1 Общие методы анализа лекарственных веществ
2 Краткий план лекции 1. Классификация ЛВ. Общая характеристика фармакопейного анализа ЛВ. Реактивы, используемые в фармакопейном анализе. 2. Физико-химические свойства лекарственных веществ (агрегатное состояние, внешний вид, окраска, кристалличность, полиморфизм и методы его исследования. Растворимость. Кислотно-основные свойства лекарственных веществ). 3. Физические константы лекарственных средств и методы их определения. 4. Методы идентификации лекарственных средств 5. Примеси в лекарственных средствах, классификация, методы идентификации и анализа. Понятие о стрессовых испытаниях 6. Методы количественного анализа лекарственных средств
3 Классификация ЛВ 1. Неорганические вещества (производные s-, p- и d- элементов). 2. Органические вещества 2.1. Алифатические соединения (алканы, галогеналканы, спирты, альдегиды, простые эфиры, углеводы, аминокислоты, карбоновые кислоты) 2.2. Ароматические соединения (фенолы, ароматические карбоновые кислоты, ароматические аминокислоты, фенилалкиламины, сульфаниламиды); 2.3. Стероидные соединения, простагландины
4 Классификация ЛВ (продолжение) 2.3. Гетероциклические соединения 2.3.1. Соединения, содержащие один гетероатом (производные фурана, бензофурана, пиридина, хинолина, изохинолина и др.); 2.3.2. Соединения содержащие два и более одинаковых гетероатома (производные пиразола, имидазола, бензимидазола, пурина, птеридина и др.). 2.3.3. Соединения содержащие два и более разных гетероатомов (производные тиазола, бензотиазола, оксазолидины и др.). 2.4. Элементорганические вещества. 3. Радиофармацевтические препараты. 4. Биотехнологические (высокомолекулярные) лекарственные вещества
5 Фармацевтический анализ (анализ ЛВ и ЛС) Фармацевтический анализ – это раздел науки о химической характеристике и измерении БАВ на всех этапах производства – от контроля сырья до оценки качества полученного ЛВ, изучения его стабильности (установления сроков годности) и стандартизации ЛФ и ЛС. Особенности: 1. Проводится анализ совершенно различных по природе, структуре и свойствам веществ 2. Измеряемые концентрации (содержания) находятся в диапазоне от 10 -9 (1 ppb ) до 100%. 3. Анализируются не только индивидуальные ЛВ, но и их смеси.
6 Фармацевтический анализ (классификации) В зависимости от поставленных задач: 1. Фармакопейный анализ 2. Постадийный контроль производства ЛВ и ЛС 3. Анализ индивидуальных ЛС 4. Аптечный экспресс-анализ 5. Биофармацевтический анализ В зависимости от результата: 1. Качественный 2. Количественный 3. Полуколичественный (предельные испытания)
7 Критерии фармацевтического анализа 1. Избирательность (специфичность, селективность) – способность однозначно оценивать определяемый компонент выбранным методом независимо от других присутствующих веществ (примесей, продуктов распада и др.) в испытуемом образце в пределах заданного диапазона применения. 2. Чувствительность 2.1. Предел обнаружения 2.2. Предел определения 3. Правильность – отражение разницы между истинным содержанием определяемого компонента и экспериментальным результатом анализа. 4. Воспроизводимость (прецизионность) – характеристика «рассеивания» результатов возле среднего значения определяемой величины. 5. Робастность – характеристика устойчивость методики во времени. Эти критерии устанавливаются в процессе валидации методов (методик)
8 Фармакопейный анализ ЛВ (общая структура)
9 Химическое название Используется номенклатура IUPAC (International Union Pure Applied Chemistry) – Международный союз чистой и прикладной химии) (гораздо реже – тривиальные названия) 1) определяют тип номенклатуры (заместительная, радикально- функциональная); 2) определяют тип характеристической группы, которую следует принять за главную; 3) определяют родоначальную структуру (главную цепь, старшую циклическую систему); 4) дают название исходной структуре и основным группам; 5) дают название префиксам; 6) проводят нумерацию; 7) объединяют частичные названия в общее полное название, придерживаясь алфавитного порядка для всех определяемых префиксов. Помимо названия указывают структурную химическую формулу и брутто-формулу.
