β－環糊精的部分甲醚化產物和相關化合物的結晶混合物的製作方法
2023-08-02 22:35:46 2
專利名稱：β－環糊精的部分甲醚化產物和相關化合物的結晶混合物的製作方法
技術領域：
本發明涉及能結晶的環糊精的部分醚化產物的混合物，以及使用這些混合物使其它化合物增溶和穩定化。
背景技術：
環糊精是一組由α-、β-和γ-環糊精(稱為母體環糊精)組成的或從其衍生的化合物。α-、β-和γ-環糊精分別是由6、7或8個葡萄糖殘基通過1-4α糖苷鍵相連形成的大環的結晶寡糖。環糊精能在它們的大環中包含其它化合物。在這過程中沒有形成任何化學鍵，將此過程稱為包合配合物的形成。環糊精起主體的作用，而將它所包含的化合物稱為客體。已使用由環糊精形成的包合配合物來使客體如藥物、化妝品和個人護理產品的成分、染料、農用化學品和無機微粒增溶和穩定化。
為了增強母體環糊精形成包合配合物的能力，必須將其轉化成衍生物。環糊精的各葡萄糖殘基有一個伯羥基(OH-6)和兩個仲羥基(OH-2和OH-3)可被取代(如，被轉化成醚)。由這種反應獲得的最終產物可以是化學上不同的環糊精衍生物，或者是其成分是部分被醚化的取代基數量和位置不同的環糊精的混合物。
已知的環糊精衍生物的混合物以穩定、非結晶(即無定形)的形式存在。在強鹼條件下合成的環糊精的部分甲醚化產物提供了廣泛使用的無定形混合物(美國專利5710268，世界智慧財產權組織94/02516，美國專利4746734，德國專利294267)。可在鹼度非常低(最小有效鹼度)的條件下合成含有環糊精的部分甲基化衍生物的物質的成分(參見美國專利5681828，美國專利5935941，美國專利6001821，世界智慧財產權組織92/22630)。後一類混合物的成分的數量相對較少，以仲羥基的取代為主。儘管如此，由此製得的混合物仍然以無定形狀態存在。環糊精的部分2-羥基丙醚化產物的無定形混合物(美國專利5096893，美國專利4870060)屬於此類混合物，它在強到中等強度的鹼度條件下製得。
許多在化學上獨立的(和結晶的)環糊精衍生物是已知的(A.R.Khan等人，Chemical Reviews，98，1977-1996，1998；A.R.Hedges，Chemical Reviews，98，2035-2044，1988)。有重要應用價值的包括工業上使用酶反應製得的麥芽糖基β-環糊精(美國專利4931389)、在強鹼介質中在鋇鹽的存在下製得的七(2，6-二-O-甲基)-β-環糊精(美國專利4452211)。從大量的採用不適合於大規模生產的方法研製得到的化合物中，可以知道β-環糊精幾種化學上獨立的和結晶的甲醚化產物和2-羥基丙醚化產物(K.Takeo等人，Die Strke，28，226-227，1976；K.Takeo等人，CarbohudrateReserch，187，203-221，1989；C.T.Rao等人，Journal of Organic Chemitry，56，1327-1329，1991；J.Jindrich等人，Carbohydrate Research，266，75-80，1995)。據認為這些特殊的化合物的結晶性依賴於它們以分離的不同的實體形式而非混合物的形式存在。並沒有考慮可容納大量的本文所述類型的環糊精衍生物的晶格存在的可能性。
