水溶液中手性同型苯丙氨酸体系的固液平衡及外消旋物种的固态特性分析

《CrystEngComm》：Solid–liquid equilibria in the aqueous chiral homophenylalanine system and solid-state characterisation of the racemic species

　　在这项工作中，研究了D-HPA/L-HPA/水三元体系在25°C和55°C下的固液平衡。该体系属于外消旋化合物类型，其特点是在55°C时溶解度极低，低于0.2 wt%。通过差示扫描量热法（DSC）和热台显微镜对DL-HPA的固态行为进行了分析，发现其在高温下会发生分解，即没有熔点。作为该手性体系的代表，我们对研磨后的L-HPA样品进行了粉末X射线衍射（PXRD）研究，证实了晶体具有优先取向的趋势。首次确定了L-HPA和DL-HPA的单晶结构，并将其存储在CCDC数据库中（编号2463661–2463662）。在研究的温度和溶剂范围内，没有发现其他固态形式。与手性苯丙氨酸体系相比，它们表现出相似的热行为和溶解度关系，除了绝对溶解度的显著差异。

1 引言

氨基酸在自然界、医药、食品和制药工业等领域具有重要意义。它们是手性化合物，因此以l-和d-构型存在，其对应物可能具有不同的（生物）化学性质。其中一个对映体可能表现出理想的性质，例如作为活性药物成分，而另一个可能无效甚至有害。这凸显了需要使用对映体纯度高的产品，这些产品可以通过对映体选择性合成获得。然后必须通过结晶等方法将所需对映体分离出来，例如以固态形式。如果合成过程不是完全对映体选择性的，则需要进一步纯化以获得目标对映体。严格设计结晶过程的基础包括溶剂的选择、与目标产物及可能存在的杂质的固液平衡（SLE）以及所需的条件。对于手性氨基酸体系，已知三种基本的固态行为：a) 聚集体形成体系，其中l-和d-形式分别结晶成独立的晶体，并通过机械方式混合；b) 外消旋化合物形成体系，其中l-和d-氨基酸以1:1的比例形成共晶格；c) 固溶体形成体系，两种分子在特定组成范围内均匀分布在单一固态相中。固态相的行为类型对适当的分离策略有很大影响，这些策略可以与消旋化过程结合使用以提高单一对映体的产率。根据现有的SLE、目标对映体的组成和初始状态，可以采用不同的结晶技术来纯化目标对映体或提高产率，例如“经典”的对映体选择性结晶或优先结晶。

这项工作重点关注非蛋白质来源的氨基酸——同型苯丙氨酸（HPA），其l-形式在制药应用中作为构建块、中间体或新型药物的前体具有重要意义。文献中研究了具有较高手性纯度的合成方法，特别是生物催化途径。参考文献9中探讨了l-HPA的溶解度-温度关系，我们的团队在之前的工作中还扩展了这些数据，包括pH依赖性的SLE和纯l-HPA的各种热化学性质。据我们所知，公开文献中没有关于d-HPA或外消旋dl-HPA的此类信息，仅描述了外消旋dl-HPA的合成及其熔点。此外，熔点也在相应的安全数据表中有所记载。

2 材料与方法

2.1 材料

本工作中使用的化学品将在本节中进行介绍，表1总结了所用化学品的CAS编号、供应商和等级。除非另有说明，否则所有物质均按接收状态使用。对于某些实验，HPA通过重结晶从水中提纯。水使用Milli-Q Advantage（Merck，德国）纯化至总有机碳含量为4 ppb，25°C时的电阻率为18.2 MΩ cm。表1列出了本工作中使用的化学品详细信息。

