藥物分析中的雜質(zhì)到底哪里來的？

為了保證APIs及制劑的質(zhì)量，必須在工藝開發(fā)、優(yōu)化和工藝轉(zhuǎn)化中必須仔細監(jiān)控雜質(zhì)。法規(guī)和國際指導原則更加關(guān)注原料藥中雜質(zhì)的分離、鑒定和控制。今天咱們就根據(jù)具體實例列舉了不同類型雜質(zhì)和不同來源雜質(zhì)的情況。 1、雜質(zhì)的定義和來源

不純物可定義為目標成分與外來物的混合物或本身劣質(zhì)的物質(zhì)。往往是最終的制備工藝對原料藥的成本具有重大影響。產(chǎn)量、物理特性、化學純度是API生產(chǎn)、制劑處方、制劑生產(chǎn)中需要重點考慮的地方。作為新藥申請的一部分，申請人必須向FDA提交原料藥和制劑的生產(chǎn)和過程控制。如果生產(chǎn)批次不符合純度和雜質(zhì)質(zhì)量標準要求，制造商必須進行返工，這不但會消耗原料藥和其他資源，還會耽誤其他批次原料藥的生產(chǎn)，代價很高。雜質(zhì)的來源和類型可以通過原料藥的生產(chǎn)工藝流程圖來進行分析。雜質(zhì)的形成與生產(chǎn)工藝的每個階段相互關(guān)聯(lián)。

簡而言之，任何影響原料藥或成品純度的物質(zhì)都被可認為是雜質(zhì)。雜質(zhì)有各種來源，通常包括：起始原料（S）、中間體，倒數(shù)第二步中間體、副產(chǎn)物、轉(zhuǎn)化產(chǎn)品、相互作用產(chǎn)物，有關(guān)物質(zhì)、降解產(chǎn)物和互變異構(gòu)體。

2、雜質(zhì)的各種來源

1、起始物料

監(jiān)管機構(gòu)一直期望對用于生產(chǎn)APIs的起始物料中的雜質(zhì)進行控制。API的起始物料可以是原料、中間體、或用于生產(chǎn)API及作為API重要結(jié)構(gòu)部分的API。API的起始物料通常有確定的化學性質(zhì)和結(jié)構(gòu)。

FDA指南草案：原料藥—化學和生產(chǎn)控制信息反映出了對起始原料的關(guān)注，認為起始原料應進行良好的選擇和控制，因為起始原料將來的任何變化都會原料藥物的安全性、同一性、純度和質(zhì)量造成影響。

FDA指導原則草案和ICH指導原則為起始物料的選擇提供了依據(jù)：

用適宜的、有區(qū)分力的方法檢測起始物料的質(zhì)量。

制定恰當?shù)馁|(zhì)量標準來保證API的質(zhì)量。

起始物料質(zhì)量對API質(zhì)量的影響應該被理解和控制。

起始原料應是商業(yè)可供的，并被作為一種重要的結(jié)構(gòu)納入到新的藥物中。

起始物料可表征，穩(wěn)定性被充分理解。

起始物料是一種化合物，在化學文獻中已明確定義了其名字、化學結(jié)構(gòu)、化學和物理特點和性質(zhì)及雜質(zhì)概況

由于起始物料對API質(zhì)量的潛在影響，所以起始物料越在API的合成工藝中接近最終API，越應該對其進行嚴格的控制。

例如，氟硝基苯是API奧氮平的關(guān)鍵起始物料。如果關(guān)鍵起始物料中存在2-4-二氟硝基苯雜質(zhì)，根據(jù)文獻條件，將轉(zhuǎn)化為8-氟奧氮平，一種非藥典雜質(zhì)(美國藥典[USP]方法，相對保留時間[rrt] 1.07)。2-4-二氟硝基苯與氟硝基苯一起進入下一階段，在最終階段會生成類似化合物。

另一個例子中，N-[6-(4-苯基丁氧)己基)]苯甲胺為選擇性長效-2-腎上腺素受體激動劑沙美特羅藥物主文件(DMF)中的起始物料。該藥物在臨床上作為吸入支氣管擴張劑使用，用于治療哮喘和慢性支氣管炎。

在沙美特羅的例子中，4-苯基丁醇與1,6-二溴己烷反應產(chǎn)生中間體1，在二甲亞砜和三乙胺存在的情況下，該中間體反過來與芐胺反應產(chǎn)生N-[6-(4-苯基丁氧)己基)]苯甲胺，是沙美特羅DMF中的起始物料?；衔?-苯基丁醇為市售商業(yè)可得，從苯和琥珀酸酐中制備。如果苯中含有微量的甲苯，則甲苯轉(zhuǎn)化為4-(4-甲基芐基)-1-丁醇。化合物4-(4-甲基芐基)-1-丁醇作為起始物料雜質(zhì)存在于4-苯基丁醇中，經(jīng)過進一步反應，類似于4-苯基丁醇，產(chǎn)生甲基沙美特羅雜質(zhì)。同樣，4-苯基丁醇中存在苯乙醇，3-苯基-1-羥基丙烷和4-苯基-2-羥基丁烷將分別產(chǎn)生已知的雜質(zhì)B，C和E。

