二乙酰姜黄素(Diacetylcurcumin, DAC)的多晶型(Polymorphs)

《Molecules》：The Polymorphs of Diacetylcurcumin (DAC)

　　

除先前已报道的晶型（单斜晶系，空间群 P21）外，本文报道了二乙酰姜黄素（diacetylcurcumin, DAC）的两种新单斜和三斜晶型多晶型物（polymorphs），这些晶型由不同的溶剂体系成功制备。通过固态核磁共振（cross-polarization magic-angle spinning nuclear magnetic resonance, CP-MAS NMR）及 X 射线研究，明确鉴定了多晶型 2（独木舟状，P21/n）及伴生的多晶型 3（气球状，P?1）。研究人员证明，显微镜下的晶体形貌分析联合衰减全反射红外光谱（attenuated total reflectance infrared spectroscopy, ATR-IR）是快速且低成本探索类姜黄素化合物多晶型图谱（polymorphic landscape）的方法。本工作凸显了姜黄素衍生物研究的进展，并期望启发化学家与材料科学家开展进一步探索。

二乙酰姜黄素(Diacetylcurcumin, DAC)三种多晶型物的发现与表征——发表于《Molecules》

研究背景与意义

多晶型（Polymorphism）现象在药物研发中至关重要，因为同一化合物的不同晶型具有各异的熔点、溶解度及热稳定性等理化性质，直接影响其生物利用度与专利保护。姜黄素（curcumin）是从姜黄（Curcuma longa L.）根茎中提取的主要活性多酚，具有抗氧化、抗炎、抗癌等多种生物活性，但其口服吸收差、生物利用度低且代谢快，限制了临床应用。以其为先导化合物进行结构修饰——如酚羟基乙酰化得到二乙酰姜黄素（diacetylcurcumin, DAC, C₂₅H₂₄O₈）——可改善膜通透性与稳定性。姜黄素本身已被发现三种多晶型，而 DAC 作为有潜力的衍生物，此前文献仅报道过一种晶型（单斜晶系，空间群 P2₁，CSD code EYIZER01），其完整的多晶型图谱尚属空白。本研究旨在通过系统结晶筛选发现 DAC 的新多晶型，并利用多种固态分析技术进行全面表征，阐明构象—堆积—性质间的关系。

研究人员采用溶剂介电常数梯度筛选、变温结晶及抗溶剂/真空诱导快速成核策略，从单一溶剂慢蒸发及混合溶剂快速冷却中获得了 DAC 的三种单晶多晶型（Form?1、新发现的 Form?2 和新发现的 Form?3）。经单晶 X 射线衍射（single?crystal X?ray diffraction, SC?XRD）、衰减全反射红外光谱（attenuated total reflectance infrared spectroscopy, ATR?IR）、¹³C 交叉极化魔角旋转核磁共振（cross?polarization magic?angle spinning nuclear magnetic resonance, ¹³C CP?MAS NMR）、差示扫描量热法（differential scanning calorimetry, DSC）及溶解度测定，确认了三种晶型的空间群、分子构象、氢键模式、酮?烯醇互变异构、热稳定性顺序及溶解性差异。结果表明 Form?3（三斜，P?1）最稳定、Form?1（单斜，P2₁）亚稳、Form?2（单斜，P2₁/n）最不稳定且溶解度最高，符合稳定性—溶解度反比规律。晶体形貌（细棒状、独木舟状、气球状）结合 ATR?IR 碳基伸缩振动可快速鉴别晶型。该工作拓展了姜黄素衍生物固态化学认知，并为天然产物衍生物多晶型筛选提供了经济高效的鉴定思路。

主要关键技术方法

研究人员以姜黄素与乙酸酐在吡啶催化下酰化合成 DAC（纯度 99.6% by HPLC，结构经 ¹H/¹³C NMR 及 DART⁺?MS 确证）。采用多溶剂（不同 ε 值、质子性/非质子性）室温慢蒸发与 2℃ 冷藏慢蒸发获取 Form?1 与 Form?3 单晶；采用溶剂/抗溶剂混合（如乙酸乙酯+正己烷、DAC/CH₂Cl₂+水）并于真空（200 mbar）下快速过饱和诱导 Form?2 成核及粉末。单晶经偏光显微镜形貌初判后，分别进行：① SC?XRD（Bruker Apex/D8 Venture，SHELXS/SHELXL 解析）确定晶胞参数与分子构象；② ATR?IR（4000–400 cm^?1）比对羰基区特征峰；③ ¹³C CP?MAS NMR（500 MHz MAS 探头）观测不等价碳化学位移；④ DSC（10℃/min，N₂）测熔点与焓变；⑤ 乙醇?水(4∶6)介质中测定平衡溶解度；⑥ 基于 SC?XRD 数据用 Mercury、CrystalExplorer 做赫什菲尔德表面（Hirshfeld surface）分析与能量框架计算。

