步琦SFC系統(tǒng)
純化利多卡因與乙酰氨基酚
SFC應(yīng)用
”
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簡介
藥物是一種由化學(xué)或生物來源制成的產(chǎn)品,,用于人類或動(dòng)物的醫(yī)療治療,這些藥物往往以化學(xué)合成的形式來生產(chǎn),?;瘜W(xué)合成是一種通常伴隨著雜質(zhì)存在的過程,,因?yàn)楫a(chǎn)率很少是 100%。這些雜質(zhì)可能會(huì)對最終產(chǎn)品的療效,、安全性和質(zhì)量產(chǎn)生重大影響,。因此,對藥物進(jìn)行純化以確保合成化合物的純度和完整性是至關(guān)重要的,,藥物的純化可以通過色譜法等多種方法進(jìn)行,。
最近,超臨界流體色譜(SFC)已經(jīng)作為一種替代反相液相色譜(RP-HPLC)的方法出現(xiàn),。SFC 使用超臨界二氧化碳作為流動(dòng)相的一部分,,這是一種清潔且環(huán)保的溶劑,很容易從最終產(chǎn)品中去除,。此外,,SFC 結(jié)合了氣相色譜和液相色譜的優(yōu)點(diǎn),在提供高分辨率的同時(shí)也能以更快的速度分離樣品,。
在 SFC 的方法開發(fā)過程中,,最大的難點(diǎn)在于沒有一種通用的固定相。因此需要在不同的固定相上進(jìn)行篩選,,以確定要分離的樣品的最好選擇性,。CO2 的低極性溶劑特性允許在色譜柱篩選時(shí)同時(shí)考慮非極性和強(qiáng)極性的固定相。在確定最佳固定相后,,就可以進(jìn)一步放大到制備規(guī)格,。
在本次應(yīng)用中,我們會(huì)例舉利多卡因和乙酰氨基酚的合成案例,,利用 SFC 系統(tǒng)來高效去除合成過程中的雜質(zhì),,獲取高純度目標(biāo)化合物。在這一過程中,,需要先進(jìn)行合適色譜柱的篩選,,再放大至制備色譜的規(guī)格。
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設(shè)備
BUCHI Sepmatix 8x SFC 8通道平行色譜系統(tǒng)
BUCHI Sepiatec SFC-50 超臨界制備色譜系統(tǒng)
BUCHI PrepPure 硅膠,,5um,250×4.6mm
BUCHI PrepPure 二醇基,,5um,250×4.6mm
BUCHI PrepPure 氨基,5um,250×4.6mm
BUCHI PrepPure 2-EP,,5um,250×4.6mm
HILIC柱,,5um,250×4.6mm (Dr. Maisch GmbH)
BUCHI PrepPure PEI,5um,250×4.6mm
BUCHI PrepPure CBD,,5um,250×4.6mm
氰基柱,,5um,250×10mm ,(Dr. Maisch GmbH)
BUCHI PrepPure PEI,5um,250×10mm
BUCHI PrepPure 氨基,,5um,250×10mm
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化學(xué)品與樣品
化學(xué)品:
二氧化碳 (99.9%)
甲醇 (≥99%)
甲醇溶液中2M的氨溶液
甲酸(99%)
去離子水
為了安全處理,,請注意所有相應(yīng)的MSDS!