2.2 d-HPA/l-HPA/水体系中的固液平衡（SLE）

使用等温法研究了l-HPA/d-HPA/水体系中的SLE。制备了不同组成的l-HPA/d-HPA/water或l-HPA/dl-HPA/water混合物，固体含量最高达到0.3 wt%。在加热板上搅拌的同时将悬浮液加热至高温，以溶解所有固体。溶解后，样品在温度控制的夹套容器中平衡至少7天，并持续搅拌。在之前的研究中我们注意到，液态l-HPA会在液/气界面和瓶底累积。为了获得无固体的液体样品用于分析，在取样前几分钟关闭磁力搅拌，并使用一次性注射器过滤器（孔径：0.45 μm）。为了获得固体样品，进行真空过滤，一些固体样品用乙醇清洗在玻璃滤网上（孔径：10–16 μm）。液体样品通过HPLC进行分析，固态相的身份通过PXRD直接验证或在250 mbar、40°C下真空干燥后验证。通过将少量样品溶解在HPLC洗脱液中并进行HPLC分析来确定固态组成。我们非常注意确保添加的固体完全溶解，但由于HPA在水中的溶解度极低，溶解过程耗时较长，且在平衡前溶液中可能仍存在微小的晶体。这些微小晶体可能作为种子晶体促进现有固态相的生长，而不是热力学稳定相的成核。为了识别热力学稳定的固态相，进行了类似的实验，其中l-HPA和d-HPA以1:1的质量比或纯dl-HPA（固体含量0.1 wt%）通过加热溶解。所选浓度大约对应于55°C时测得的dl-HPA的溶解度，确保平衡下的完全溶解。所得液体通过预热玻璃滤网（孔径：10–16 μm）过滤，加热至65°C并保持该温度2小时以溶解可能通过的微小晶体。然后将恒温器调至25°C，确保缓慢冷却。样品在25°C下平衡11天后，按照上述方法进行液体和固体分析。dl-HPA的溶解度测定方法与三元体系SLE略有不同，此处仅将固体含量约0.2 wt%的dl-HPA与水混合，并在目标温度下平衡至少6天。其余步骤相同。

2.3 研磨实验

我们最初测得的l-HPA的PXRD图案与结构测定计算出的图案对齐不良。为了检查这种差异是由于板状晶体的优先取向还是由于不同固态形式造成的，我们进行了研磨实验，以减少颗粒大小并影响颗粒形态。这些实验使用了MM 400球磨机（Retsch，德国）。使用的研磨罐体积为10 mL，由1.4112不锈钢制成，装有三个直径为0.7 mm的相同材料研磨球。选择研磨频率为25 Hz，所有实验中大约使用了0.5 g的重结晶l-HPA。测试了三种条件以研究质量和能量传递的影响：

- 干磨：基准情况。
- 湿磨加入50 μL水：由于添加了液体，能量传递增加。
- 湿磨加入50 μL 1 mol L-1 NaOH：由于添加了液体，能量传递增加；同时由于溶解度提高，质量传递也增加。

2.4 分析方法

高压液相色谱（HPLC）用于定量l-HPA和d-HPA，根据可用性选择UltiMate 3000（Dionex Softron GmbH – Thermo Fisher Scientific Inc，德国）或1260 Infinity（Agilent，美国）仪器。所使用的HPLC方法依赖于Astec Chirobiotic T柱（Sigma-Aldrich Chemie GmbH，德国，250 × 4.6 mm，颗粒大小：5 μm）。等速流速为0.5 mL min-1，由体积比（70）：（30）（甲醇）：（0.01 mol L-1醋酸铵 + 0.5 mL L-1醋酸 + 水）组成。进样体积根据样品浓度分别为10 μL或100 μL。柱温分别为23°C（Agilent 1260 Infinity）或25°C（UltiMate 3000）。两种设备均在210 nm处进行紫外吸收检测。l-HPA的保留时间约为9 min，d-HPA为15 min（Agilent 1260 Infinity）或l-HPA为21 min，d-HPA为28 min（UltiMate 3000）。校准是通过将已知量的l-HPA和d-HPA溶解在洗脱液中，并将测量面积与已知组成进行线性相关得到的。粉末X射线衍射（PXRD）用于通过粉末X射线衍射仪（X'Pert Pro，PANalytical，荷兰）使用CuKα辐射进行固态相鉴定。测量在2θ范围内从3到40°进行，计数时间为50 s，步长为0.017°。在室温条件下进行。

单晶XRD分析（SC-XRD）通过将已知量的物质溶解在室温（dl-HPA）或60°C（l-HPA）下，然后在通风橱下缓慢蒸发溶剂来制备样品。使用的烧杯装有穿孔密封膜。获得的晶体通过VHX-2000（Keyence，日本）显微镜和VH-Z100UR/W物镜进行观察，之后进行单晶分析。SC-XRD测量数据在XtaLAB Synergy（Rigaku，日本）上收集，使用石墨单色化的CuKα辐射（λ = 1.54184 ?）。结构通过直接方法解决，所有非氢原子在F2（程序SHELXTL-97，G.M. Sheldrick，德国哥廷根大学）上各向异性精修。在HSM实验之前，该样品通过将已知量的dl-HPA溶解在高温水中，然后通过冷却重新结晶来纯化。

