有机小分子油析结晶热力学及成核机理研究

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油析是药物有机小分子结晶过程中一种常见的现象,常常导致晶体团聚、纯度降低,甚至产生其他非理想晶习和晶型的晶体产品。本论文聚焦揭示动力学油析情况下的结晶过程机理,试图从微观和宏观角度进一步理解油析结晶过程,进而指导生产实践中油析结晶过程的调控和优化。首先,本文测定了布洛芬在不同溶剂比例下的液-液相分离临界温度、溶解度及不同温度下的三元油析相图,发现液-液平衡曲线随温度变化很小。且通过结合前人研究和分析相律,发现结线互不平行且不相交,由此推论热力学下的液-液相分离过程遵循水相满足最优稳定配比,油相满足次优稳定配比的原则。进一步根据测定得到的结点浓度数据进行模拟计算,发现液-液相分离体系的总能量低于均相体系的总能量。随后,本文考察了降温速率及饱和温度对布洛芬成油介稳区及成核介稳区的影响。结果发现在较低的降温速率下,布洛芬的自组装行为遵循经典成核理论,当体系降温速率超过临界降温速率之后,布洛芬在乙醇-水体系中的成核行为遵循两步成核机理。有趣的是,本文发现布洛芬成油介稳区不随降温速率变化,说明两步成核中第一个成核能垒并不随推动力而改变。进一步地,通过修正的Sangwal模型对一步及两步成核介稳区进行拟合,实现了对临界降温速率的预测,为一步成核与两步成核路径的变更供了判据。通过探索饱和温度与成油介稳区的关系,本文实现了对液-液相分离临界温度和成油介稳区的预测,从而为液-液相分离临界温度的预测供了一种新颖的方法。同时,本文还通过分析溶质分子晶体结构,发现π???π相互作用及溶质分子的疏水作用可能是溶质分子在成核过程中优先形成油相聚集体的主导因素。最后,本文以香兰素和乙基香兰素为模型物质进一步证明:1.液-液相平衡曲线基本不随温度的变化而变化。随着温度的升高,液-液-固平衡相区向液-液平衡相区转化。以上现象与布洛芬-乙醇-水体系得到的规律一致,由此,本研究认为以上规律可能具有普适性。2.两步成核路径中降温速率并不影响成油介稳区,这极有可能也是一个普适现象。3.随着饱和温度的高,成油介稳区变窄,且体系在热力学上容易发生液-液相分离时,其在动力学上也具有出油优势。本文通过饱和温度与成油介稳区的关系出了两个分别用于预测热力学临界液-液相分离温度和动力学成油介稳区的模型。
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