10 Пример оформления 2-(нафтален-1-илметил)-4,5-дигидро-1 Н -имидазола гидрохлорид
11 Пример построения химического названия органического ЛВ Выбор нумерации: от атома азота, ближайшего к старшему заместителю (С=О-группе). Установление родоначальной структуры: 1,4-бензодиазепин; Название с учетом заместителей: 2,3-дигидро- 2Н -1,4-бензодиазепин-2-он; Перечисление заместителей: по алфавиту – 7- Cl -1- Me-5-Ph Итого: 7-хлор-1-метил-5-фенил-2,3- дигидро-2 Н -1,4- бензодиазепин-2-он
12 Пример построения химического названия органического ЛВ (2) 2-метил-3-гидрокси-4,5-ди (гидроксиметил)-пиридин 1 2 3 4 5 6
13 Описание ЛВ 1. Агрегатное состояние (жидкость, газ, твердое вещество, кристалличность), цвет, запах, особые свойства (гигроскопичность, легкая окисляемость на воздухе и др.), размер частиц (для тв. веществ). 2. Полиморфизм – явление, характерное для твердых веществ – способность вещества в твердом состоянии существовать в различных кристаллических формах при одном и том же химическом составе. При описании сольватов (гидратов) используется термин «псевдополиморфизм» (изменчивость состава сольвата или гидрата).
14 Описание ЛВ - полиморфизм Полиморфные формы проявляют одинаковые химические свойства в растворах и расплавах, но в твердом состоянии их физические (плотность, Т плавл, сжимаемость) и физико-химические свойства (растворимость и как следствие биодоступность) могут существенно различаться. Та из полиморфных форм, которая имеет меньшее значение свободной энтальпии, является наиболее термодинамически стабильной, а остальные формы могут находиться в т.н. «метастабильном» состоянии.
15 Полиморфизм (примеры) Аллотропные формы углерода: a) лонсдейлит; б) алмаз; в) графит; г) аморфный углерод; д) C60 (фуллерен); е) графен; ж) однослойная нанотрубка
16 Полиморфизм (примеры) Нимесулид (на формуле показаны торсионные вращения и упаковка, соответствующая полиморфной форме I )
17 Полиморфизм (примеры) Нимесулид (на формуле показаны суммарные торсионные вращения и упаковка, соответствующая полиморфной форме II )
18 Полиморфизм (примеры) Данные рентгеновской дифракции для форм I и II нимесулида
19 Полиморфизм (примеры) Дифференциальная сканирующая калориметрия ( DSC ) полиморфных форм нимесулида
20 Полиморфизм и биодоступность Кинетика растворения двух полиморфных форм нимесулида (37С, рН 7,5)
21 Методы исследования полиморфных форм 1. Рентгеновская дифракция (порошок и кристаллы) 2. Дифференциальная сканирующая калориметрия, микрокалориметрия 3. Термогравиметрия 4. Анализ поглощения влаги 5. ИК-Фурье-спектроскопия 6. Рамановская спектроскопия 7. Изучение растворимости (кинетики растворения)
22 Размер частиц (порошки, пеллеты) Для определения размера частиц использую наборы сит с квадратными отверстиями, изготовленные из инертных материалов. Степень измельчения указывается с использованием номера сита (размер стороны отверстия в мкм). Современные методы – методы лазерного сканирования
23 Растворимость Данные о растворимости вещества означают приблизительную растворимость при температуре 20°С, если нет других указаний. Выражение «растворим в стольких-то частях» следует понимать как указание на число миллилитров растворителя (представленное указанным числом частей), в которых растворим 1 г твердого вещества. Иногда для обозначения растворимости вещества используются описательные термины (легко, плохо, трудно и т.д.). Классическое описание растворимости (справочники) – 1 г вещества растворяется в Х г растворителя при температуре Т.