3

结果与讨论

3.1 dl-HPA的固态特性

在文献中未找到d-HPA和dl-HPA的PXRD图谱，然而我们之前的工作中报告了l-HPA的图谱。因此，通过PXRD分析了购买的固态样品，以确定SLE实验中获得的固体的相身份。图1中比较了所提供物质的PXRD图谱与重新结晶样品或SLE实验样品的衍射图谱，并发现它们有很好的一致性。

图1

显示了接收到的l-HPA、d-HPA和dl-HPA以及重新结晶后的PXRD图谱。注意l-HPA和d-HPA具有相同的PXRD图谱。l-HPA的热行为在参考文献11中有描述，基于它们相同的晶格结构，预计d-HPA也有相同的热行为。外消旋（1:1）化合物与其相应的纯对映体（这里是l-HPA和d-HPA）具有不同的晶格结构，因此预期它们的热行为和PXRD图谱也会有所不同。如图1所示，测量的d-HPA和l-HPA的衍射图谱是相同的，而dl-HPA的图谱看起来相似，但其2θ角度较低，并且在2θ范围18°到28°之间可以看到更多的反射峰。在DSC测量中（图2），dl-HPA在大约246°C开始经历一个强烈的吸热事件，起始温度为284°C。令人惊讶的是，在参考文献12中报告dl-HPA的熔点高于300°C，且没有提到其他热事件。此外，所使用的测量方法没有解释，因此可能忽略了较低温度的事件。在安全数据表中，提供了294°C的熔点（参考文献13）或282°C的分解温度（参考文献14），这使得现有文献数据变得不一致。然而，HSM（图3）显示，最初的晶体在大约201°C开始移动，随后在高于大约210°C的温度下消失并转变为液态滴状物。这些晶体的移动可能是由于气体形成，例如分解或升华引起的。随着温度的升高，这些滴状物的颜色变为深棕色，在240°C以上时清晰可见。冷却到30°C后，没有观察到重新结晶现象。这表明DSC测量中的巨大吸热事件并不对应于单一的熔化过程，而是一个以熔化为主的分解过程。这一结果得到了相关峰的测量焓值约为145 ± 4 kJ mol?1（表S1）的支持，该值显著高于通过快速扫描量热法确定的氨基酸通常的熔化焓范围（约20至60 kJ mol?1）。注意，在HSM实验后的加热过程中，仍有一些晶态固体残留（见图3f）。DSC中的分解峰与HSM中可见的分解之间的温度偏差可能是由于加热速率不同和条件不同造成的：在DSC中，样品位于封闭的坩埚中形成一个堆，而在HSM中，样品均匀分布在玻璃板之间。因此，与设定温度接触的颗粒表面积更大，热量传递可能更快。尽管在HSM中使用了盖玻片，空气仍可能接触到样品，为（部分）氧化提供氧气，这可能在没有DSC测量时在较低温度下就开始了。DSC坩埚中的残留空气也可能促进部分氧化，但由于使用了扫气气体，氧化的供气是有限的。这可以解释为什么在DSC测量之前可能在HSM中观察到受动力学限制的分解/氧化现象。对于氨基酸来说，熔化前的分解是常见的，dl-HPA和l-HPA也遵循这种行为。dl-HPA的一般热行为与l-HPA相似（见图2），但观察到的相应事件的温度略有不同。l-HPA的吸热事件起始温度约为292°C，而dl-HPA的起始温度为284°C。文献中对l-HPA进行了热重分析（见参考文献11），并观察到在高温下有显著的质量损失。由于DSC和HSM的结果相似，预计dl-HPA的热重分析也会表现出类似的行为。

