化学药物结构确证研究的技术要求与案例分析王玉成

化学药物结构确证研究的技术要求与案例分析王玉成中国医学科学院医药生物技术研究所目录o(一)结构确证研究的一般原则和要求o(二)对不同类别药品结构确证的要求o(三)对特殊化学结构药品结构确证的要求o(四)各项波谱和测试的技术要求(案例)1.结构确证研究的主要对象2.结构确证研究的基本方法3.结构确证研究的主要内容4.结构确证研究的一般要求(一)结构确证研究的一般原则和要求1.结构确证研究的主要对象经化学全合成或半合成、微生物发酵以及从动、植物中提取的原料药,包括新药、进口药和已有国家标准的药品.按来源：化学合成、半合成、天然产物中提取、发酵等;按组分：单一组分、多组分混合物;按分子量：小分子化合物、大分子化合物;按结构特点：成盐化合物和非成盐化合物、手性化合物和非手性化合物、含结晶水/溶剂和不含结晶水/溶剂等;2.结构确证研究的基本方法①化学方法：理化分析、元素分析、化学关联等②物理方法：波谱方法、衍射技术a.射频波、微波与物质的相互作用：核磁共振、电子顺磁共振等(ESP根据谱图中吸收峰的位置、谱线的积分强度、谱线的宽度及超精细结构等信息可以鉴定自由基和过滤金属离子等顺磁粒子的结构状态，检测它们的浓度（可检测到10-14摩/升）。)b.红外、可见、紫外光与物质的相互作用：红外光谱、紫外光谱、拉曼光谱等c.X－射线与物质的相互作用：X－射线衍射等d.电子与物质的相互作用：质谱、电镜等e.其他：热分析、原子吸收、原子发射等3.结构确证研究的主要内容①骨架（平面）结构：分子中各原子之间的连接顺序和方式;②构型：分子中各原子之间的空间相对位置;③结晶水/结晶溶剂：与水、有机溶剂通过氢键等结合;④晶型：分子（或原子）在晶体中的排列方式;骨架（平面）结构例：氟吗西尼骨架（平面）结构的研究方法:a.单晶X－射线衍射;b.常规方法，如元素分析（或高分辨质谱）、UV、IR、NMR（包括二维谱）、MS等组合;应根据化合物骨架结构的特点及其复杂程度、有无对照品及参考文献，合理选用测试项目。构型：几何构型:双键、环状化合物，常用顺－反（cis－trans）或Z－E表示例：西尼地平（±）-3-（2-甲氧基乙基）-5-[3-苯基-2（E）-丙烯基]-2,6-二甲基-4-（3-硝基苯基）-1,4-二氢-3,5-吡啶二甲酸酯例：拉米夫定(2R-顺式)-4-氨基-1-(2-羟甲基-1，3-氧硫杂环戊-5-基)-1H-嘧啶-2-酮NNONH2OSHO几何构型的研究：理化性质差别明显a.理化常数，例如熔点等;b.氢谱、碳谱;c.红外光谱、紫外光谱等;光学异构：由于分子的不对称性引起，常用D-L或R-S表示。例：那格列奈（－）－N-（反-4-异丙基环基甲酰基）-D-苯丙氨酸CH3H3CONCH2HHCOOH例：前列腺素E1（1R，2R，3R）-3-羟基-2-[（E）-（3S）-3-羟基-1-辛烯基]-5-氧代环戊烷庚酸光学异构的研究：a.比旋度测定b.手性柱色谱（HPLC、GC）c.核磁共振（NMR）d.单晶X—射线衍射（SXRD）e.旋光光谱（ORD）(1.决定化合物之绝对立体构造。2.决定蛋白质2级与3级构造。)f.圆二色谱（CD）g.其他方法对照品法——根据对照品的构型推定化学关联法——利用合成工艺分析例如，左旋西替利嗪的构型确证：手性柱色谱定位（与对照品对比)、比旋度数据、光学纯度分析晶型的研究:晶型是化合物一个重要特性;对于多晶型药物,因晶格结构不同,某些理化性质(如熔点、溶解度、稳定性)可能不同;而且在不同条件下,同一化合物的各晶型之间可能会发生相互转化。对于难溶性固体口服制剂,其原料药晶型可能影响药物的溶解度、稳定性、药代动力学性质进而可能影响药效。所以对于已有文献报道的多晶型化合物应明确其晶型,晶型的一致性;对于创新药也应注意积累相关研究资料观察有无多晶型现象。晶型的研究:a.粉末X-射线衍射法b.红外光谱法、拉曼光谱法c.熔点法d.热分析e.