24 Растворимость
25 Кислотно-основные свойства Не приводятся в нормативных документах по контролю качества ЛВ, но имеют решающее значение при проведении испытаний, растворимости в водных средах, выборе методик и методов анализа, а также всасыванию, распределению, биодоступности ЛВ. По кислотно-основным свойствам все вещества делятся на неионогенные (не кислота/не основание) и ионогенные – кислоты (проявляющие в основном кислотные свойства), основания, амфолиты.
26 Методы определения физических констант 1. Гравиметрия 2. Рефрактометрия 3. Поляриметрия 4. Вискозиметрия (капиллярная, ротационная) 5. Термометрия
27 Относительная плотность ( d 20 ) Относительная плотность d представляет собой отношение массы определенного объема вещества к массе равного его объема воды при температуре 20 о С. Относительную плотность d определяют с помощью пикнометра, плотномера, гигростатических весов или ареометра с точностью до десятичных знаков, обозначенных в частной статье. Атмосферное давление при взвешивании не учитывают, так как связанная с ним ошибка не превышает единицы в третьем десятичном знаке. Кроме того, обычно используют два других определения. Относительная плотность вещества представляет собой отношение массы определенного объема вещества при температуре 20 о С к массе равному ему объема воды при температуре 4 о С. Плотность ρ 20 - это отношение массы вещества к его объему при температуре 20 о С. Плотность выражают в килограммах на кубический метр (1 кг/м 3 = 10 –3 г/см 3 ). Чаще всего измерение плотности выражается в граммах на кубический сантиметр (г/см 3 ).
28 Относительная плотность
29
30 Показатель преломления
31 Рефрактометры
32
33 Оптическое вращение
34 Оптическое вращение
35
36 Поляриметрия (оборудование)
37 Вязкость Вязкость (внутреннее трение) – свойство текучих тел оказывать сопротивление передвижению одной их части относительно другой. Текучие тела могут иметь ньютоновский тип течения. Ньютоновскими жидкостями называют системы, вязкость которых не зависит от напряжения сдвига и является постоянной величиной в соответствии с законом Ньютона. Для ньютоновских жидкостей различают динамическую, кинематическую, относительную, удельную, приведенную и характеристическую вязкости. Для неньютоновских жидкостей характерна, главным образом, структурная вязкость. Динамическая вязкость или коэффициент вязкости η – это тангенциальная сила, приходящаяся на единицу поверхности, которая также называется напряжением сдвига t, выраженная в паскалях (Па), которую необходимо приложить для того, чтобы переместить слой жидкости площадью 1 м 2 со скоростью (v) 1 метр в секунду (м.с -1 ), находящийся на расстоянии ( х ) 1 метр относительно другого слоя, параллельно площади скольжения.
38 Вязкость (капиллярный метод) Методика. Испытуемую жидкость, имеющую температуру 20 о С, если в частной статье не обозначена другая температура, заливают в вискозиметр через трубку (L) в таком количестве, чтобы заполнить расширение (А), но при этом уровень жидкости в расширении (В) должен остаться ниже выхода к вентиляционной трубке (М). Вискозиметр в вертикальном положении погружают в водяную баню при температуре (20+/-0,1) о С, если в частной статье не указана другая температура, удерживая его в этом положении не менее 30 минут для установления температурного равновесия. Трубку (М) закрывают и повышают уровень жидкости в трубке (N) таким образом, чтобы она находилась примерно на 8 мм выше метки (Е). Удерживают жидкость на этом уровне, закрыв трубку (N) и открыв трубку (М). Затем открывают трубку (N) и измеряют время, за которое уровень жидкости снизится от метки (Е) до метки (F), секундомером с точностью до одной пятой секунды.
