co#crystals,,saltsand,, polymorph,screening,of,, o ... 2012/pdf/capuccini.pdf · dodecane(70.5),!...

36
Cocrystals, Salts and Polymorph screening of oDesmethyl Venlafaxine and other APIs 6th PCL WORKSHOP Bologna 1921 January 2012

Upload: dinhkien

Post on 21-Aug-2018

218 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Co-­‐crystals,  Salts  and    Polymorph  screening  of    

o-­‐Desmethyl  Venlafaxine  and  other  APIs  

6th  PCL  WORKSHOP  Bologna  19-­‐21  January  2012  

Polymorphism    -­‐  in  pharmaceu2cal  industry    -­‐  Ed.  by  R.  Hilfiker  (2006)  

ACTIVE  MOLECULE  

 M    

M    M    

M    M    M  

 

M    

M  

  M  

  M  

 M  

 M  

  M  

 

POLYMORPHS  

M     M  

 

AMORPHOUS  

POLYMORPHISM  

S   S O L V E N T  MOLECULE  

 S   M  

 M    

M    

M    

S  

M        M  

SOLVATE  S  

50  solvents  are  usually  used,  chosen  on  the  basis  of  their:  

§  Dielectric  constants  

§  Boiling  point  

§  Solubility  

THE  CHOICE  OF  SOLVENT  

1  Cyclohexane  (1.4),  mesitylene  (8.3),  cis-­‐decalin  (10.5),  p-­‐xylene  (14.7),  m-­‐xylene  (15.9),  carbon  tetrachloride  (28.0),  toluene  (34.1),  n-­‐pentane  (54.7),  n-­‐hexane  (55.5),  n-­‐heptane  (55.7),  n-­‐octane  (60.3),  tetrachloroethene  (60.7),  benzene  (61.7),  n-­‐decane  (69.1),  n-­‐dodecane  (70.5),  carbon  disulfide  147.0)  

2   Butylamine  (27.8),  diethyl  ether  (38.9),  methyl  terGary-­‐butyl  ether  (43.2),  triethylamine  (64.5),  diisopropyl  ether  (81.1),  dibutylether  (96.1),  1,4-­‐dioxane  (103.8)  

3  

Tetrahydrofuran  (5.1),  chloroform  (5.8),  anisole  (7.7),  o-­‐dichlorobenzene  (10.5),  ethyl  formate  (11.6),  trichloroethene  (12.3),  methyl  benzoate  (12.3),  iodobenzene  (12.6),  chlorobenzene  (13.2),  methyl  ethanoate  (18.7),  dimethyl  disulfide  20.1),  1,1-­‐dichloroethane  (22.2),  fluorobenzene  (28.8),  ethyl  phenyl  ether  (32.3),  ethyl  acetate  (34.7),  1,2-­‐dichloroethane  (34.8),  1,2-­‐dibromoethane  (43.2),  1-­‐iodobutane  (51.2),  1,1,1-­‐trichloroethane  (59.1),  propyl  ethanoate  (61.5),  diethyl  sulfide  (63.8),  dichloromethane  (66.4),  butyl  ethanoate  (77.4),  methyl  methanoate  (79.0),  bromoform  (95.4),  dibromomethane  (103.8)  

4  2-­‐methyl-­‐1-­‐propanol  (6.4),  2-­‐butanol  (11.4),  m-­‐cresol  (17.0),  2-­‐methoxyethanol  (19.0),  1-­‐butanol  (19.8),  propanoic  acid  (28.8),  morpholine  (34.0),  2-­‐methyl-­‐2-­‐propanol  (38.1),  1-­‐pentanol  (39.4),  pentanoic  acid  (45.3),  aceGc  acid  (56.4),  2-­‐propanol  (63.2),  1-­‐  propanol  (94.1),  1-­‐octanol  (144.9),  ethanol  (192.7)  

5  Butanone  (9.0),  2,4-­‐dimethylpyridine  (10.0),  acetophenone  (17.3),  2,6-­‐dimethylpyridine  (20.4),  3-­‐pentanone  (27.6),  2-­‐pentanone  (31.4),  4-­‐methylpyridine  (39.4),  acetone  (42.9),  cyclohexanone  (45.4),  2-­‐hexanone  (46.1),  cyclopentanone  (62.2),  2-­‐heptanone  (66.3),  4-­‐methyl-­‐2-­‐pentanone  (68.1),  pyridine  (85.0)  