图2

显示了dl-HPA（实线黑色）与参考文献11中的l-HPA（虚线绿色）的测量DSC曲线。dl-HPA热事件的起始和结束温度用十字标出。

3.2 l-HPA和dl-HPA晶体的结构确定

l-HPA和dl-HPA的晶体学数据和处理参数总结在表2中，固态下的分子结构分别显示在图5(a)和(b)中。l-HPA结晶在单斜空间群P21/c中，dl-HPA结晶在三斜空间群P1中。X射线结构分析显示，l-HPA的晶体结构中存在l-形式，而在dl-HPA的晶体中还存在d-形式。两种晶体结构的单元格常数相当，有两个较短的和一个较长的单元格常数。l-和dl-形式都由两层系统组成，其中包含相邻分子的–NH3–和–COO–基团的氢键层。结构数据存储在剑桥晶体学数据中心（CCDC）中，沉积编号分别为2463661和2463662。

表2

l-HPA和dl-HPA的晶体学数据

l-HPA
dl-HPA

晶体系统
单斜
三斜

空间群
P21/c
P1

a [?]
20.2865(5)
5.4103(1)

b [?]
4.8114(1)
9.0720(2)

c [?]
9.8103(2)
19.9535(5)

α [°]
90
78.241(2)

β [°]
102.994(2)
84.522(2)

γ [°]
90
86.777(2)

V [?3]
933.03(4)
953.75(4)

Z
4
4

收集的反射数
6111
10?706

独立反射数
1789
4729

参数
118
554

R1 [I > 2σI]
0.0425
0.0656

图5

显示了l-HPA（a）和dl-HPA（b）晶体结构中的单个分子。使用Mercury 2022.2.0 Build 353591（CCDC，英国）计算得到的l-HPA和dl-HPA的结构，并与图6中接收到的样品的测量图谱进行了比较。在重新结晶的dl-HPA样品中测量的所有峰在接收到的样品中都清晰可见，表明它们属于相同的固相。在接收到的dl-HPA样品中额外出现的较不明显的峰与计算图谱中的反射峰关联良好。由于是从重新结晶的样品中确定晶体结构的，因此这些额外峰不太可能是由杂质引起的。因此，我们得出结论，所有三个dl-HPA图谱都对应于相同的固相，图谱之间的差异是由样品的晶形和大小引起的。对于l-HPA来说这一点更为明显，因此对其进行了进一步的研究。

图6

显示了计算得到的和测量的l-HPA和dl-HPA样品的PXRD图谱。用*标记的图谱的相对强度乘以了两倍以提高清晰度。如前所述，l-HPA表现出平板状到针状的晶体形状，这导致我们假设l-HPA晶体在样品架上有某种优先取向，其中相应晶体的小表面可能未被检测到，从而导致粉末图谱中缺少峰。为了评估这一假设，进行了研磨实验（干法和湿法，见第2.3节），以使晶体的边缘长度均匀，从而避免优先取向。相应的衍射图谱显示在图7中。

图7

显示了计算得到的、干法研磨的和液体辅助研磨的l-HPA样品的PXRD图谱。未研磨的衍射图谱（0分钟）只显示了7个明显的反射峰，而计算图谱则包含了显著更多的反射峰。在10分钟的研磨时间后，计算图谱中的大部分峰都变得清晰可见。在60分钟时，之前未检测到的峰的强度增加了，这可以在18°、19°和20°处的峰中很好地说明。在起始图谱中，只有18°处的峰可见，在10分钟时反射峰的相对强度相同。在0分钟时20°处的峰几乎不可见，在所有调查的情况下，60分钟后该峰的强度最高。在所有研磨实验中，即使在NaOH溶液存在的情况下，也只检测到了相同的l-HPA固相。液体辅助研磨似乎促进了更清晰的反射峰，尤其是在NaOH溶液中。干法研磨导致峰变宽，这是由于小晶体和潜在的非晶态固体含量，使得小峰的检测变得具有挑战性。研磨步骤中施加的能量可能导致晶体转变成不同的晶相，这可能有利于亚稳态相而不是稳定的平衡相，但并没有观察到这种情况。根据获得的结果，我们得出结论，实验中得到的固相和确定的结构是相同的，测量到的衍射图谱之间的差异可以归因于样品在PXRD设备样品架上的优先取向。

