ROY初级成核与二次成核介稳区及其应用研究

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晶型的控制及辨识现已成为药物一致性评价的中重要内容,而在晶型的调控过程中成核是关键,将会直接影响结晶结果。成核介稳区宽度(MSZWs)是调控成核行为和结晶过程的可操作区域,工业结晶通过确定某一条件下的成核MSZWs从而在该区域内添加晶种抑制初级成核,利用二次成核提高结晶过程的可调控性。然而,成核机理较为复杂,取决于饱和温度、冷却速率、溶剂以及晶种数量等因素,且初级成核和二次成核方式及其动力学作用规律有待进一步研究。本文以具有多晶型特点的ROY为模型物质,测定了其在不同溶剂中的溶解度及初级成核介稳区和二级成核介稳区,分析了两种成核机理;并通过在介稳区内改变添加晶种的条件,探究了不同操作条件下的二次成核规律和晶型转变,研究结果能够为结晶过程中晶型的调控提供指导。首先,本文测定了ROY在六种不同有机溶剂中的溶解度,通过Alpelbat模型、多项式经验方式和van′t Hoff模型对溶解度数据进行关联,三种模型都可以较好地描述ROY的溶解度规律。基于van′t Hoff方程,本文计算了相应的溶解焓、溶解熵、溶解吉布斯自由能等热力学参数,并引入ζH和ζS贡献度来评价焓值与熵值对溶解吉布斯自由能的相对贡献。得到了ROY的溶解过程为自发、吸热、熵驱动的过程,焓变对溶解吉布斯自由能的贡献较大。其次,本文基于溶解度数据选择乙醇、乙腈和乙酸乙酯作为溶剂,采用聚焦光束反射测量技术(FBRM),分别测定了有或无晶种条件下的ROY的冷却结晶MSZWs,并结合修正的Sangwal的模型,计算得到了固液界面张力、临界核尺寸和临界吉布斯自由能等成核动力学参数,探究了其初级成核和二次成核过程中的动力学规律。研究表明,不同溶剂体系中ROY成核动力学主要取决于过饱和度及溶质和溶剂分子间的相互作用。与初级成核相比,晶种的表面提供了成核位点,使成核能垒明显降低,促进成核。初级成核过程中,成核速率取决于结晶驱动力和成核温度的竞争,而二次成核过程中,晶种添加量和成核驱动力是影响成核动力学的主要因素。随后,考察在二次成核介稳区内晶种晶型对多晶型调控的影响规律,本文设计得到OP晶型产品,借助差式扫描量热仪(DSC)测定了OP在乙醇及乙酸乙酯中的转晶动力学及规律。结果表明OP晶型在乙酸乙酯中的转晶速率非常快,其次是乙醇。并得到了OP晶型的溶解是转晶的控制步骤,溶解度及溶剂化作用是影响转晶的主要原因。通过Avrami-Erofeev模型拟合得到了转晶动力学参数,并计算了不同时间下晶型的转化量。最后,本文通过改变冷却速率、饱和温度、晶种晶型和质量,设计开发ROY在乙醇中冷却结晶工艺实现多晶型调控。Y晶型作为晶种调控得到了OP晶型,OP晶型的出现表明了二次成核的来源不是通过母体晶体的微磨损,而来自晶体表面的溶质层。溶液浓度以及驱动力的变化影响了二次成核的方式得到不同的多晶型,从而可揭示了二次成核的来源以及二次成核的机理。
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