樣品:
乙酰氨基酚合成產(chǎn)物
利多卡因合成產(chǎn)物
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程序設(shè)定
BUCHI Sepmatix 8x SFC平行色譜系統(tǒng)
流動(dòng)相:A= 二氧化碳,;B= 甲醇
柱尺寸:250×4.6mm
流速:3mL/min(每根色譜柱)
檢測:DAD 紫外掃描 200 nm - 600 nm
流動(dòng)相條件:
0−0.5min | 5%B |
0.5 – 8.0 min | 5 – 50 % B |
8.0 – 9.4 min | 50 % B |
9.4 – 9.5 min | 50 – 5 % B |
9.5 – 10 min | 5 % B |
篩選過程自動(dòng)運(yùn)行,,流速設(shè)置為 3mL/min 每通道,使用流控單元,,平衡每一根色譜柱,。樣品自動(dòng)注入(V = 5 μL),并開始平行篩選(運(yùn)行時(shí)間 =10min),。背壓調(diào)節(jié)器設(shè)置為 150 bar,,柱子加熱至 32℃,可按需往改性劑中加入添加劑改善峰型,。
BUCHI Sepiatec SFC-50超臨界制備色譜系統(tǒng)
流動(dòng)相:A= 二氧化碳,;B= 甲醇
柱尺寸:250×10mm
流動(dòng)相條件:等度運(yùn)行條件
檢測:紫外
所有 10mm ID 色譜柱都在預(yù)設(shè)流速下平衡 3 分鐘,使用自動(dòng)進(jìn)樣器上樣,,并開始運(yùn)行,。背壓調(diào)節(jié)器設(shè)置為 150 bar,柱子加熱至 40℃,,可按需往改性劑中加入添加劑改善峰型,。
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結(jié)果
5.1 乙酰氨基酚
乙酰氨基酚(下稱 AA),也常被稱為對乙酰氨基酚,,是一種鎮(zhèn)痛劑,、解熱劑和手性藥物。它屬于非阿片類鎮(zhèn)痛劑這一類,。在化學(xué)上,,它可以通過對氨基苯酚(下稱 AP)與乙酸酐的反應(yīng)來合成,在此過程中發(fā)生 N-乙?;ㄒ?strong style="box-sizing: border-box;">圖1),。為了確定乙酰氨基酚合成產(chǎn)物的最佳純化分離固定相,首先進(jìn)行了柱篩選(見圖1),。
▲ 圖 1:頂部:乙酰氨基酚合成的反應(yīng)方程式,,底部:Sepmatix 8x SFC 儀器色譜柱篩選結(jié)果;從左到右:硅膠,,氨基,,二醇基,氰基,,2-EP,,HILIC,PEI和CBD;運(yùn)行時(shí)間 = 10分鐘,。
圖1顯示,,二醇基和 2-EP 相并未表現(xiàn)出分離度,硅膠相,、CBD 相、氰基相和氨基相未顯示出理想的分離度,,因?yàn)樗鼈儫o法實(shí)現(xiàn)基線分離,。HILIC 和 PEI 相具有良好的選擇性和分辨率,且分辨率始終遠(yuǎn)高于 1.5(見表1),。1.5 的分辨率意味著可以很好地分離 2 個(gè)峰,。表1 還顯示了洗脫順序,氰基相顯示出相反的洗脫趨勢,,對氨基苯酚先洗脫,,然后是對乙酰氨基酚。篩選結(jié)果表明,,反應(yīng)并非100,,因?yàn)楫a(chǎn)物中仍含有大量對氨基苯酚。
▲ 表1:樣品在不同固定相色譜柱條件下的分辨率值和洗脫順序
選擇 PEI 相色譜柱放大至制備規(guī)格,,因?yàn)樗哂凶罡叩姆直媛剩ㄒ?span style="text-decoration-line: underline; box-sizing: border-box;">圖2),。根據(jù)篩選時(shí)的色譜圖,我們可以確定 AA 和 AP 在甲醇為 35−40% 之間洗脫,。圖2(頂部)顯示了在 40% 甲醇等度條件下,,在 10 x 250mm 的PEI 色譜柱上對 AA 進(jìn)行純化的情況,結(jié)果顯示 AA 和 AP 可以非常良好地分離,。因此在相同的條件下,,可以實(shí)施一個(gè)堆疊注射方法,用于自動(dòng)純化并收集 AA (見圖2,,底部),。
▲ 圖2:單次注射(頂部)和堆疊注射(底部)用于AA的純化;運(yùn)行條件:流速=30 mL/min,, 甲醇= 40 %,,溫度 = 40 ℃,壓力BPR = 150 bar,,注射 = 250 µL,,UV波長 = 254 nm;堆疊注射條件:注射次數(shù) = 10,,堆疊時(shí)間 = 1.8 min,,F(xiàn)ractions = 1(基于時(shí)間的)。
5.2 利多卡因
利多卡因(下稱 L),化學(xué)名為 2-二乙基氨基 -N-(2,6-二甲基苯)乙酰胺,,是一種用作局部麻醉劑和抗心律失常藥物的藥物,,它作為鈉通道阻斷劑起作用。利多卡因可以通過兩步合成過程生產(chǎn)(見圖3),。第一步中,,2,6-二甲基苯胺(下稱 X)的氨基組團(tuán)被酰化 ,。第二步中,,中間產(chǎn)物(下稱 IP)通過與二甲胺的親核取代反應(yīng)轉(zhuǎn)化為利多卡因。因此,,需要進(jìn)行兩步純化過程,。色譜柱篩選的結(jié)果如圖3所示,篩選過程中,,在改性劑甲醇中始終添加 20 毫摩爾氨水作為堿性添加劑,。
▲ 圖 3:頂部:利多卡因合成的反應(yīng)方程式,底部:Sepmatix 8x SFC 儀器色譜柱篩選IP與利多卡因結(jié)果,;從左到右:硅膠,,氨基,二醇基,,氰基,,2-EP,HILIC,,PEI 和 CBD,;運(yùn)行時(shí)間 = 10分鐘。