6   N-­‐methyl-­‐2-­‐pyrrolidone  (21.0),  N,N-­‐dimethylformamide  (35.1),  N,N-­‐dimethylacetamide  (59.1),  dimethylsulfoxide  (74.7)  

7   Benzonitrile  (38.7),  propanenitrile  (46.3),  acetonitrile  (61.3),  butanenitrile  (103.8),  nitromethane  (125.6)  

8   Aniline  (13.3),  benzyl  alcohol  (13.3)  

9   Formic  acid  

10   Ethylene  glycol  

11   Methanol  

12   Diethylamine  

13   Diiodomethane  

14   Glycerol  

15   Water  

•  EVAPORATION  

a.  Evapora2on  at  ambient  pressure  (Low  T  –  Room  T  –  High  T)  

b.  Evapora2on  at  low  pressure    (Room  T  –  High  T)  

•  PRECIPITATION  

a.  An2-­‐solvent    precipita2ons  

b.  Super-­‐satured  solu2ons  

 

•  SLURRY  

a.  Aqueous  solvents  to  iden2fy  the  most  stable  hydrate  form  and  the  possible  forma2on  of  more  

stable  hydrated  forms  

b.  Non-­‐aqueous  solvents  (to  iden2fy  the  most  stable  anhydrous  form)  

POLYMORPH  SCREENING  

C O F O R M E R  MOLECULE  

 C  

CM    

CM    

CM    

S A L T / C O -­‐CRYSTAL  

Handbook  of  Pharmaceu2cal  Salts:  Proper2es,  Selec2on,  and  Use  (Eds.:  P.  H.  Stahl,  C.  G.  Wermuth),  Wiley  VCH,  Weinheim,  2008  

ACTIVE  MOLECULE  

 M  

 

SALTS/  CO-­‐CRYSTALS  

• Polymorphism  problems  can  be  circumvented;  

•   Amorphous  material  may  be  turned  into  a  crystalline  salt;  

•   Taste  and  smell  problems  can  be  minimized;  

•   The  melGng  point  can  be  raised  to  improve  mechanical  properGes;  

•   A  drug  substance  can  be  purified;  

•   AdsorpGon  rate  can  be  controlled:  retardaGon  of  gastrointesGnal  adsorpGon  by  salts  with  low  solubility/low  dissoluGon  rate;  

•   Two  pharmacological  principles  can  be  combined.  

ADVANTAGES:  

SALT/CO-­‐CRYSTAL  SCREENING  

CrystallizaJon  by  soluJon   Grinding/Kneading   Solid  –  Gas  ReacJon  

Solid  

API  Coformer  (Solid  or  liquid)  

Salt/Co-­‐crystal  

CO-­‐CRYSTAL  VS.  MOLECULAR  SALT  

Paracetamol  4,4’-­‐  bipyridine  adduct  

Glycine  HCl  

SALT/CO-­‐CRYSTAL  SCREENING  

Adenine  

Ascorbic  Acid  

Folic  Acid  

NicoJnic  Acid  

C  

B9  

B3  

ACIDS  AceGc  Acid  (d=1.05)  

Adipic  Acid  L-­‐AsparGc  Acid  Citric  Acid  

Formic  Acid  (99%,  d=1,22)  Fumaric  Acid  

L-­‐Glutamic  Acid  Glycolic  Acid  Hippuric  Acid  

Hydrochloric  acid  (0.1  N)  Maleic  Acid  L-­‐Malic  Acid  Malonic  Acid  

DL-­‐Mandelic  Acid  Methanesulfonic  Ac  (d=1,48)  

Oxalic  Acid  Phosphoric  

Acid(M=14,65;d=1,689)  Salicylic  Acid  Sebacic  Acid  Succinic  Acid  L-­‐Tartaric  Acid  Glutaric  Acid  Cinnamic  Acid  

BASES  Adenine  L-­‐Arginine  

Calcium  Hydroxide  N-­‐methyl-­‐Glucamine  

Imidazole  L-­‐Lysine  

Magnesium  Hydroxide  Piperazine  

Potassium  Hydroxide  Sodium  Hydroxide  (0,1  N)  

Triethanolamine  (85%  d=1,124)  NH3  (d=0,9)  

Diethanolamine(d=1)  Diethylamine(d=0,704)  