3.3 d-HPA/l-HPA/水系统的SLE

SLE数据是通过第2.2节描述的热等温方法获得的，并将在本节中展示。dl-HPA和l-HPA在水中的溶解度作为温度的函数在图8中可视化。对于一种氨基酸来说，它们的溶解度相对较低，dl-HPA在15°C时的溶解度约为0.037 wt%，在55°C时约为0.112 wt%，甚至低于l-HPA的溶解度。dl-HPA被验证为热力学稳定的相，获得的PXRD图谱与图1中的图谱非常吻合。

图8

显示了dl-HPA（▽）在水中的溶解度作为温度的函数，与文献中给出的l-HPA（△）的溶解度数据进行了比较。误差条根据人群的标准偏差。图9b中绘制了水基l-HPA/d-HPA手性系统的相应相图，图9a中还展示了中间化合物形成系统的示意图。如图所示，该系统明显具有中间化合物形成特征，共晶组成接近对映体一侧。使用l-HPA和dl-HPA作为起始材料的实验给出了与使用l-HPA和d-HPA的实验相当的结果。图S1和S2显示了在平衡实验中获得的固体的选定PXRD图谱，图9b中也说明了相应的相身份。对于纯l-HPA（25°C时的100 wt% l-HPA），只发现了l-HPA的参考图谱。随着l-HPA含量从96.8 wt%减少到57.3 wt%，测量的图谱表明存在l-HPA和dl-HPA晶体的机械混合物与共晶组成的液体处于平衡状态。在52.2 wt%到49.7 wt%之间，只发现了dl-HPA的X射线图谱；而在40.8 wt%到13.7 wt%之间，再次证明了dl-HPA和d-HPA的机械混合物。对于纯d-HPA（0 wt% l-HPA），只测量到了l-HPA/d-HPA的参考图谱。因此，当l-HPA的固体含量超过50 wt%时，将其归属于l-HPA的图谱；当含量低于50 wt%时，归属于d-HPA的图谱。在55°C（图S2）也可以看到类似的行为，但固体中的l-HPA含量有所变化。一些在53.3%到50.6% l-HPA之间的样品显示了l-HPA或d-HPA与dl-HPA之间的机械混合物，而只预期到dl-HPA的图谱。我们假设在这些样品中，一些d-HPA或l-HPA的晶体可能在平衡期之前就留在了溶液中。除了新dl-HPA晶体的成核和生长外，还发生了剩余种子晶体的生长。该行为仅在55°C时被观察到，在25°C的实验中并未出现，我们认为这是由于成核速率与生长速率的比率不同所致。25°C样品的过饱和度高于55°C样品，因此促进了初级成核的发生。这导致了更多的晶体形成，尤其是热力学稳定的形式，从而减少了潜在残留的晶种对所测衍射图的影响。关于热力学稳定固相的数据（见第2.2节）显示在图9b中，并与三元SLE实验的数据相符。这表明dl-HPA实际上是热力学稳定的相，且在25°C时潜在残留的晶种对SLE的影响不显著。

图9展示了外消旋化合物形成系统的示意图（a）以及在25°C（蓝色）和55°C（红色）下得到的l-HPA/d-HPA/水系统的三元相图（b）。图a中的区域I至V对应于Roozeboom图中的相应部分（见图10）。图b中的符号代表了平衡固相的类型：l-HPA：▲，dl-HPA：▼，l-HPA或d-HPA + dl-HPA：?。紫色符号表示对热力学稳定相的测试结果。为了进一步澄清固态行为，可以使用所谓的Roozeboom图来可视化无溶剂条件下液体的组成（方程（1）和平衡固相，从而直观辨认出各自的固态分解行为（SLE）。

在图10中，图表绘制了所研究的l-HPA/d-HPA/水系统。垂直轴表示液体中无溶剂的l-HPA含量，而水平轴表示固体中的l-HPA含量。从左到右，用线条和符号标出了五个不同的段：