同樣的，6-羥基和二氯雜質(zhì)，如果存在于環(huán)丙沙星DMF的起始物料中，將轉(zhuǎn)化為歐洲藥典雜質(zhì)F和非藥典雜質(zhì)(氯環(huán)丙沙星) RRT2.1。

2、中間體

APIs合成中形成的有機化合物稱為中間體。合成工藝中，在生產(chǎn)出最終預期化合物前的化合物無稱為倒數(shù)第二步中間體。

3、重排產(chǎn)生的雜質(zhì)

在較短的合成路線或通過一個或兩個鍋反應產(chǎn)生高收率的產(chǎn)品，通常涉及到重排中間體的生成。

例如，API羅匹尼羅（ropinirole）中的溴硝基苯乙烯環(huán)化涉及中間環(huán)離子重排以產(chǎn)生吲哚環(huán)并形成異羥肟酯和氯肟醋酸鹽雜質(zhì)。

4、原位反應產(chǎn)生的雜質(zhì)

合成化學的進步已經(jīng)使得多步法反應只需一步或兩步法進行，而無需分離中間體。此類反應的缺點是形成數(shù)量眾多的預期外的雜質(zhì)，這是因為沒有對中間體和試劑進行分離。

例如，在四丁基溴化銨存在的情況下，使用氫氧化鉀使API左乙拉西坦的關(guān)鍵起始物料(S)-2 -氨基丁酰胺與氯丁酰氯烷化，產(chǎn)生中間體并最終環(huán)化為左乙拉西坦。但是，該中間體作為USP雜質(zhì)A存在于終產(chǎn)品中。

5、無反應活性中間體

無反應活性中間體是由于殘留而與隨后階段使用的試劑發(fā)生反應形成的某中間階段的雜質(zhì)。此類雜質(zhì)在隨后階段中保持無反應活性。

6、反應活性中間體

反應活性中間體，顧名思義，是由于反應的中間步驟而產(chǎn)生的副產(chǎn)物或雜質(zhì)，有可能與隨后階段中使用的試劑或催化劑發(fā)生反應。它們作為反應活性中間體進入每一階段直至最終API中。

在沙美特羅工藝開發(fā)中，在2.08 RRT檢測出一種未知雜質(zhì)，其濃度為0.11%，經(jīng)分離后確定為化合物3。由于中間體2中存在的N-芐基-6-(4 -環(huán)己丁氧基)己烷-1-胺使得最終API中形成的雜質(zhì)，生成沙美特羅環(huán)己基雜質(zhì)。

反應活性中間體，N-芐基-4-苯基丁烷-1-胺存在于中間體2中(見圖2)。通過4-苯基丁醇與芐胺反應形成，并在所有反應步驟中與中間體2競爭形成化合物4。

開發(fā)API阿瑞吡坦烯化路線主要面臨的挑戰(zhàn)是隨后乙烯醚中間體與雙環(huán)戊二烯基二甲基鈦的反應形成乙基雜質(zhì)。

7、雙化合物雜質(zhì)

即使在較小規(guī)模下成功了，但當工藝放大時，可能會形成新雜質(zhì)或未知雜質(zhì)。檢查此類雜質(zhì)的分子量，經(jīng)常顯示出該化合物的重量正好是該反應步驟中形成的化合物重量的2倍。此類二聚衍生物稱為雙化合物雜質(zhì)。

8、副產(chǎn)物

在有機合成化學中，很少能得到100%純度的單一的最終產(chǎn)物，因為轉(zhuǎn)化為副產(chǎn)物，這可通過多種副反應形成，如不完整反應、過度反應、異構(gòu)化、或起始物料、中間體、化學試劑或催化劑間的無用反應。例如，在批量生產(chǎn)對乙酰氨基酚時，可形成副產(chǎn)物二乙酰乙酰氨基酚。

高溫下二乙苯胺中的芳炔醚Claisen重排，形成預期的chroman product并伴隨連續(xù)生成越來越多的呋喃副產(chǎn)物。

在羅匹尼羅合成中，在最后步驟中觀察到了有點類似的情況。羅匹尼羅前體 4 –(2-溴乙基)-13-二氫-2H-吲哚-2-酮和二丙胺水溶液間的反應，產(chǎn)生的羅匹尼羅收率一般為57%，而作為副產(chǎn)物的苯乙烯為38% 。