Morpholine  (d=1)  Pyrrolidine  (d=0,86)  

VITAMINS  

PharmaceuGcal  Salts  Handbook    P.Heinrich  Stahl,  Camille  G.  Wermuth  (Eds.)  WILEY-­‐VCH,  2008  

Nalidixic  Acid  O-­‐Desmethylvenlafaxine  

Lidocaine  Sulfadiazine  

INTERESTING  PHARMACEUTICAL  MOLECULES  

O-­‐DESMETHYLVENLAFAXINE  

•  SyntheGc  form  of  the  major  acGve  metabolite  

of  venlafaxine  

 

•  A   selecGve   serotonin   and   norepinephrine  

reuptake   inhibitor   useful   for   the   treatment   of  

depression  O-­‐desmethylvenlafaxine  

Salt  Screening  

US  2008/0015259  A1  

Fumarate  (US  4,535,186)  

Succinate  (Pris2q-­‐Pfizer  US  7,291,347)  

 

O-­‐DESMETHYLVENLAFAXINE  (ODV)  SALT  SCREENING  

Acids  List   Bases  List  L-­‐LacGc  Acid Diethylamine

Fumaric  Acid Diethanolamine

Succinic  Acid   Imidazole

L-­‐Maleic  Acid Morfoline

Hippuric  Acid Piperazine

Malonic  Acid Triethanolamine

Mandelic  Acid 2-­‐(diethylamino)-­‐Ethanol

NicoGnic  Acid L-­‐Lysine

OroGc  Acid   Pyrrolidine  

Oxalic  Acid   L-­‐Arginine  

Piroglutammico  

Salicilic  Acid  

L-­‐Tartaric  Acid

Adipic  Acid

Suberic  Acid

Sebacic  Acid

Pimelic  Acid

ODV-­‐OXALATE  

Known  ODV  salts  

NEW  ODV  salt  

O-­‐DESMETHYLVENLAFAXINE  OXALATE  SALT  

Position [∞2Theta] (Copper (Cu))

10 20 30

Counts

0

400

1600

3600

6400

PCL01_OX Form A

FORM  A  2  

O-­‐DESMETHYLVENLAFAXINE  OXALATE  SALT:  POLYMORPH  SCREENING  

Form  F  

Solvent   EvaporaJon  LT   EvaporaJon  RT   EvaporaJon  HT  

1,4-­‐Dioxane   Mix-­‐Form  A/C   Mix-­‐Form  A/C   Viscous  liquid  

Acetonitrile   Mix-­‐Form  A/C   Mix-­‐Form  A/C   Form  C  

Acetone   Mix-­‐Form  A/C   Mix-­‐Form  A/C  

Ethyl  Acetate   Mix-­‐Form  A/C   Mix-­‐Form  A/C  

Water   Form  D   Mix-­‐Form  A/C   Amorphous  

Nitromethane   Mix-­‐Form  A/C   Mix-­‐Form  A/C   Viscous  liquid  

1-­‐Propanol   Form  C   -­‐   Viscous  liquid  

1,2-­‐Dimethoxy  Ethane   -­‐   -­‐   Amorphous  

Dichloromethane   Form  A     Form  A  

Ethanol   Form  A   Form  A  

Methanol   Form  A   Form  A  

Solvent  for  Slurry   EvaporaJon  LT  

Acetonitrile   Form  A  

Acetone   Form  E  

Di  Ethyl  Ether   Form  A  

1-­‐Propanol   Form  B  

Form  B  (200°C  )  then  slowly  cooled.  

O-­‐DESMETHYLVENLAFAXINE  OXALATE  SALT:  FORM  B  

Position [∞2Theta] (Copper (Cu))

10 20 30

Counts

0

100

400

900

PCL01_OX Form B

1,5  

O-­‐DESMETHYLVENLAFAXINE  OXALATE  SALT:  FORM  C  

Position [∞2Theta] (Copper (Cu))

10 20 30

Counts

0

400

1600

3600

6400

PCL01-OX Form C

2  

O-­‐DESMETHYLVENLAFAXINE  OXALATE  SALT:  FORM  D  

Position [∞2Theta] (Cobalt (Co))

10 20 30 40

Counts

0

2500

10000 pcl01_ox_lt_b in P-1

2,5  

O-­‐DESMETHYLVENLAFAXINE  OXALATE  SALT:  FORM  E  

Position [∞2Theta] (Copper (Cu))