39 Температурные пределы перегонки
40 Температура плавления 1. Капиллярный метод определения температуры плавления. Температура плавления, определенная капиллярным методом, представляет собой температуру, при которой последняя твердая частичка уплотненного столбика вещества в капиллярной трубке переходит в жидкую фазу. 2. Открытый капиллярный метод - применяют для веществ, имеющих аморфную структуру, не растирающихся в порошок и плавящихся ниже температуры кипения воды, таких как жиры, воск, парафин, вазелин, смолы. 3. Метод мгновенного плавления - применяют для твердых веществ, легко превращаемых в порошок. 4. Температура каплепадения - температура, при которой в условиях, приведенных ниже, первая капля расплавленного испытуемого вещества падает из чашечки (жиры, воски, масла). 5. Температура затвердевания – максимальная температура, при которой происходит затвердевание переохлажденной жидкости.
41 Определение температуры плавления (инструментальное) Видео процесса плавления Цветное видео высокого разрешения позволяет изучать вещества, которые плавятся с разложением или имеют окраску. С помощью приборов можно также изучать явления термохромизма.
42 Подлинность (методы) 1. Химические реакции подлинности: А. Общие реакции на подлинность по функциональным группам (первичные ароматические амины, алкалоиды, сложные эфиры и др.) Б. Специфичные реакции на ионы В. Специфичные реакции на органические вещества
43 Примеры реакций идентификации по функциональным группам Реакция на первичную ароматическую аминогруппу:
44 Примеры реакций идентификации по функциональным группам Реакция на первичную аминогруппу (нингидриновая реакция):
45 Специфические реакции на ионы
46 Специфические реакции на ионы
47 Специфические реакции на ионы Специфические реакции на ионы подразделяются: 1. Реакции осаждения 2. ОВ реакции 3. Реакции разложения 4. Реакции комплексообразования
48 Специфические реакции подлинности
49
50
51
52
53
54
55
56
57 Подлинность (методы) 2. Инструментальные методы 2.1. ИК-спектроскопия (ИК-Фурье) 2.2. Абсорционная спектрофотометрия в УФ и/или видимой области спектра 2.3. Хроматографические методы (ТСХ, ГХ, ЖХ) 2.4. Электрофорез, капиллярный электрофорез (включая пептидное картирование)
58 Подлинность (методы) 3. Физические методы (определение физических констант): 3.1. Температура плавления, кипения, температурные пределы перегонки. 3.2. Относительная плотность. 3.3. Показатель преломления. 3.4. Угол оптического вращения. 3.5. Определение вязкости.
59 Подлинность (доказательство) Установление подлинности ЛВ проводится как минимум 2 методами! Первая идентификация – специфичный инструментальный метод (как правило ИК-спектрометрия) + дополнительныйметод (например, хроматографический или химический метод) Вторая идентификация – подтверждение подлинности (используются определение физических констант, дополнительных химических методов, абсорбционная спектрофотометрия и др.).
60 Примеси (классификация) 1. Общие технологические примеси – попадающие в процессе производства. 1.1. Реагентные примеси ( SO 4 2-, Cl -, сульфатная зола и др.) 1.2. Примеси от контакта с технологическим оборудованием ( HM, As, Pb, Cd, Fe и др.) 1.3. Остаточные органические растворители 1.4. Вода, влага 2. Специфические примеси – характерны для конкретного ЛВ и включают: 2.1. Полупродукты синтеза и специфические реагенты 2.2. Побочные продукты синтеза 2.3. Сопутствующие примеси (химически родственные аналоги и остаточные кол-ва пестицидов и супертоксикантов – для ЛВ природного происхождения) 2.4. Стереоизомеры-примеси (примеси энантиомеров) 2.5. Продукты разложения и взаимодействия с технологическими примесями, влагой, кислородом воздуха, органическими растворителями и др. 3. Механические примеси
61 Примеси 1. Летучие (характеризуются потерей в массе при высушивании). 2. Неорганические (устанавливаются при определении сульфатной золы, тяжелых металлов и т.д.). 3. Родственные по структуре примеси (определяются хроматографическими методами или электрофорезом). Отдельно классифицируют токсичные (оказывают влияние на фармакологический эффект – т.е. являются недопустимыми) и нетоксичные (указывают на степень очистки ЛВ) примеси.