研究结果

2. Results

研究人员通过溶剂筛选发现：单一溶剂（如乙醇、氯仿、乙酸乙酯等）室温或 2℃ 慢蒸发主要得 Form?1（细棒状晶体，单斜 P2₁，Z'=1），少数条件下（二氯甲烷 10 天或丙酮 5 天，2℃ 慢蒸发）得 Form?3（气球状晶体，三斜 P?1，Z'=1）；采用乙酸乙酯+10% 正己烷于 200 mbar 真空冷却得 Form?2（独木舟状晶体，单斜 P2₁/n，Z'=1）。ATR?IR 显示三者的乙酸酯与酮?烯醇羰基 C=O 对称伸缩振动波数存在系统性差异（Form?2 乙酸酯羰基最低 1752 cm^?1），可作鉴别依据。¹³C CP?MAS NMR 中 Form?1 与 Form?3 显示较多不等价碳信号（Form?3 羰基 Δδ ¹³C 达 16.16 ppm，表明最低对称性），Form?2 因分子近似 C₂对称而信号较少。DSC 给出熔点：Form?1 为 173.89℃，Form?2 为 164.66℃，Form?3 为 175.56℃。溶解度（乙醇?水 4∶6）：Form?2（2.29×10^?5μM）＞Form?1（1.20×10^?5μM）＞Form?3（1.16×10^?5μM）。

SC?XRD 揭示分子均以 β?酮?烯醇（β?keto–enol）互变异构体存在，中心 O2?H2A···O1 分子内氢键（RAHB，resonance?assisted hydrogen bond）稳定共轭七碳链。Form?1：伸展线性微弯构象，两端乙酸酯近似垂直苯环且朝相反侧（anti），苯环甲氧基 syn 于烯醇 OH，分子间靠弱 C?H···O 作用堆积，无 π···π 堆叠。Form?2：近平面构象，乙酸酯垂直苯环但朝同侧（syn），分子内 RAHB 更强（O···O 距 2.466 ?），堆积能最低。Form?3：折叠 L 型构象，C1?C2?C3?O1 呈 s?trans（Form?1/2 为 s?cis），乙酸酯朝相反侧，O···O 氢键距 2.518 ?。XPac 几何分析表明三晶型无非同构性，仅 Form?1 与 Form?3 具 1D 共同堆积片段。Hirshfeld 表面分析显示 H···H、C?H···π 与 O···H/C?H···O 接触占 ~70%，色散力主导晶体堆积。计算总相互作用能确认稳定性顺序：Form?3（262.2 kJ mol^?1）＞Form?1（247.6 kJ mol^?1）＞Form?2（245.4 kJ mol^?1），与熔点和溶解度一致。结晶动力学符合奥斯特瓦尔德阶段规则（Ostwald's rule of stages）：慢蒸发（低过饱和度）→热力学有利的最稳定 Form?3；快速过饱和（真空/抗溶剂）→动力学有利的亚稳/不稳 Form?2/1。

3. Discussion

研究人员讨论指出 DAC 液态 ¹H NMR（CDCl₃）显示烯醇质子 ~16 ppm，证实全烯醇化互变异构。DSC 中 Form?1 在 155.52℃ 有小吸热暗示轻微重排后方主熔融。ATR?IR 羰基区分辨率足以区分三晶型，Form?2 低波数乙酸酯羰基反映其高对称性及强 RAHB。固态 NMR 羰基化学位移差定量佐证 Form?3 最低对称性。X 射线键长差（C?O 与 C=O）Form?3（0.063 ?）＞Form?1 ≈ Form?2（0.01 ?），印证构象不对称度。构象叠加 RMSD：Form?1 vs Form?2 = 0.881 ?，Form?1 vs Form?3 = 1.499 ?，Form?2 vs Form?3 = 1.284 ?，证实其为构象多晶型（conformational polymorphs）。能量框架分析分散力主导，总作用能与实测稳定性吻合。结晶实验重现奥斯特瓦尔德规则——先成核较不稳定的 Form?2（快冷/真空），慢蒸发得最稳定的 Form?3。溶解度与稳定性呈反比。

结论（Conclusions）部分翻译总结

研究人员通过理性选择溶剂并结合 ATR?IR 快速筛查，探明了 DAC 的多晶型图谱：不稳定 Form?2（单斜 P2₁/n，canoe 形）在 low?ε 溶剂混合、快速真空冷却下获得；最稳定 Form?3（三斜 P?1，balloon 形）在中 ε 溶剂、慢蒸发/长时结晶下获得；Form?1（单斜 P2₁，fine bar 形）在大多数溶剂与条件下均可出现。未使用共结晶剂（co?former），排除形成共晶可能。显微形貌联合 ATR?IR 碳基特征峰可经济、快速鉴别 DAC 多晶型。本研究补全了乙酰化姜黄素多晶型表征，所采用的筛选与快速鉴定策略可推广至其他天然产物或合成化合物的多晶型发现工作中。