9、轉(zhuǎn)化產(chǎn)物

轉(zhuǎn)化產(chǎn)物涉及反應中產(chǎn)生的理論產(chǎn)物和非理論產(chǎn)物。可能是副產(chǎn)物的合成衍生物，與副產(chǎn)物密切相關(guān)。

存在轉(zhuǎn)化產(chǎn)物的反應是使用二氯甲烷(MDC)和氯化鋁(AlCl3)的水楊醛與溴乙酰溴的?；磻行纬伤畻钊┞纫阴Ｑ苌?。機制上，使用溴乙酰溴可能未預期會形成氯乙酰衍生物，但假設，由于鹵素交換，可能發(fā)生轉(zhuǎn)化反應。在二氯甲烷中使用路易斯酸AlCl3的Friedel–Craft?；磻校芬姿顾嵝纬呻x子復合物[Cl–AlCl2–Br]–，最終經(jīng)鹵素與溴?；x子交換而產(chǎn)生氯乙酰衍生物。反應中該雜質(zhì)的形成高達7–20%，是生產(chǎn)工藝中未進行控制的雜質(zhì)，然而，該雜質(zhì)不影響最終原料藥的純度。

10、相互作用產(chǎn)物

相互作用產(chǎn)物涉及兩種或以上中間體/化合物與各種化學物質(zhì)有意或無意的相互作用。相互作用產(chǎn)物比副產(chǎn)物和轉(zhuǎn)化產(chǎn)物稍微復雜些。常見的兩種類型的相互作用產(chǎn)物是原料藥-輔料相互作用產(chǎn)物和原料藥-容器/密封組件相互作用產(chǎn)物。

11、有關(guān)物質(zhì)

有關(guān)物質(zhì)指的是與原料藥具有類似結(jié)構(gòu)的雜質(zhì)，可顯示類似生物活性。但是，該結(jié)構(gòu)類似性本身不提供任何類似活性的保證。有關(guān)物質(zhì)的實例是8 -氟奧氮平。

12、降解產(chǎn)物

在原料藥生產(chǎn)中，通過最終產(chǎn)物分解或降解而形成的雜質(zhì)稱為降解產(chǎn)物。該術(shù)語也包括由于貯存、制劑或老化而產(chǎn)生的降解產(chǎn)物。

13、互變異構(gòu)體雜質(zhì)

互變異構(gòu)體是易于相互轉(zhuǎn)化的結(jié)構(gòu)異構(gòu)體，在平衡時可共存。對于存在互變異構(gòu)現(xiàn)象的APIs或藥物分子，在識別兩種互變異構(gòu)型時易于混淆。如果一種互變異構(gòu)體熱力學穩(wěn)定，是主要形式，則另一種互變異構(gòu)體應視為雜質(zhì)或稱為API或藥物分子的互變異構(gòu)體。據(jù)作者所知，文獻還未涉及最終API互變異構(gòu)體雜質(zhì)的分離、合成或表征。

利奈唑胺是治療革蘭氏陽性菌院內(nèi)感染的藥物。惡唑烷酮類具有獨特的菌體蛋白的合成抑制機制。利奈唑胺由于該內(nèi)酰胺-內(nèi)酰亞胺互變異構(gòu)現(xiàn)象而具有N-乙酰基(–NH–CO–CH3)，這可能發(fā)生在合成過程中，而且可能保持穩(wěn)定。需開發(fā)有效的分析方法來識別兩種互變異構(gòu)體。

培美曲塞二鈉2,4-二氨基-6 -羥基嘧啶的關(guān)鍵起始物料顯示，酮-烯醇形式存在于不同的比例中，使用已知的合成路線可轉(zhuǎn)換為最終藥物。

不同互變異構(gòu)體的動力學和熱力學穩(wěn)定性不同，所以很難確定是否能進行分離或分析。在API/藥物中使用術(shù)語“互變異構(gòu)體雜質(zhì)”在不久的將來會是一個重要的討論點。

3、結(jié)論

本文的突出了雜質(zhì)的來源和分類，對原料藥和制劑中的雜質(zhì)提供了一種觀點。原料藥的雜質(zhì)概況對保證制劑質(zhì)量正變得日益重要。無論哪類雜質(zhì)，對于工藝開發(fā)化學家來說，進行識別和充分的控制是一項巨大的挑戰(zhàn)。因為沒有相同的兩種藥物，所以也沒有相同的兩種開發(fā)路徑。每個候選藥物在雜質(zhì)方面造成的挑戰(zhàn)不同，建立一個有效方法對雜質(zhì)進行分離和控制是一項關(guān)鍵任務。