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单晶结构解析在药物开发中的作用

2024-03-20

单晶结构解析是化合物结构表征的直观有效的方法之一,在有机合成中,培养单晶主要是为了通过X射线确认结构,通过对不同培养条件的摸索和考察,培养该药物的单晶,并进行X射线单晶衍射测试,可以确定其立体构型。

单晶结构解析在药物开发中的作用

化合物的结构可以决定化合物的物理化学性质。只有充分了解化合物的结构,才能深入认识和理解化合物的性质,才能更好的指导我们药物的研究与开发。 探寻物质结构的方法有很多种,比如元素分析、紫外吸收光谱(UV)、红外吸收光谱(IR)、拉曼吸收光谱(Raman)、核磁共振谱(NMR)、高分辨质谱(HRMS)等,这些方法中,大部分都是基于物质对某些波长的电磁波的吸收或发射,这些均属于波谱方法。人们就可以从这种吸收谱推导出物质的结构与性质方面的信息。

例如从核磁共振谱图可以得到化学位移和耦合常数,通过这些信息可以推导出碳、氢等原子的数量、原子之间的相互关系等等。不同的波谱方法可以得到各种有用的信息,然而,这些方法都无法准确给出分子的立体结构信息。

随着医药行业的发展,每年都有大量的新化合物被合成出来,这些化合物中,有相当部分不仅结构新颖,而且结构也越来越大越来越复杂,用其它波谱方法难以比较清楚、全面地了解其空间结构。

单晶结构分析可以提供一个化合物在固态中所有原子的精确空间位置,从而为化合物研究提供广泛而重要的信息,包括分子、原子的连接形式、分子构象、键长和键角等数据。另外,还可以从中得到化合物的组成比例,对称性、以及原子或分子在三维空间的排列、堆积方式。

因此单晶X-射线结构分析是当前认识固态物质微观结构的有力的技术手段。

单晶结构分析是目前诸多固态物质结构分析方法中,可以提供信息最多、最常用的研究方法。单晶结构解析在药物开发中的主要应用如下:

(1)确证化合物的立体结构

CDE颁布的《手性药物质量控制研究技术指导原则》要求手性药物,需要选择合适的方式来证明该药物的绝对构型。药品审评中心在对该指导原则解读文章中指出,单晶X射线衍射法是确证手性药物构型(手性中心绝对构型)的首选方法,尤其在确证创新性药物构型时,或当药物中存在多个手性中心时,应尽可能通过各种办法获得该药物的单晶样品进行单晶X射线衍射测定。

在“丹参酰-L-丙氨酰-L-脯氨酸冰片酯单晶的制备及其结构表征”一文中,研究者通过溶剂挥发法制备了丹参酰-L-丙氨酰-L-脯氨酸冰片酯的单晶,采用X射线单晶衍射对其晶体空间结构进行了解析,采用X射线粉末衍射进行晶型分析,通过热重分析(TGA)法–差示扫描量热法(DSC)分析热稳定性。研究结果发现粉末X射线衍射实测粉末衍射图特征峰位置与理论衍射峰大致相同,DSC结果与TGA图结果一致,确证了丹参酰-L-丙氨酰-L-脯氨酸冰片酯的立体构型和热稳定性[1]。

(2)确证化合物分子中双键顺反异构,环丁烷对位的顺反异构、轴手性、特殊官能团的互变异构等;

(3)确定原子的位置和连接形式;

(4)确定化合物的化学组成以及比例;

盐型研究中,可以明确成盐的摩尔比,成盐位点,API和成盐反离子之间是键合方式如成盐还是成共晶。共晶筛选,亦是确证成共晶与否的主要技术手段等;

(5)溶剂组成以及溶剂和API的结合方式:可以直接提供化合物是水合物还是某溶剂合物、溶剂的结合方式,是管道水合物还是隔离型水合物以及水的含量;

(6)确定晶型的晶胞参数,提供晶型的标准XRPD谱图。

筑药网在医药中间体、化合物合成领域经验丰富,我们配备有先进的化学合成和纯化设施,以及装备齐全的分析实验室,确保从源头上把控产品质量,所有产品在上市前都经过严格的质量检验,并为客户提供详尽的检测报告和准确的谱图信息。

参考文献:

[1]胡娅琪,魏媛媛,杨宽等.丹参酰-L-丙氨酰-L-脯氨酸冰片酯单晶的制备及其结构表征[J].现代药物与临床,2024,39(01):81-87.

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