图10展示了25°C（蓝色）和55°C（红色）下水性手性HPA系统的组成分布图，以及25°C下对热力学稳定相的测试结果（紫色）。符号代表平衡固相的类型：l-HPA或d-HPA：▲，dl-HPA：▼，l-HPA或d-HPA + dl-HPA：?。I区域表示不同的液体组成与纯固体相处于平衡状态，在PXRD中仅检测到d-HPA；II区域表示一种固定的液体组成与两种不同比例的固体相处于平衡状态，在此区域PXRD中检测到了d-HPA和dl-HPA的混合物；III区域表示不同的液体组成与纯dl-HPA晶体处于平衡状态；IV区域表示一种固定的液体组成与l-HPA和dl-HPA的固体相以不同比例处于平衡状态；V区域表示不同的液体组成与纯l-HPA晶体处于平衡状态。我们得到的图表符合1:1中间化合物或共晶的行为特征。在这样的系统中，固态下存在一个特定的固定1:1组成，并且与不同的液体组成处于平衡状态，因此在Roozeboom图中表现为一条垂直线。对于手性体系来说，这个1:1的组成标志着外消旋状态，从而证实了所研究的d-HPA/l-HPA体系形成了外消旋化合物。这一假设还得到了图9b中液相线特征的进一步支持。该系统表现出大致的对称性，这一点通过一些无溶剂质量分数超过0.5的样品得到了证实。与完美对称性的偏差可能源于由于浓度低导致的HPLC测量不精确。此外，图9b中指定的共晶组成（即低熔点组成）随温度变化而变化，这些变化可以被用于分离。

表3列出了无溶剂共晶组成及其相应的水含量。

虽然关于合成α-氨基酸HPA的文献数据非常少，但结构相似的苯丙氨酸（PHE）已经被广泛研究。这两种化合物的区别仅在于脂肪族碳链中是否存在一个-CH2-基团（见图11）。l-PHE的固态行为已被频繁研究，已知存在两种无水多形体、一种半水合物和一种一水合物。在我们的l-HPA研究中，没有观察到多态性或水合物的存在。关于无水l-PHE的热行为，在参考文献25中检测到了三个吸热事件，分别发生在262°C、277°C和292°C；在参考文献31中则检测到了255°C、275°C和290°C的吸热事件。在这两项研究中，加热速率为10分钟^-1；在参考文献25中同时观察到了熔化和分解现象，而令人惊讶的是，在参考文献31中却声称该物质具有熔化行为。这与参考文献32中报告的277°C的大吸热事件温度相符。在参考文献19中，观察到了l-PHE的强烈升华或蒸发现象，并使用快速扫描量热法在306±7°C下获得了熔点。对于l-HPA，我们在292°C附近检测到一个大的吸热事件，加热速率为2 K分钟^-1，并推测发生了（部分）分解。在参考文献33中研究了在硅酸钠凝胶中生长的dl-PHE晶体，发现从210°C开始随着加热速率的升高出现了多个分解步骤。有趣的是，在参考文献27中，从水溶液出发通过甲酸或乙酸生长出外消旋PHE晶体的可能性被认为是不大的。对于dl-HPA，我们在DSC测量中主要观察到了分解现象，起始温度为284°C，而材料安全数据表中报告的分解起始温度为282°C。

图11展示了HPA和PHE的结构。l-PHE和dl-PHE在水和水合物中的溶解度已经被多次研究。PHE的对映体的溶解度远高于HPA（在25°C时，dl-形式约为30倍，l-形式约为40倍），这可能归因于HPA分子链长的增加。在这两种情况下，（无水）l-形式的测量溶解度都超过了相应dl-形式的溶解度。这两种体系都能形成外消旋化合物，在25°C下水性手性PHE系统的共晶组成中，无溶剂质量分数约为8%和92%，相比之下l-HPA/d-HPA水系统中分别为约12%和91%。尽管可以获得l-PHE固态相的结构和PXRD图谱，但据我们所知，尚未有关于dl-PHE晶体的衍射图谱的报道。在CCDC数据库中找到了两个关于dl-PHE晶体结构的旧条目（QQQASG和QQQASG01），但它们的3D结构信息不可用，因此无法与dl-HPA进行比较。在比较d-PHE（EQUYEX）和l-PHE（QQQAUJ13）的晶体结构时，值得注意的是两者都观察到了Z′ = 4的结构特征。PHE的异构体也与l-HPA和dl-HPA晶体一样排列成两层结构，包含一个氢键层。与l-HPA和dl-HPA的晶体结构相比，PHE异构体的层间距N?N分别为：l-PHE: 3.675 ?，d-PHE: 3.559 ?，明显短于l-HPA的4.753 ?和DL-HPA的4.101 ?。