光学显微镜法无对照品和文献报道：考察不同结晶条件下（溶剂、温度、结晶速率等）制备样品的熔点、红外光谱、粉末X－射线衍射等;有对照品:对比自制药物与已上市药物的熔点、红外光谱图、粉末X－射线衍射图谱等;有文献报道:对文献资料进行分析，选取能够准确反映产品晶型的测试项目;结晶水/结晶溶剂的研究:药物分子通过氢键等和水、有机溶剂结合形成水合物/溶剂化物,含有不同数量结晶水/结晶溶剂的化合物可能具有不同的物理性质,进而可能影响药物的生物利用度,因此对于原料药应明确其所含的结晶水/溶剂的情况。结晶水/结晶溶剂的研究:a.元素分析b.热分析c.干燥失重、水分检查d.单晶X-射线衍射创新药：在干燥失重、水分测定研究的基础上，通过热分析、元素分析等确证样品分子中结晶水/结晶溶剂的数量;已上市的药品：采取合适的分析方法对样品进行分析，以确证其结晶水/结晶溶剂的情况与已上市产品一致;小结：在审评过程中专家评价的关注点一般包括:结构确证方案设计的合理性,是否对化合物所有要素进行了考虑;研究内容设置的全面性,所有的结构特征是否已被确证;分析方法选择的正确性,所用方法能否针对性地解决结构问题。研发者在进行结构确证研究时,测试项目的选择要依据化合物结构特点、需要解决的结构问题、各种方法所能解决的结构问题等综合考虑。①对测试样品和对照样品的要求：测试样品:a.精制方法测试样品要采用和原料药制备工艺中相同的精制方法、工艺条件进行精制；对于进行晶型分析、结晶水/结晶溶剂分析时尤其需要注意，因为不同的精制方法和工艺条件可能产生不同的晶型、结晶水/溶剂。b.纯度要求大于99.0%，杂质含量应小于0.5%；对于手性药物，应增加对对映体、非对映体纯度要求，一般不低于99.5%。注意点：仿制药物：相关物质大于或等于0.1%，要进行结构确证（注意响应因子）创新药物：除了与仿制药物一样之外，尽可能多的罗列所有可能杂质，要与中间体关联，特别注意手性问题！对照品:a.合法来源证明购得的标准品(已有国家标准的药品)市售原料药市售制剂中提取得到的原料药从正规试剂公司购得的试剂等（有的申报资料中，未选择上市原料药或其他合法对照品，而是采用自己单位精制的产品，这种“自身”对照的数据和图谱对于结构确证没有任何帮助。）b.精制方法：对于用于晶型、结晶水等信息确证的对照品，不应采用处理后原料药或制剂中提取物作为对照品，因为原料药和制剂在不同溶媒处理后，会对样品真实的晶型和结晶水产生影响，造成误判。c.纯度检查：对照品的纯度检查：申报资料中应提供对照品的纯度检查结果。一般来说，对照品纯度应不低于精制品纯度，以保证对照品对药物结构确证的支持力度。4.结构确证研究的一般要求②对图谱、数据的要求附图应为原图的复印件或照片;图谱及图谱上的标记、数据应清晰，并有完整的检测日期、各项参数、测试条件、仪器型号及样品编号等记录。各项检测数据应按规定列表说明，注明其顺序。有对照品的应将测试品和对照品同一波谱的数据在一个表中对比列出。如有可作参照的文献数据，也可列在同一表中。质谱应附离子裂解图。(二)对不同类别药品结构确证的要求未知结构的化合物：推论结构已知结构的化合物：验证结构①未在国内外上市销售的原料药按全新化学单体要求：推论结构a.完成必要的各项测试;b.应提供充分的试验图谱和数据;c.按新化合物要求进行图谱解析和综合解析;如有参考文献资料，可提供作参考。②已在国外上市销售但尚未在国内销售的原料药或已有国家标准的原料药按已知化学结构的药物：验证结构可以使用对照品可以参考文献a.有合格对照品的化合物：提供测试样品和对照品在完全相同条件和同一仪器上测得的各项图谱和数据，完成所需的各项目测试，若二者完全相同，并对重要的波谱讯号和测试数据进行了正确解析，即可得出二者化学结构一致的结论。b.有详细文献数据的化合物：可对结构确证研究的内容、方法提供线索，并为解析提供参考，但是不能作为结构确证研究的充分证据，仍需要进行较为详尽的图谱解析和综合解析。c.