10 20 30

Counts

0

400

1600

3600

6400

PCL01-OX-SL-ACT-100C

O-­‐DESMETHYLVENLAFAXINE  OXALATE  SALT:  FORM  F  

Position [∞2Theta] (Copper (Cu))

10 20 30

Counts

0

400

1600

3600

DEP001 Form B

FORM  E  

FORM  B   FORM  B  –  100  Deg  

FORM  A  +  C  40°C  –  75%RH  

RT    (25°C  –  40%RH)  

FORM  E  +  B  

LT    (4°C  –  80%RH)  

100°C  

40°C  –  75%RH  

FORM  D  recrystallizaGon  experiments  

FORM  F  

200°C  +  cooling  

O-­‐DESMETHYLVENLAFAXINE  OXALATE:  STABILITY  TESTS  

FORM  A   FORM  C  

   

Colourless  needles  approximate  dimensions:  0.2  x  0.2  x  0.3  mm    Triclinic  system  with  cell  parameter      a  =  9.4342(6)  Å  b  =  13.0621(9)  Å  c=  18.0686(12)  Å  α  =  109.701(6)  deg.  β  =  96.728(5)  deg.  γ  =  99.120(5)  deg.    V  =  2034.62  Å3      space  group  P-­‐1.  

O-­‐DESMETHYLVENLAFAXINE  OXALATE  SALT:  FORM  D  SINGLE  CRYSTAL  

CalibraGon  eqn                                Abs  =  1002.4*Conc                                                                                                                  R2  0.99189            

CalibraGon  of  ODV_OX  (Form  A)   CalibraGon  of  ODV_SUCC  (Form  B)  

CalibraGon  eqn                                Abs  =  1141.4*Conc

R2    0.99638

Salt   DissoluGon  Rate  Abs/min  

ODV-­‐SUCC   0.0049  ODV-­‐OXA  Form  A   0.0053  ODV-­‐OXA  Form  B   0.0083  ODV-­‐OXA  Form  C   0.0110  

KINETIC  DISSOLUTION  TESTS  

THERMODINAMIC  DISSOLUTION  TESTS  

Salt   Abs/min   Thermodynamic  Solubility    (g/L)  

 ODV-­‐SUCC  

 1.00  

 70  

 ODV-­‐OXA    

 1.31  

 142  

The  samples  were  suspended  in  a  sodium  chloride  soluGon  0.9%.  

SGrred  at  500  rpm  for  24  h  at  37°C.  

Then  filtered,  diluted  and  analyzed  by  UV.    

WO  2009/155488  A2  

•   ODV  oxalate  (Form  A)  and  other  five  different  crystal  forms  (Form  B,  C,  D,  E  and  F).        • TGA  :  four  polymorphs  are  hydrates  and  two  (Form  E  and  Form  F)  are  anhydrous.        •   The  stability  tests  (40°C  and  75%RH):  Forms  A,  C,  and  D  are  stable.      •    A   significant   increase   in   solubility   for   the  ODV-­‐OX   (142   g/L)   compared  with   the  ODV-­‐SUCC  (70  g/L).  

O-­‐DESMETHYLVENLAFAXINE-­‐OXALATE  SALT:  CONCLUSIONS  

Nalidixic  Acid  

Lidocaine  Sulfadiazine  

OTHER  INTERESTING  PHARMACEUTICAL  MOLECULES  

•  SyntheGc  quinolone  anGbioGc,  anGbacterial  agent    

•  Used  for  urinary  tract  infecGons  

•  One  crystal  form  of  API  was  found  in  the  CSD  (FORM  I)  Nalidixic  Acid  

NALIDIXIC  ACID  

Polymorph  Screening  

 NAL-­‐FORM  I  

 

 EvaporaGon  RT  Acetone  

 NAL-­‐FORM  II  

 Sigma  Aldrich  

   

NAL-­‐FORM  III    

 EvaporaGon  RT  Dichloromethane  

 

NALIDIXIC  ACID  -­‐  DIETHANOLAMINE  

NALIDIXIC  ACID  -­‐  PYRROLIDINE  

NALIDIXIC  ACID:  SALT/CO-­‐CRYSTAL  SCREENING  WITH  BASES  

NALIDIXIC  ACID  SCREENING:  CONCLUSION  

• A  new  crystal  form  of  Nalidixic  Acid  was  obtained  and  

characterized:  NAL-­‐Form  III  (by  recrystallizaJon  from  

dichloromethane).  