在製備水溶性環糊精衍生物後，必須將其從水溶性的副產物即無機鹽和小分子量有機化合物中分離出來。可採用基於擴散的方法、使用離子交換樹脂的去礦化作用或者使用有機溶劑進行的沉澱作用進行上述分離(A.R.Hedges，ChemicalReview，98，2035-2044，1998)。在基於擴散的方法中，使產物和副產物的水溶液與半透膜接觸，根據半透膜的生產方法，該半透膜僅允許小於產物的分子擴散通過。膜的另一側與水接觸，或至少被水覆蓋。副產物的較小分子滲透過膜，流到水的那一側，在那它們的濃度較低。水分子遵從相同的物理原理，以相反的方向流動。水流導致不希望的所需產物的稀釋，但通過在產物/副產物側增加壓力可防止這種流動，乃至使水倒流。在透析過程中(如在實驗室中所使用的那樣)，膜產物/副產物側的壓力不足以完全防止水流過膜到達所需產物這一側。使壓力足夠大以防止該流動乃至使水倒流的堅固的設備通常稱為反滲透設備。美國專利5831081中公開了使用反滲透設備從環糊精衍生物中除去特殊的副產物(但不除去)。
發明概要本發明提供製備可分離成結晶和非晶(無定形)成分的環糊精衍生物的某些混合物的方法。結晶並不會導致單個化合物的分離。相反，結晶和非晶成分都保持為超過1種化合物的混合物。結晶形和無定形狀態各具有不同的和明顯的優點。本發明可從一個反應產物獲得具有兩種狀態的優點的組合物。本文所提供的數據顯示，結晶形和無定形狀態兩者的成分中每個環糊精殘基可能具有類似的取代基數量而取代的位置對於決定具體的環糊精產物的結晶特性才是關鍵性的。
本發明提供含有母體環糊精的部分醚化產物的混合物的物質的組合物，該混合物含有含結晶成分和無定形成分，其中，結晶成分由醚取代基的總量少於葡萄糖殘基兩倍的環糊精組成。從中可能獲得含有環糊精的部分醚化產物混合物的結晶成分。這些結晶環糊精可與活性試劑如藥物、農用化學品、反應試劑、化妝品、染料和催化劑形成新的有用的包合配合物。
發明的詳細描述在使用氫氧化鈣(即最小有效鹼度的鹼)以及低溫的條件下使β-活化劑甲基化的過程中，觀察到晶體開始從產物的濃溶液中分離出來。由此獲得的晶相在單晶中含有多種化學上獨立的化合物；其它方面，這些化合物在每分子甲基化數量上不同。這使得本發明的物質的組合物與現有技術的組合物不同，在現有的組合物中，單晶相的存在是與化學個性相關連的。使用這些晶體作為晶種，可使在最小有效鹼度的條件下製備的β-環糊精的部分甲醚化產物的其它混合物結晶。最終以非常低的產率從α-和γ-環糊精的相應衍生物和β-環糊精的部分羥基丙醚化產物、β-環糊精的部分羧甲基醚化產物與β-環糊精的部分乙醚化產物的類似混合物中獲得晶相。在所有這些包括β-環糊精的部分甲醚化產物在內的情況中，反應產物含有結晶和無定形相兩者。
可將本發明環糊精的部分甲醚化產物的結晶混合物製成在總取代度、結晶的容易程度、在水中的溶解度和在形成包合配合物中作為主體的能力不同的形式。本發明物質的組合物的非晶成分也可在取代和它們作為主體的能力上作改變。
目前使用的大多數的環糊精衍生物是無定形混合物。從使用者的角度看，混合物的無定形特徵的主要優點是這種特徵賦予了它的包合配合物高的溶解度。混合物的無定形狀態的主要缺點是環糊精成分的不利特徵在給定時間完全顯現。被高度取代的環糊精的部分甲醚化產物和部分羥基丙醚化產物的無定形混合物成分是吸水性的。這總會導致整個混合物具有粘性與難以儲存和機械加工。另一缺點是幾乎普遍地認為「結晶」是純淨的意思，而「無定形」的意思則相反。