在这项工作中，通过DSC和HSM研究了dl-HPA的热稳定性行为，结果显示其热行为以分解为主，峰值出现在284°C。因此，无法报告其熔点。测得的dl-HPA溶解度非常低，在15°C时仅为0.037 wt%，随着温度的升高，在55°C时增加到0.112 wt%。关于热力学稳定固相的研究表明，在25°C时dl-HPA化合物是稳定相。水性手性HPA系统的三元相图显示该体系表现出中间化合物的形成行为，其中dl-HPA是d-HPA和l-HPA的外消旋1:1化合物。在25°C和55°C下，无溶剂共晶组成分别约为12 wt%、91 wt%和83 wt%。因此，纯对映体可以在这些组成以下或以上的溶液中直接结晶出来，即d-HPA或l-HPA。在这些组成之间也可能利用动力学优先结晶现象。然而，外消旋化合物（即外消旋组成）仍然是纯化的限制因素。观察到的与完美对称性的偏差可能是由于分析上的挑战所致。尽管在55°C的浓度范围内确实存在一些l-HPA或d-HPA，但液相线遵循这类系统的典型形状，且l-HPA或d-HPA晶体的影响似乎可以忽略不计。通过静止蒸发法得到了l-HPA和dl-HPA的单晶结构。通过比较从l-HPA结构计算出的X射线粉末图谱与平衡实验得到的衍射图谱，我们发现由于晶体取向的偏好，后者的某些反射峰较为明显。通过研磨实验，我们使实验结果与计算结果一致，表明晶体取向对测量的PXRD图谱有显著影响。考虑到手性PHE和HPA体系之间的比较，我们得出结论：这两种体系具有相似的热行为，它们在水中的SLE行为（例如在共晶组成方面）部分一致，但在PHE体系中的溶解度显著增加。尽管在所使用的条件下没有发现l-HPA或dl-HPA的水合物或多态形式的证据，但进一步研究可能会揭示新的固态形式，正如l-PHE的情况一样。这项工作具有挑战性，因为HPA和l-HPA的溶解度极低，l-HPA晶体在水中表现出漂浮现象，而且测得的l-HPA和dl-HPA的PXRD图谱受晶体取向偏好影响显著。未来的研究可以扩展本工作获得的数据，例如覆盖更宽的溶解度温度范围。我们的实验可以通过更精细的实验方法进一步完善，以排除冷却前样品中存在晶种的可能性。此外，dl-HPA的热行为尚未完全明确，例如分解产物的身份可能需要通过更专业的测量方法（如快速扫描量热法）来揭示。

作者贡献：

Axel Schultheis：概念化、方法论、验证、正式分析、数据整理、初稿撰写、审稿与编辑、可视化。Klaus Merz：方法论、研究、数据整理、初稿撰写、审稿与编辑、可视化。Vico Tenberg：概念化、方法论、正式分析、审稿与编辑、监督。Heike Lorenz：概念化、资源准备、撰写、审稿与编辑、项目管理、资金获取。无利益冲突。

数据可用性：

支持数据作为补充信息（SI）的一部分提供。表S1：DSC分析中dl-HPA吸热效应的测量焓值；表S2：dl-HPA二元SLE测定中的单个数据点；表S3：dl-HPA二元SLE测定中的平均测量数据点；表S4：25°C下手性系统中稳定相的测试细节；表S5：d-HPA/l-HPA/水系统中的SLE数据。图S1和S2展示了d-HPA/l-HPA/水系统中SLE测定得到的固体PXRD数据。补充信息可查看：DOI: https://doi.org/10.1039/d6ce00109b。CCDC 2463661和2463662包含了本文的补充晶体学数据。

致谢：

作者感谢Jacqueline Kaufmann和Stefanie Oberl?nder在实验室中的持续协助，特别是在HPLC和PXRD测量方面的支持。作者也非常感谢Carmen Albers在实验工作中的额外帮助。该项目由德国研究基金会（DFG）资助，项目编号为501735683。作者还感谢欧洲区域发展基金（ERDF）在“研究与创新”项目中的资助（资助编号ZS/2023/12/182075），该资助支持了Vico Tenberg的工作。开放获取资金由马克斯·普朗克学会提供。参考文献
脚注

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所描述的物质被称为dl-HPA，但其编号对应于参考文献12中的中间产物。