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【CDE文章】听说你爱玩积木?这个立体异构体新药项目就由你负责吧
发表于:2020-05-08 浏览:97

  立体异构体是指原子组成及连接方式相同,而其三维空间排列不同的分子。


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  它包括光学异构体、几何异构体( 又叫顺反异构体),光学异构体又分对映异构体及非对映异构体。

  其中几何异构体与非对映异构体在新药研究中一般作为不同的化合物对待,而对映异构体往往当成一个化合物(消旋体)处理。

  美国 FDA 于1992 年 1 月 5 日发布的有关开发立体异构体 (主要是对映异构体) 新药的政策文件中,鼓励新药研究单位就是否开发消旋体或单一的对映异构体进行讨论。

  那么究竟什么情况下需开发其单一的光学异构体呢? 主要应根据各异构体的药理作用来决定。

  据文献报道,对映异构体的构型与药理作用间的关系大致可分为以下几种情况:

  ① 药物的药理作用完全或主要由其中的一个对映体产生。如 S - 萘普生的镇痛作用比其 R 异构体强 35 倍。

  ② 两个对映体具有完全相反的药理作用。如新型苯哌啶类镇痛药哌西那朵的右旋异构体为阿片受体的激动剂,而其左旋体则为阿片受体的拮抗剂 。

  ③ 一个对映体有严重的毒副不良反应。如驱虫药四咪唑的呕吐不良反应即由其右旋体产生。

  ④一种药理作用具有高度的立体选择性,而其他药理作用的立体选择性很低或无。如镇咳药美沙芬的成瘾性主要由其左旋体产生,而镇咳作用则两者强度一样。

  ⑤两个对映体的药理作用不同,但合并用药有利。如降压药萘必洛尔的右旋体为 β-受体阻滞剂,而左旋体能降低外周血管的阻力,并对心脏有保护作用。

  从上面的分类很容易看出:1 ~ 4 种情况下应优先开发相应的对映异构体,以增强药效或减少毒副不良反应;而第 5 种情况则应开发消旋体或两个对映体的一定比例的混合物。

  纵观这些年来国内外新药研究的趋势,单一的光学异构体药物因其具有以下优点而成为新药研制的一个热点:

  一是可以缩短新药研制周期、减少开发费用。

  据文献介绍:在国外,从已有的外消旋药物的基础上开发其单一的光学异构体药物,只需约 300 万美元的经费及 4 年的研制周期,而创制一个全新的药物则需 2 亿 3 千万美元的费用及 10 ~ 12 年的时间。

  二是可以增强药效或减少毒副不良反应。

  如( S)-普萘洛尔的β-受体阻断活性比其( R)-异构体强 98 倍。


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  另外,近十几年来与此相关的不对称合成及手性拆分技术等都有了长足的进步,也为手性药物的发展提供了坚实的基础。

  例如,1984 年创立的美国 Sepracor 公司的原主要业务即为各大制药公司开发提供异构体分离技术,从1989 年起决定转向开发已有的消旋体药物的立体异构体。因此以单一的光学异构体给药将成为今后新药发展的一个必然趋势。近几年国内新药申报的实际情况也证明了这一点。

  但是由于部分新药研究人员对立体异构体新药的特殊性认识不足,从而在申报资料中出现较多问题,拖延了新药审评的进度。为避免这一情况的发生,有必要在此简单介绍一下在研究与开发这类新药过程中需注意的问题。

  下面根据新药申报资料的顺序一一加以阐述。


  一、制备工艺

  1 直接从起始原料中带入

  在此一定要注意该起始原料应符合以下两个条件:一是有商业来源;二是其化学结构、理化性质、制备方法和杂质情况在化学文献中均有明确描述。如氨基酸类即属于此类原 料,这样在资料中只需注明该起始原料的规格及来源即可。

  如不符合上述条件,则应详细提供该原料的制备工艺、质量标准及检验报告,以利于审评。

  有些申报资料对这一点往往不够重视,出现的问题也较多,希望研制单位在今后加以注意。

  2 通过不对称合成

  在此情况下,首先应尽可能提供所用不对称合成反应的文献资料,如反应机制、反应条件及其优化、立体选择性等;

  其次,应详细提供引入手性中心后每步反应的监控方法、中间体质控方法及数据,尤其是各步中间体的光学纯度检测方法及数据,包括文献数据。

  这两点是评判一个不对称反应优劣的关键,也是其成功与否的关键。

  3 消旋体的拆分

  首先应注意选用价廉、易得、光学纯度高的拆分试剂;其次,应尽量纯化所得的非对映异构体,因为这是控制成品光学纯度的唯一机会。此时应采用合适的方法监控产品的纯度,并在申报资料中提供这方面的试验结果。

  当然,随着手性拆分技术的进步,也可以采用手性色谱法来直接分离对映异构体。

  总之,不论手性中心是如何引入的,在其合成工艺的研究中,一定要选用切实可行的分析方法来检测与控制产品的光学纯度,并在新药申报资料中完整地反映出来。

  几何异构体的制备工艺中所要注意的问题同上。


  二、结构确证

  从立体异构体的定义,我们知道:要确证其结构,除了需按照普通化合物的要求确定分子中各原子的组成、数量及相互间的连接方式外,还要确定各原子在三维空间上的排列顺序。

  对于光学异构体而言,即确定其构型;对于几何异构体,就应确定其顺反式。

  一般来说,光学异构体的构型可用以下几种方法确定:单晶 X-射线衍射法、圆二色谱法、化学相关法、NMR,对于同系物,还可采用手性 HPLC 或 GC 法。

  但是对于新药研究而言,由于现阶段我国的新药大多为仿制国外的已上市产品,所以其构型的确定就可以根据具体情况加以简化。如果能得到国外的对照品或者有比较详细的文献,那么只需比较一下自制品与对照品或文献的比旋度即可确定构型是否一致。