无对照品和文献数据的化合物：除了目标化合物的结构外，缺乏其他支持性资料，因此原则上应按全新化学单体要求进行全面的研究，提供充分的试验图谱和数据，可结合其它研究工作（例如合成工艺路线的确定）以进一步推论化合物的结构。(三)对特殊化学结构药品结构确证的要求1.立体异构体药物立体异构体：①光学异构体a.对映异构体b.非对映异构体②几何异构体（顺、反异构体）手性药物----绝对构型和相对构型a.单一对映体----绝对构型比旋度测定手性柱色谱(手性HPLC和GC)核磁共振单晶X-衍射圆二色谱旋光光谱b.消旋体----有多个手性中心时要求确定相对构型;c.立体异构混合物----确定异构体的组成和比例;“手性药物申报资料及审评要点”(药审中心)①应注意确证产品的立体构型。可根据手性中心的多少、文献数据是否充足、对照品的有无来选择合适的确证的方法，必要时可采用单晶X－射线衍射进行确证。②比旋度是必须的检测项目之一，已知的起始原料的构型和化学合成方法的立体选择性也可作为依据之一。2.具有多晶型的药物晶型:是指结晶物质晶格内分子的排列形式。多晶型物质晶格内部分子间力的差异可能引起药物各种理化性质的变化，主要对熔点、溶解度及溶出速率、稳定性、有效性的影响。重点：以适宜的方法获得药物晶型的数据。常用方法：粉末X-衍射法红外吸收光谱法熔点热分析光学显微镜①创新药物a.不同结晶条件下（溶剂、温度、结晶速率等）晶型的一致性；b.不同晶型是否影响药物活性和毒性等;②结构已知的仿制药品a.力求与被仿制品保持一致；特别是被仿制药为晶型选择性药物，且各晶型的理化性质及生物药剂学性质有明显差异的仿制药品，要重点确定与被仿制品种晶型的完全一致性（熔点、红外吸收光谱、粉末X—射线衍射图等)。b.重点关注难溶性固体口服制剂晶型的研究；3.合成多肽类药物氨基酸分析（证明多肽的组成是否正确）；质谱测定（提供相对分子质量及序列的信息）；序列分析以及肽图测绘等；紫外：对具有生色团结构的小肽有一定的测试意义；红外：适用于小肽（含三个氨基酸的肽）、拟肽等；核磁共振：可对小肽的结构提供部分信息；其他方法：HPLC、比旋度测定等。药物结构中有半胱氨酸，应明确其状态（氧化态或还原态）；药物结构中存在二硫键，应明确二硫键的正确连接点；结合合成工艺对中间体的研究，对终产品的结构进行确证。4.多糖类药物多糖结构的描述包括:①多糖的分子量范围；②多糖的单糖组分；③单糖的连接点类型；④单糖和糖苷键的构型；⑤重复单位;确证方法：单糖的分离、鉴定：纸色谱法、TLC、HPLC、气-质联用技术等；多糖的相对分子量及分子量分布测定：凝胶色谱法；糖苷键的连接方式及糖苷键的位置：红外、核磁共振、化学反应后产物的分析等；5.多组分药物明确各组分的组成比例，对影响药效和毒性的主要成分进行结构确证。可使用经典的提取方法或其它分离技术，如制备色谱（TLC，HPLC），分离得到主要药效成分单体，按单体项目要求进行化学结构确证。在组分多，含量少，难于得到单体时，可使用联机分析技术，如气一质联用（GC—MS），液—质联用（LC—MS），气—付利叶红外联用（GC—FTIR），质—质联用（MS—MS），辅助组分结构的验证及定量分析。6.不含金属元素的有机盐类或复合物应同时提供成盐前后的两套波谱和试验数据。对于某些波谱测定有困难或不易说明其结构的盐或复合物，可测定药物酸根或碱基的波谱，并结合其他试验项目进行确证。7.金属盐类和络合物除通常要求的各项测试外，还应提供确证分子中金属元素的种类、存在形式和含量的有关图谱和分析数据。不适于或不能测试金属盐本身的项目，可以用成盐前的酸分子或配位体的相应测试结果进行佐证。8.半合成化合物分子母核的结构为已知并可以确证其原分子母核结构在合成过程中未发生改变的，可适当简化对母核部分结构的确证工作。重点对新引入基团进行结构确证，可以结合原料结构和合成路线进行论证和说明。如涉及构型确证，若母核手性中心构型没有改变时，重点在于侧链和取代基中新引入手性中心的构型确定。综合解析举例FAB