化合物CA、NBA 和水的相图表明，CA-NBA共晶在水中的溶解度只有CA溶解度的1/7，在较低的浓度下就能析出。Urbanus 等[13]将3-硝基苯甲酰胺悬浮于体系中，模拟CA 的生产过程，研究发现持续产生的产物CA 不断的转化为CA-NBA 的共晶，析出反应体系，整过程中实现了稳态。

图4 肉桂酸/3-硝基苯甲酰胺结构式

Hsi 等[14]认为共晶技术将杂质与中间体分离的前提是形成的共晶能降低杂质的溶解度，从而允许在将目标分子保留在溶液中的同时去除杂质。该方法是否成功取决于三个关键条件：①选择与杂质完全结合的CF；②形成的共晶溶解度降低；③分离过程的条件，如CF 的浓度和溶剂系统的调节。作者选择了布洛芬（KPF）和酮洛芬（IPF）两种众所周知的结构相似的API，分别选定为杂质和目标分子（图5）。

图5 布洛芬/酮洛芬/4，4’-联吡啶结构式

两种分子都具有可用于形成氢键的羧酸基团。在分析剑桥结构数据库（CSD）的基础上，选择了4,4’-联吡啶（BP）为CF，BP与杂质布洛芬形成共晶，而不与目标分子酮洛芬形成共晶。在KPF/IPF/BP=2/2/1的体系中，BP 选择性地与布洛芬形成2∶1的共晶，且仅与杂质布洛芬结合，从而实现了分离。此外，观察到与纯布洛芬相比，布洛芬-BP共晶的溶解度在乙酸乙酯中降低至纯布洛芬的1/8，进一步筛选溶剂，发现水/乙醇（体积比1∶1）为最佳除杂溶剂。

Hsi 等[15]进行的另一项研究是选择一种理想的CF，可以选择性地与目标分子/杂质混合物中的杂质通过氢键结合形成共晶。由于空间效应，这些杂质形成的共晶不会掺杂到目标分子的晶格中。当选择的目标分子为苯甲酰胺（BAM）时，苯甲酸（BA）作为杂质；目标分子为肉桂酰胺（CAM）时，肉桂酸（CA）作为杂质。选择的CF为异烟酰胺（INA），2-氨基-4,6-二甲基嘧啶（DMP）和二甲基乙二肟（DMG），如图6所示。

图6 苯甲酰胺/苯甲酸/肉桂酰胺/肉桂酸结构式

Hsi 等[15]为了确定理想的化学计量比，充分利用相图，在BAM/BA 体系中加入DMG，能最大限度提高BAM 的纯度。增加DMG 的量，BA 的量并没有下降。在CAM/CA 体系中，加入DMP 能最大限度提高CAM的纯度。同时考察了溶度积常数Ksp，研究杂质与CF之间的相互作用。但是Ksp与分离效果没有必然的联系。然而，这项研究表明，通过添加CF 可能与溶液中的杂质形成共晶，可以纯化结构相似的化合物。

随着环境法规越来越严格，酶促合成代替化学合成API 越来越广泛。在酶促合成中Penicillin G Acylase （PGA）作为催化剂，如图7 所示，由于PGA 同时是转移酶和水解酶，可以将反应原料4-羟基苯基甘氨酸甲酯水解为4-羟基苯基甘氨酸。因此，在酶法合成阿莫西林三水合物（AMCT）时有大量4-羟基苯甘氨酸（4HPG）生成（图8）。

图7 酶促合成阿莫西林路线

图8 阿莫西林/4-羟基苯甘氨酸结构式

图9 若干CF的结构式

Hsi 等[16]利用共结晶技术除去杂质4-羟基苯甘氨酸，纯化阿莫西林三水合物API，筛选了47种官能团（与4HPG上的官能团形成异相合成子）的化合物，最终确定了11种化合物（图9）与4HPG 形成共晶，而不与AMCT形成共晶。其中，2-吡啶甲酸、L-赖氨酸、L-亮氨酸和L-异亮氨酸能最大程度地提高AMCT 的纯度。原因在于这四个CF 具有能够与杂质上的两个官能团结合形成两个稳定的环状氢键的官能团。在这个体系中，若没有CF加入，一次重结晶杂质的含量不会下降，二次重结晶可以下降57%。然而以2-咪唑啉酮、尿素为CF 时，杂质含量不降反而升高了。以2-吡啶甲酸、L-赖氨酸、L-异亮氨酸、L-亮氨酸为CF时，一次结晶杂质含量可以降低80%以上，高于未加CF 体系。该研究不仅为共结晶在化学分离中作为一种可行的方法提供了一种启示，而且还揭示了设计时需要考虑的一些重要因素[空间效应（分子量）和官能团]。

图10 肉桂酰胺/苯甲酰胺/肉桂酸/苯甲酸结构式

Weber 等[17]使用等温滴定量热法和结合自由能分析CF 与杂质之间的相互作用，以实现杂质形成共晶，达到纯化的目的。比较了两类体系（图10），筛选了11种共晶形成物，最优条件下，肉桂酰胺（CAM）与肉桂酸（CA）的纯度可达到96%以上，大于通过传统结晶可实现的纯度。该方法同时应用于分离非诺贝特中的杂质非诺贝酸（图11），目标产物的纯度大于90%，远大于传统的结晶方法。由于同分异构体的性质如溶解度、沸点等非常接近，分离同分异构体是工业分离的难题之一。Pons-Siepermann 等[18]将共结晶技术应用于硝基苯酚异构体的分离（图12）。研究表明，在使用3-氨基苯甲酸作为CF的体系中，可以防止3-硝基苯酚在4-硝基苯酚中的晶格杂质掺入。与不加CF的传统结晶方法相比，在保证同等收率的情况下，共晶技术可以使4-硝基苯酚的纯度提高80%。一些天然的有机小分子具有独特的生理活性，是药物的重要来源，但是通常以结构相似的同系混合物的形式存在，选择性地分离特定结构的分子十分必要。华一卉等[19]以大黄酸为API，选择精氨酸为CF（图13），两者形成共晶，所得大黄酸共晶的纯度可达到99.9%。

文章来源：《中国药物经济学》 网址: http://www.zgywjjx.cn/qikandaodu/2021/0503/822.html