• Two    new  SALTS  were  obtained:  with  diethanolamine  

and  with  pyrrolidine.  

Nalidixic  Acid  

SULFADIAZINE  

•  SyntheGc  sulfonamide  anGbioGcs    

•  Used  in  treaGng  urinary  tract  infecGon  

•  One  crystal  form  of  API  was  found  in  the  CSD  (FORM  

I)  Sulfadiazine  (Sulfa)  

•  EvaporaGon  experiments:  Form  I    •  Slurry  experiments:  Form  I  

Polymorph  Screening  

SULFADIAZINE:  SALT/CO-­‐CRYSTAL  SCREENING  WITH  ACIDS  

Sulfa  

Salt  

Salt  

Salt  Co-­‐crystal  

HCl  

Methanesulfonic  acid  

Formic  Acid  

H3PO4  

SULFADIAZINE:  SALT/CO-­‐CRYSTAL  SCREENING  WITH  BASES  

Salt  

Salt  

KOH  

Pyrrolidine  

Salt  

NaOH  

Sulfa  

SULFADIAZINE  SCREENING:  CONCLUSION  

A  Co-­‐crystal  was  obtained:  

• SULFA-­‐FORMIC  ACID  

Six  Salts  were  obtained:  

• SULFA-­‐HCL  

• SULFA-­‐PYRROLIDINE  

• SULFA-­‐METHANSULFONIC  ACID  

• SULFA-­‐KOH  

• SULFA-­‐H3PO4  

• SULFA-­‐NaOH  

Sulfadiazine  

LIDOCAINE  

•  The  first  amino  amide-­‐type  local  anestheGc.  

•  Typically  used  to  relieve  itching,  burning  and  pain  from  skin  

inflammaGons,  injected  as  a  dental  anestheGc  or  as  a  local  

anestheGc  for  minor  surgery.  

•  Used  intravenously  for  the  treatment  of  ventricular  arhytmias.  

•  One  crystal  form  of  API  was  found  in  the  CSD  (FORM  I).  

•  One  HCl  salt  of  API  was  found  in  the  CSD.  

•  EvaporaGon  experiments:  Form  I  •  Slurry  experiments:  Form  I  

Polymorph  Screening  

5 10 15 20 25 30 35 402Theta (°)

0

400

1600

3600

6400

10000In

tens

ity (c

ount

s)

FUMARIC  ACID  

LIDOCAINE:  SALT/CO-­‐CRYSTAL  SCREENING  WITH  ACIDS  

5 10 15 20 25 30 35 402Theta (°)

0

400

1600

3600

6400

10000

Inte

nsity

(cou

nts)

OXALIC  ACID  

MALONIC  ACID  

SUCCINIC  ACID  

LIDOCAINE  SCREENING:  CONCLUSION  

Two  Salts  were  obtained:  

• LIDOCAINE-­‐FUMARIC  ACID  

• LIDOCAINE-­‐OXALIC  ACID  

Two  Co-­‐crystal  was  obtained:  

• LIDOCAINE-­‐SUCCINIC  ACID  

• LIDOCAINE-­‐MALONIC  ACID  

Lidocaine  

CONCLUSIONS  

ü  A  new  salt  of  O-­‐Desmethylvenlafax  and  another  five  crystal  forms  of  it  were  discovered.  

 

ü  A  new  crystal  form  and  two  salts  of  Nalidixic  Acid  were  discovered.  

 

ü  Six  new  salts  and  a  co-­‐crystal  of  Sulfadiazine  were  discovered.  

 

ü  Four  new  salts  of  Lidocaine  were  discovered.  

 

Via  F.S.  Fabri,  127/1  –  Medicina  (BO)  -­‐Tel.  +39  051  6970791  –  Fax.  +39  051  851847  E-­‐mail:  [email protected]  Website:  www.polycrystalline.it  Via  F.S.  Fabri,  127/1  –  Medicina  (BO)  -­‐Tel.  +39  051  6970791  –  Fax.  +39  051  851847  

E-­‐mail:  [email protected]  Website:  www.polycrystalline.it  

EXPERTS IN CRYSTAL FORMS

Thank  you  for  your  aaenbon!