高繼續緩慢吸熱，其TG圖譜亦顯示在235 ℃開始失重，表明化合物開始分解；從磷酸二甲雙胍的DSC圖譜，可以得到其熔點峰為164 ℃，隨著溫度升高，化合物開始緩慢熔融分解，與TG分析結果一致；硝酸二甲雙胍不存在明顯熔點，其DSC在177 和187 ℃有連續的吸熱放熱峰，說明此時發生物相變化，TG圖譜也在相同溫度存在失重臺階，表明化合物開始降解，DSC圖譜中249 ℃明顯的放熱峰對應其第二個失重臺階。3種二甲雙胍鹽在加熱過程中，鹽酸二甲雙胍的熔點及分解溫度均高于磷酸二甲雙胍和硝酸二甲雙胍，說明鹽酸二甲雙胍更穩定。

圖3 MH，MP與MN的DSC和TG圖譜

Fig.3DSCandTGspectrumofMH,MPandMN

2.4粉末X射線衍射分析(powder X-ray diffraction，PXRD) 3種二甲雙胍鹽PXRD圖譜及衍射峰數據見圖4。3種化合物的PXRD拓撲圖形有顯著差異，衍射峰位置、強度均明顯不同。其各自前5主強峰的峰位置(2θ)及強度(I)見表1。鹽酸二甲雙胍的主要衍射峰為12.1°，17.5°，22.3°，24.4°，37.0°，磷酸二甲雙胍的主要衍射峰為6.8°，20.4°，21.0°，23.7°，36.5°，硝酸二甲雙胍的衍射峰為12.0°，20.5°，22.9°，24.2°，34.2°，三者存在顯著差異。

3 討論

紅外光譜和拉曼光譜都屬于分子振動光譜，是研究分子結構的主要方法。紅外效應與分子振動時偶極矩變化相關，拉曼光譜則是分子極化率改變的結果[8-10]，這兩種方法互相補充[11]。拉曼光譜與紅外光譜相結合，可為藥物分析和臨床研究提供更廣泛更完整的分子光譜特征信息，是藥物研究中一種不可缺少的工具和技術。本研究通過紅外光譜和拉曼光譜聯用，能夠相互補充、佐證，獲得二甲雙胍鹽更全面的結構信息，這對聯用紅外和拉曼光譜法鑒別其他物質結構提供了一定的基礎。DSC法能夠準確反映化合物的吸放熱狀態，結合熱重法給出的失重臺階，能夠準確辨別化合物在受熱過程中發生相變、轉晶以及熔融分解現象[12-13]，可為化合物的結構分析提供更多依據。PXRD法是晶型鑒別的權威方法[14- 15]。本研究為二甲雙胍鹽的相關研究提供了重要的科學數據。

圖4 MH，MP與MN的PXRD圖譜

Fig.4PXRDspectrumofMH,MPandMN

表1 MH，MP與MN的PXRD數據

Tab.1PXRDdataofMH,MPandMN

序號MH2θ/(°)I/%MP2θ/(°)I/%MN2θ/(°)I/%124.4100.020.4100.020.5100.0212.165.623.753.612.059.7337.036.521.026.024.220.8417.527.636.525.022.918.0522.324.16.820.434.216.3