從生產者的角度看，無定形狀態需要粗反應產物必須達到最終產物所要求的所有的純度標準。沒有哪種純化無定形組合物的方法能夠充分滿足有效進行大規模生產的成本。另一方面，可對結晶物質進行價格低廉的重結晶，直到獲得所需的純度。重結晶的有效性得到管理機構的很好承認(以藥用級的葡萄糖和蔗糖的生產為例)。
實施例1描述了一種使用氫氧化鈣製備環糊精的部分甲醚化產物結晶的方法。結果顯示，該混合物的結晶成分的甲基化水平並不與留在母液中的無定形成分的每分子甲基數有很大的不同。該純化的β-環糊精的部分甲醚化產物的多成分混合物所表現的容易和快速結晶，表明其成分是同晶形的。實施例1還顯示，可使用反滲透設備來有效分離產物。
實施例2顯示，可從環糊精的許多反應產物中分離出晶相。使用除氫氧化鈣外的弱鹼製得的β-環糊精的甲基化產物也可用在組合物中，以提供結晶產物，雖然其產率較低。實施例2的結果也顯示，大量的額外因素影響了該混合物的結晶成分的產率。當使用較低的反應溫度和較少的烷基化劑時，結晶成分的產率有所改善。由於這些因素減少了反應產物中存在的化學上獨立的化合物的數量和種類，因此認為它們影響了結晶潛力。令人驚訝的是，烷基化劑間存在差異，使用硫酸二甲酯比使用甲基碘獲得更高的產率。當在反應混合物中加入鋇離子時結晶成分的產率提高。發現β-環糊精的部分甲醚化產物比α-和γ-環糊精的部分甲醚化產物結晶得更好。取代基大小的變化(如，從較小的甲基到較大的乙基、羧甲基、2-羥丙基)也使衍生物形成晶體的能力下降。當使用2-羥丙基進行實驗時，在所獲得的晶體中僅檢測到每個環糊精殘基有兩個或兩個以下羥丙基的成分。
實施例3的結果證明了晶相成分的結構，並描述了它的一些特性。β-環糊精的甲基化產物的單晶體長得足夠大，足以滿足所有需要的分析。該晶體含有17％的結晶水。對這種晶體的取代模式的分析(J.Reuben，Carbohydrate Research，1986，157，201-213和其中的參考文獻)揭示，僅發生的甲基化是在OH-2羥基上的甲基化，而且不是所有的2-羥基都被甲基化。相同晶體的質譜證明，存在每分子有1到7個甲基的物質。這些結果證明，這種晶體由同晶形的2-O-寡甲基β-環糊精形成。通過叔丁醚的易於形成也從化學上證明了OH-6羥基沒有被甲基化。可通過改變製備過程中使用的甲基化試劑的量改變結晶產物的每分子平均甲基數。該數量的增加伴隨著在水中的溶解度的增加。當大量增加甲基化試劑的量時，通過質譜可在晶相中檢測到每分子有7個以上甲基的物質。實施例3的結果也顯示，本發明組合物與現有技術的任何環糊精的部分甲醚化產物是不同的。在實施例4中表明，環糊精製品的部分甲醚化產物的結晶成分和無定形成分都是良好的增溶劑。與目前可獲得的環糊精組合物相比，使用本發明的組合物可使本領域中常用作比較標準的氫化可的松更有效地增溶。氫化可的松增加了β-環糊精的部分甲醚化產物結晶在水中的溶解度。實施例4還描述了可用來製備液體或固體藥劑的方法。期望該方法可用於個人護理品和農用製劑的製備中。
實施例5的結果顯示，含有環糊精的部分甲醚化產物的結晶混合物的毒性低，並且當用這種環糊精衍生物作為主體時，其客體的生物學活性不受到影響。