  在此应注意的是,如果该化合物含有几个手性中心,各异构体的比旋度又比较接近的话,光凭比旋度很难确定两者的构型是否一致。这时应结合其他方法,如 HPLC 法,排除差向异构体的干扰后来确定其构型。

  如果既无国外的对照品,又无文献依据,那么就应采用上文所列方法来确定其构型,除特殊情况外,建议优选单晶 X-射线衍射法。对于几何异构体,也应采用适当的方法,如 UV 法、NMR 等来确定其立体结构 。

  例如胃肠动力药西沙必利的结构确证过程中所遇到的问题,就是一个很好的例子。

  西沙必利的结构式如下 :


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  为确定哌啶环的 2 个邻位取代基( 甲氧基与苯甲酰胺基) 是否为顺式,一个申报单位提出的证据如下:

  在高分辨的氢核磁共振谱中,H13的峰比较窄,峰宽仅 11Hz 。这说明在椅式结构的哌啶环中,H13与相邻的两个氢 H12及 H14的偶合中,3 个偶合常数均较小。

  我们知道在饱和六元环的邻位氢偶合常数中,Jaa 约为 8 ~ 13 Hz ,Jae 为2 ~ 6 Hz ,而 Jee 为2 ~ 5 Hz,因此可以肯定 H13一定为 e 键( 即平伏键) ,而 H12为 a 键( 即直立键),从而证明了这 2 个取代基为顺式。

  所以在对立体异构体进行结构确证时,一定要注意对其立体结构信息的解析,并加以确证,否则所证明的只是该分子的平面结构,而这样对于立体异构体的结构确证是不够完全的。


  三、质量研究及质量标准

  鉴于光学异构体的特殊性,在质量研究的过程中,应优选出合理的方法来控制产品的光学纯度。

  比旋度作为手性化合物的一个理化常数,从理论上说,可以反映其光学纯度。但是由于影响比旋度的因素很多,尤其是当产品中混有旋光性杂质时,情况就更为复杂,很难单纯从比旋度的大小来判断产品的光学纯度。这时就应根据其合成路线及结构来选择合适的方法。

  现举例说明如下:我国 1999 年批准上市的一类新药拉米夫定,其分子中有 2 个手性中心,因此存在 4 个立体异构体。而根据其合成路线分析,除所需的产品外,其他3 个异构体均可能产生。因此在选择分析方法时,就应考虑如何检测这 3 个异构体。

  通过一系列的质量研究,最终确定的质量标准中采用的方法如下:除采用比旋度来控制产品的光学纯度外,还用普通的 HPLC 法来检测其中的 2 个差向异构体,而另一个对映异构体则采用手性柱 HPLC 法来定量控制。这样就能比较准确地控制产品的光学纯度 。

  那么是不是所有的光学异构体新药的质量标准中都有必要采用手性 HPLC 法来控制异构体的量呢?我个人认为可根据具体情况来取舍:如果该对映异构体无药理活性,或仅仅是两者的药效大小有差别,那么就无必要采用手性 HPLC 法,只需制定合理的比旋度范围来控制其纯度;

  反之,如果该对映异构体有药理活性,从而产生毒副不良反应,那么就必须采用手性HPLC 法来控制其纯度。

  在质量标准中如何制定合理的比旋度范围,该问题在申报资料中表现比较突出。大多数研制单位仅简单地根据数批样品的比旋度实测值,制定一个范围,而不管该范围是否能真正控制产品的光学纯度。

  要较好地解决这一问题,可从以下几个方面着手:

  首先应尽量获得光学纯度达 100 %的该异构体的比旋度作为基准,然后定量测出各批样品的光学纯度,剔除光学纯度不合格的样品后,再结合其余样品的比旋度实测值与基准值,制订一个合理的范围。

  举一很简单的例子,在一些质量标准中,为控制消旋体的光学纯度,规定其比旋度范围应为 -0 .05°与 + 0 .05°之间,其依据即在于消旋体的比旋度理论值为 0。如果在质量研究中,发现所测比旋度超出上述范围,则应分析是否为测量误差;如不是测量误差,则很可能是产品中存在其他未被发现的光学杂质,应进一步研究。

  总之,对于含有手性中心的新药,应结合其合成路线、立体异构体的多少及药理活性的情况,通过一系列的方法学研究,制定出合理的光学纯度控制方法,切实控制产品的质量,以保证药品的安全有效。

  对于几何异构体,同样应注意检测其异构体的存在,并做详细的方法学研究。


  四、稳定性考察

  在对立体异构体药物进行稳定性研究时,应注意考察其立体结构是否会发生改变,即应使用能评价其立体构型的完整性的方法。一旦证明该立体构型不会发生转化,则不再需要立体选择性的方法。

  在此由于所考察的样品的组成已确定,比旋度的变化应能反映产品的构型变化,而不必采用手性 HPLC 等更精确的方法来监测。


  五、结语

  由于在立体异构体新药的研究中,所遇到的问题千差万别,限于本文的篇幅及笔者的水平,不可能一一罗列。仅根据立体异构体新药的特殊性,并结合本人在新药审评中的体会,提出了一些在研究该类新药中所需注意的问题,希望会对我国的新药研究有所帮助 。

  作者:黄晓龙 国家药品监督管理局药品审评中心 原标题《浅谈在立体异构体新药研究中需注意的问题》


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