62 Потеря в массе при высушивании (метод гравиметрии) Является суммарным неспецифичным показателем, характеризующим наличие воды (влаги), остаточных органических растворителей в ЛВ
63 Определение воды 1. Дистилляция (отгонка) – для жидкостей 2. Титриметрический метод (метод К. Фишера, микрометод) – для твердых веществ
64 Физические и химические свойства, характеризующие чистоту Прозрачность и степень мутности. Прозрачные растворы – при освещении их электролампой на черном фоне не наблюдается присутствие нерастворенных частиц. Степень мутности устанавливают путем сравнения испытуемого вещества с эталоном (или с растворителем). Окраску жидкостей устанавливают путем сравнения испытуемых растворов с равным объем одного из эталонов при дневном освещении на матово-белом фоне. Адсорбционная способность – устанавливается по обесцвечиванию красителя (метиленовый синий) в растворе ЛВ определенной концентрации. Примеси окрашенных веществ (светопоглощающие примеси) – для неокрашенных веществ определяется абсорбция раствора ЛВ в воде или органическом растворителе в видимой области спектра.
65 Определение золы Метод гравиметрии 1. Общая зола (ЛРС, ряд органических ЛВ) – сжигание навески (1.0000 г) испытуемого образца в тигле при Т около 500 о С (30 мин), после охлаждения определяют массу остатка. 2. Сульфатная зола - навеску смачивают 1 мл Н 2 SO 4 и далее поступают как при определении общей золы.
66 Определение «тяжелых» металлов А. Стадия пробоподготовки: 1. Растворение в воде (для ЛВ, хорошо растворимых в воде) или в смеси с органическими растворителями (ацетон, диоксан); 2. «Мокрая» минерализация (для органических веществ) – 2.1. сжигание ЛВ со смесью MgSO 4 и H 2 SO 4 (Т=800 о С). 2.2. минерализация смесью H 2 SO 4 и HNO 3 (нагревание до 200 о C ). 2.3. минерализация с использованием СВЧ-нагревания (тефлоновые сосуды, 2,5 ГГц). 3. «Сухая» минерализация – сплавление с MgO (Т=600 о С). Б. Качественный и/или полуколичественный анализ (химическая реакция с сульфид-ионом): 1. Качественный – безэталонный (отсутствие окраски с реагентом) 2. Полуколичественный анализ – сравнение окраски с эталоном, содержащим предельное количество ионов свинца (эталона). В. Количественный анализ – метод ААС или АЭС.
67 Остаточные органические растворители (классификация) В основе классификации лежит потенциальная опасность растворителей для организма человека и окружающей среды. Класс 1. Растворители, использования которых следует избегать (канцерогенные вещества и супертоксиканты окружающей среды – бензол, ТХУ, 1,2-дихлорэтан, 1,1-дихлорэтен, 1,1,1-трихлорэтан). Класс 2. Растворители, использование которых следует ограничивать (негенотоксичные канцерогены, вещества с существенной токсичностью) – ацетонитрил, гексан, диоксан, ксилол, метанол, нитрометан, пиридин, хлороформ, толуол, этилеггликоль и др.
68 Остаточные органические растворители (классификация, продолжение) Класс 3. Малотоксичные растворители (с низким потенциалом токсичности у человека, не требуют установления предельных содержаний – менее 5000 ppm (мкг/г) или 0,5%) – ацетон, бутанол-1, бутанол-2, гептан, ДМСО, пентан, уксусная кислота, пропанол-1, пропанол-2, этанол, ТГФ, пентан и др. Класс 4. Растворители, для которых отсутствуют необходимые данные о токсичности (изооктан, петролейный эфир, трифторуксусная кислота и др.).