實施例1β-環糊精的部分甲醚化產物結晶的製備將剛從氫氧化鈣(23.9g)製得的氧化鈣加到水(400ml)中，同時使其冷卻。在攪拌的同時加入β-環糊精水合物(80g)，接著滴加硫酸二甲酯(27.8ml)，這需要約2小時。繼續在室溫攪拌4天。然後用二氧化碳通入該仍舊是鹼度的反應混合物中，使其達到飽和，直到混合物的pH降至5-6。之後，使該懸浮液沸騰幾分鐘，排出二氧化碳和甲醇。冷卻後，過濾掉懸浮的碳酸鈣，用蒸餾水透析所獲得的澄清的濾液。在這個具體的透析步驟中，半透膜產物/副產物側的機械壓力沒有大到防止水流入的程度。不過，通過適度增加反壓，仍可能使水的流入減少，而不妨礙鈣鹽的去除。使用裝有標稱分子量截留值為3000D的超濾薄膜的離心過濾設備也可能實現分離。雖然這個截留值高於產物的分子量，並且需要進行洗滌，但是仍能獲得產物。結果，使用市售的設備，可適當地除去代表反應產物中存在的大多數副產物的鈣鹽(如甲基硫酸鹽、硫酸鹽、重碳酸鹽和碳酸鹽)。
可使用碳酸鈉溶液進一步純化產物的透析溶液，直到不再分離出碳酸鈣。過濾該懸浮液，用去礦化離子交換樹脂處理濾液，再過濾，真空中蒸發，得到59.7g白色物質。將此白色物質溶解在沸水(60ml)中，使其結晶。將由此獲得的晶體以1∶1w/w(水∶晶體)的比例重結晶，得到25.06g無色針狀結晶。當將母液蒸乾時獲得30.19g白色物質。薄層層析的結果顯示，該晶體與含有環糊精的部分醚化產物的母液在每分子含甲基數方面沒有很大的不同。有趣的是，與其母液比，該晶體含較少的β-環糊精及其單甲基衍生物。該結晶成分和蒸發母液所獲得的成分都不在200℃以下熔化。
實施例2從在最小有效鹼度條件下製得的各種環糊精衍生物中分離結晶部分將根據表1所述的條件製得的β-環糊精的部分甲醚化產物(1g)溶解在處於沸騰水浴溫度的水中(1ml)。如果在冷卻後沒有出現晶體，則在該溶液中接種實施例1獲得的晶體。將其室溫下放置1周後，收集晶體並稱重。表1結果顯示，當甲基化在較低反應溫度下進行並且使用較少量的甲基化試劑時，晶體的產率提高。當部分蒸發母液時，獲得額外的晶體。使用Wacker Biochem公司生產的商業非晶衍生物βW7 M1.8作為對照(β W7 M1.8不是在最小有效鹼度條件下製得)。使用氫氧化鈣在室溫下製得的羥丙基β-環糊精混合物產生含有除原料β-環糊精和單(2-羥丙基)-β-環糊精外還有二(2-羥丙基)-β-環糊精的結晶成分。這個結果由薄層層析確定。結晶成分中的環糊精上還可存在羧甲基取代基。這通過使用每摩爾葡萄糖殘基2摩爾的氯乙酸和作為鹼的氫氧化鈣使β-環糊精甲基化而達到。從產物中獲得產率低的大晶體。通過在與製備表1中P264類似的條件下使用碘乙烷使β-環糊精烷基化而獲得部分乙醚化產物結晶。使用氫氧化鈣製備了α-和γ-環糊精的甲基化產物。當如上述方法處理該產物時，在這些條件下，僅僅獲得少量的細微顆粒，有可能是微晶。不能產生較大的晶體的原因可能是其非常高的水溶性的緣故。當使用甲醇-丙醇混合物時獲得了晶體。該結晶過程緩慢發生。在所有的情況中，除了β-環糊精的部分甲醚化產物晶體外，其餘晶體的產率都很低。但是仍獲得了一些晶體。當不使用最小有效鹼度條件時，沒有獲得晶體。
表1β-環糊精的部分甲醚化產物的製備和結晶度
1低反應溫度指0-20℃；升高的反應溫度指反應混合物在回流條件下沸騰。
2在反應混合物中加入氯化鋇。
實施例3β-環糊精的部分甲醚化產物結晶的表徵室溫將在100℃的真空中乾燥除去結晶中所有水分的P264(表1)的結晶成分溶解在水中，其濃度達到15％，在沸騰水浴的溫度下，它的溶解度超過50％。如實施例4所示，P264的結晶成分室溫下在水中的適度溶解度並不是該組合物在合適的藥物的存在下達到較高的總濃度的障礙。晶體在達到200℃的溫度也不熔化。