從結(jié)果來看,,所有色譜柱都可用于中間體 IP 的第一步純化分離,,因?yàn)槎季哂谢€分離的效果。其中氨基相具有最高的分辨率,,且在甲醇比例較低時(shí)就能出峰(見圖3),。對于第二步利多卡因的純化,氰基和CBD相無法實(shí)現(xiàn)基線分離,,而氨基再次表現(xiàn)出最佳的分離度(見表2),。在洗脫順序上,第一步中間體的純化出峰順序都是先 X 再 IP,,而第二步的利多卡因的純化除了硅膠相之外都是先 L 再 IP(見表2),。
▲ 表2:樣品在不同固定相色譜柱條件下的分辨率值和洗脫順序
最終選擇 10 x 250mm 的氨基色譜柱進(jìn)行制備純化,因?yàn)樗姆直媛士偸亲罡叩模ㄒ?strong style="box-sizing: border-box;">表2),。氨基柱篩選結(jié)果顯示,,X 和 IP 出峰時(shí)的甲醇比例約為 10 - 19%,,L 和 IP 出峰時(shí)的甲醇比例約為 11 - 19%。圖 4 a) 顯示的是甲醇比例為 16% 等度條件下的 IP 的單次純化分離圖譜,,圖 4 b) 顯示的是甲醇比例為 20% 等度條件下的 L 的單次純化分離圖譜,。在相同的條件下,可以進(jìn)行疊層進(jìn)樣分離,,分別自動(dòng)純化 IP 和 L,,并進(jìn)行餾分收集(見圖 4 c) 和 d))。
▲ 圖4:中間體 IP 的單次進(jìn)樣(a)和疊加進(jìn)樣(c),;運(yùn)行條件:流速 = 20 mL/min,,改性劑 = 甲醇 + 20 mM 氨水,改性劑 % = 16 %,,溫度 = 40 °C,壓力 BPR = 150 bar,,進(jìn)樣量 = 170 μL,,紫外波長 = 254 nm;疊加進(jìn)樣條件:進(jìn)樣次數(shù) = 15,,疊加時(shí)間 = 0. 75 min, Fractions = 1 (基于時(shí)間); 利多卡因L的單次進(jìn)樣 (b) 和疊加進(jìn)樣 (d) ; 運(yùn)行條件:流速 =20 mL/min, 改性劑 = 甲醇 + 20 mM 氨水, 改性劑 % = 20 %, 溫度 = 40 °C 和壓力 BPR = 150 bar, 進(jìn)樣 = 170 μL, 紫外波長 = 254 nm; 疊加進(jìn)樣條件:進(jìn)樣次數(shù) = 20, 疊加時(shí)間 = 0.65 min, Fractions = 1 (基于時(shí)間),。
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結(jié)論
在進(jìn)行有機(jī)合成后,由于副反應(yīng)或轉(zhuǎn)化率未達(dá)到 100%,,通常仍會(huì)存在雜質(zhì),,這些雜質(zhì)必須去除,尤其是在藥品生產(chǎn)中,。
在藥物合成研發(fā)領(lǐng)域,,時(shí)間與效率至關(guān)重要。BUCHI 的 SFC 色譜解決方案為研發(fā)人員提供了強(qiáng)大的工具,,通過 Sepmatix 8x SFC 色譜柱篩選系統(tǒng)與 Sepiatec SFC-50 制備色譜系統(tǒng)相結(jié)合,,可快速篩選出合適的色譜柱并線性放大至制備規(guī)格。SFC-50 的疊層進(jìn)樣功能,,不僅能實(shí)現(xiàn)無人值守自動(dòng)分離,,還可顯著提高分離效率,從而加快藥物合成研發(fā)的速度,。
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參考文獻(xiàn)
Medikamente & Medizinprodukte (admin.ch) (Status 23.11.2023).
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PRACTICAL APPLICATION OF SUPERCRITICAL FLUID CHROMATOGRAPHY FOR PHARMACEUTICAL RESEARCH AND DEVELOPMENT, Vol. 14, M. Hicks and P. Ferguson, 2022 Elsevier Inc.
Th. Eicher und H. J. Roth; Synthese, Gewinnung und Charakterisierung von Arzneistoffen, Georg Thieme Verlag, Stuttgart (1986).
The synthesis of Lidocaine (University of San Diego).
Winterfeld, K. – Praktikum der organisch-präparativen Pharmazeutischen Chemie, 6. Auflage, Steinkopff Verl., Darmstadt (1965).
Axel Kleemann, Jürgen Engel, Bernd Kutscher und Dietmar Reichert: Pharmaceutical Substances, 4. Auflage, Georg Thieme Verlag, Stuttgart (2000).
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