69 Остаточные органические растворители Метод газовой хроматографии (ГХ-скрининг) А. Подготовка образца и раствора сравнения 1. Растворение навески испытуемого образца в воде (для ЛВ, растворимых в воде). 2. Растворение навески испытуемого образца в диметилформамиде (ДМФА). 3. Растворение навески испытуемого образца в 1,3-диметил-2-имидазолидиноне. Поскольку большинство органических растворителей «включены» в кристаллическую решетку (или в структуру в виде сольватов) ЛВ, пробоподготовка должна включать полное растворение образца с «разрушением» решетки и возможных сольватов.
70 Остаточные органические растворители (анализ) Б. Парофазовая пробоподготовка – проводится для перевода ООР из раствора в парогазовую фазу (нагревание в герметично укупоренном сосуде). В. Газохроматографический анализ паро-газовой фазы (полуколичественный анализ с разделением на капиллярной колонке средней полярности).
71 Специфические примеси 1. Полупродукты синтеза и специфические реагенты (включая катализаторы) 1.1. Неорганические вещества – катионы, анионы, комплексные соединения 1.2. Органические вещества 1.3. Генетически-модифицированные микроорганизмы, вирусы и др. Ирбесартан (примесь азид-иона)
72 Специфические примеси Наибольшая группа примесей в органических ЛВ – родственные по химической структуре химические вещества (число их ограничено пока только возможностями методов разделения и детекции). Чем сложнее хим. структура – тем большее количество примесей необходимо нормировать. Спиронолактон
73 Специфические примеси Промежуточные продукты синтеза Побочные продукты синтеза Парацетамол
74 Специфические примеси Сопутствующие примеси в ЛВ природного происхождения: А. химически родственные аналоги (обладают биологической (фармакологической) активностью, могут быть потенциально опасны для организма) Б. остаточные кол-ва пестицидов и супертоксикантов (полихлордиоксины, полихлорбифенилы), продукты жизнедеятельности микроорганизмов (афлатоксины) – безусловные токсические вещества, жестко нормируемые на уровне ppm и ppb (мкг/г или нг/г)
75 Сопутствующие примеси в ЛВ природного происхождения (пример) Урсодезоксихолевая кислота (выделяется из медвежьей желчи)
76 Специфические примеси Продукты разложения и взаимодействия: 1. с технологическими примесями (тяжелыми металлами ( d -элементы являются катализаторами многих ОВ-реакций, в том числе с участием O 2 ), ионами железа, остатками реагентов с реакционоспособными функциональными группами), 2. с влагой (возможны реакции гидролиза (сложные эфиры, амиды, карбаматы и др.), поглощение влаги всегда связано с уменьшением содержания активного вещества), 3. с кислородом воздуха (кислородочувстивительные вещества, например, полиненасыщенные жирные кислоты, сильные восстановители), 4. с остаточными органическими растворителями (ряд органических растворителей – этиленоксид, дихлорметан, дихлорэтан, уксусная кислота и др. – достаточно реакционоспособны и реагируют с ЛВ при хранении).
77 Стрессовые испытания - Испытания устойчивости ЛВ под воздействием ряда факторов (температура, реагенты, освещение) с целью доказательства селективности методов оценки примесей, изучения образования и идентификации примесей, дополнительного изучения стабильности ЛВ при хранении.
78 Стрессовые испытания (условия) 1. Температура – последовательное повышение температуры при хранении образца ЛВ на 10 о С (50, 60 и т.д.); 2. Влажность (повышение отн. влажности воздуха при хранении образца ЛВ до 75% и выше). 3. Реагенты – растворы кислот (1М HCl ), щелочей (1М или 0,1М NaOH ), H 2 O 2 (3-30%) при нагревании. 4. Воздействие света ( УФ-свет, интенсивность - не менее 200 Вт. ч/м 2 )
79 Благодарю за внимание!