當水解P264的單晶體時，採用13C-N.M.R.檢測，僅在水解產物中檢測到葡萄糖和2-O-甲基葡萄糖(J.Reuben，Carbohydrate Research，1986，157，201-213)。相同晶體的質譜(陽離子化模式的FAB)證明了它們具有如下組成沒有檢測到β-環糊精；少於1％的分子具有1個甲基、3％的具有2個甲基、15％的具有3個甲基、41％的具有4個甲基、25％的具有5個甲基、11％的具有6個甲基、3％的具有7個甲基，少於1％的具有8個甲基。
也從化學上證明了P264中伯羥基(OH-6)上沒有取代基。將P264的一份樣品溶解在三氟乙酸中，並用異丁烯使其飽和。已知此反應將叔丁基引入伯羥基上。從此反應混合物中分離得到的產物確實含有叔丁基。
室溫將在100℃真空中乾燥後的P258的結晶成分(表1)溶解在水中，其濃度達到29％；在沸騰水浴中它的溶解度超過50％。晶體在達到200℃的溫度也不熔化。質譜(陽離子化模式的FAB)顯示，存在二甲基化的到十甲基化的物質，以β-環糊精七甲基化物質存在的量最大。13C-N.M.R.數據顯示大約有76％的OH-2被轉化成甲醚基(由C-1信號的強度算出)。
這些結果顯示，本發明的組合物與目前已知的環糊精的部分甲醚化產物，不論是無定形的還是結晶形的，都存在明顯的差異。由於本發明的物質的組合物中存在結晶態，並且可以從該組合物中獲得含有該結晶態的相，所以本發明的組合物與所有先前所述的無定形物質不同。它在每分子甲基數和溫度對在水中的溶解度的影響方面都與已知的每分子含14個甲基的七(2，6-二-O-甲基)-β-環糊精結晶不同(參見，Y.Kubota等人，Carbohydrate Research，192，159-166，1989)。
實施例4β-環糊精的部分甲醚化產物的增溶能力和它們在藥劑製備中的應用通過測定氫化可的松在5％(w/w)所述環糊精衍生物水溶液中的溶解度，比較所述衍生物的增溶能力，測定時，不用加熱使P264和P258的結晶成分乾燥。結果列在表2中。
表2β-環糊精的各種衍生物的增溶能力
在將過量的氫化可的松加到含有過量的P264結晶成分的水溶液系統的實驗中研究可利用的P264的結晶成分的增溶能力的濃度極限。結果列在表3中，這些結果顯示，在這些條件下，氫化可的松增溶了額外量的P264的結晶成分。換言之，包合配合物的穩定性和溶解度高至足以引起所有可得到的主體的溶解。表3的結果還顯示P264的母液P264的無定形成分也是強力的增溶劑。
表3氫化可的松的溶解度(mg/ml)
通過在如表2所述製得的氫化可的松溶液中加入氯化鈉，調整其等滲性，製得適合於局部或腸道外應用的藥物的溶液。由此製得的溶液在室溫下保存幾個月也沒有變壞。
在慢慢蒸發氫化可的松與P264和P258的結晶成分的溶液後，得到玻璃狀物質，在一些情況中，這種物質的邊緣有痕量的明顯的晶相產物。β-環糊精的部分甲醚化產物結晶的這種包合配合物的水溶性非常好。但是，只要堅定信心，仍可誘導出其結晶態。通過將氫化可的松包合配合物的上述溶液蒸發後所得的殘留物直接壓片，可製得適合作口服或含片使用的藥片。這些藥片在水中在2-3分鐘內清楚地且完全地溶解。
實施例5生物效果和毒性問題當將上述β-環糊精的部分甲醚化產物結晶的溶液以2％的濃度作為唯一的液體來源給予小鼠兩天時，這些物質對於該小鼠是無毒的。這些溶液有略微甜的味道而沒有回味。當以每千克6g的劑量腹膜內注射小鼠時，沒有發現毒性作用；使用每千克7g的劑量出現第一次毒性作用。
為了證明包結在β-環糊精的部分甲醚化產物結晶中的藥物維持了其藥效，我們進行了變白實驗(McKenzie，Archives of Dermatology，86，91-94，1962)。給人的前臂塗上含有氫化可的松(8mg/ml)和β-環糊精的部分甲醚化產物結晶(5％)的水溶液(25微升)。在這些液滴在溫空氣中乾燥後，用閉合繃帶包紮該實驗區域過夜。然後評估該塗了上述溶液的皮膚區域的變白結果，將該結果與未處理皮膚的實驗區域(陰性對照)和以類似方式塗了氫化可的松在乙醇中的溶液(1％)(陽性對照，已知它能產生變白效果)的皮膚比較。實驗溶液產生的變白效果超過了陽性對照。
權利要求
1.一種組合物，它為母體環糊精的部分醚化產物的混合物，該混合物含有結晶形成分和無定形成分，其中，結晶形成分由母體環糊精的部分醚化產物的混合物組成，其中取代母體環糊精的羥基的醚取代基的總數小於葡萄糖殘基數的2倍。
2.一種組合物，它含有母體環糊精的部分醚化產物的混合物的結晶形成分，其中，醚取代基的總數小於葡萄糖殘基數的2倍。
3.如權利要求2所述的組合物，其特徵在於，所述環糊精的醚形成了包含配合物。
4.如權利要求3所述的組合物，其特徵在於，所述環糊精的醚與藥物形成包含配合物。
5.如權利要求3所述的組合物，其特徵在於，所述環糊精的醚與農用化學品形成包含配合物。
6.如權利要求3所述的組合物，其特徵在於，所述環糊精的醚與催化劑形成包含配合物。
7.如權利要求3所述的組合物，其特徵在於，所述環糊精的醚與染料形成包含配合物。
8.如權利要求1所述的組合物，其特徵在於，所述母體環糊精是β-環糊精，其中在環糊精分子上取代羥基的醚取代基不超過13個。
9.如權利要求8所述的組合物，其特徵在於，所述醚部分是甲基醚。
10.如權利要求1所述的組合物，其特徵在於，母體環糊精上取代羥基的醚部分是甲基醚。
11.如權利要求10所述的組合物，其特徵在於，所述母體環糊精是β-環糊精。
12.如權利要求1所述的組合物，其特徵在於，所述環糊精的醚形成包含配合物。
13.如權利要求12所述的組合物，其特徵在於，所述環糊精的醚與藥物形成包含配合物。
14.如權利要求12所述的組合物，其特徵在於，所述環糊精的醚與農用化學品形成包含配合物。
15.如權利要求12所述的組合物，其特徵在於，所述環糊精的醚與催化劑形成包含配合物。
16.如權利要求12所述的組合物，其特徵在於，所述環糊精的醚與染料形成包含配合物。
17.一種從含有母體環糊精的部分醚化產物的反應產物中除去水溶性鈣鹽的方法，其中，將氫氧化鈣用作鹼，該方法包括用標稱分子量截留值小於3000D的膜對含有環糊精的醚化產物的混合物進行反滲透/超濾。
全文摘要
可將在弱鹼條件下合成的環糊精衍生物的某些混合物分離成易於結晶的混合物和具有類似組成、仍維持無定形狀態的混合物。從而，可從一個反應產物中獲得結晶形成分和/或無定形成分的特殊的優點。該產物的結晶形成分和無定形成分都具有良好的形成包含配合物的能力。
文檔編號C08L5/16GK1620469SQ00815636
公開日2005年5月25日 申請日期2000年11月9日 優先權日1999年11月12日
發明者約瑟夫·皮薩 申請人:皮薩及皮薩有限公司