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嘉峪檢測網(wǎng) 2024-05-22 08:56
頭孢菌素為典型的β-內(nèi)酰胺類抗生素,由于其抗菌譜廣、安全性高,一直是全身用抗細(xì)菌藥TOP1小類,也是市面上品種和批文數(shù)量最多的藥物類別之一。由于自身結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定性,頭孢菌素結(jié)構(gòu)中多個位點均易發(fā)生降解,在生產(chǎn)、運輸、貯藏和臨床使用過程易產(chǎn)生雜質(zhì)。本文對頭孢菌素的主要降解途徑進行了總結(jié),并根據(jù)其降解機理提出了控制策略。
一、頭孢菌素類抗生素的基本結(jié)構(gòu)
頭孢菌素類抗生素通常由發(fā)酵產(chǎn)生的7-氨基頭孢烷酸(7-ACA)及其類似物(如7-ADCA、GCLE、7-AVNA等)為母核經(jīng)半合成得到,其母核由四元的β-內(nèi)酰胺環(huán)與六元的二氫噻嗪環(huán)駢合而成,C-4位上連接羧基,C-7位上連接酰胺基側(cè)鏈。頭孢菌素類化合物具有手性,其母核C-6和C-7位均為R構(gòu)型。
▲圖1-典型的頭孢菌素類抗生素合成路線
▲圖2-頭孢菌素類抗生素的基本結(jié)構(gòu)
頭孢菌素類抗生素的主要降解途徑包括異構(gòu)化、氧化、水解、聚合物等。
▲圖3-頭孢菌素類抗生素的主要降解途徑
二、異構(gòu)化
異構(gòu)化是頭孢菌素類抗生素的主要降解途徑之一,絕大多數(shù)頭孢菌素均可產(chǎn)生此類雜質(zhì)。頭孢菌素結(jié)構(gòu)中多個位點可發(fā)生異構(gòu)化,主要包括:
(1)雙鍵異位:母核六元環(huán)上雙鍵發(fā)生異位,形成異構(gòu)體。該降解途徑在各種頭孢菌素藥物中普遍存在。
異構(gòu)體的產(chǎn)生與溫度、水分等因素密切相關(guān),通常溶液狀態(tài)下更易產(chǎn)生該雜質(zhì)。
異構(gòu)體的產(chǎn)生機理可能是親核試劑進攻C-2位后發(fā)生雙鍵重排,水分子可作為親核試劑或為親核試劑提供溶劑,加速
異構(gòu)體的形成。文獻報道,當(dāng)C4-位羧基存在吸電子基團時更容易產(chǎn)生
異構(gòu)體。
▲圖4-頭孢呋辛酯和頭孢克洛及其?3-異構(gòu)體
例如,頭孢呋辛酯有關(guān)物質(zhì)檢查項中含異構(gòu)體的系統(tǒng)適用性溶液(1),即為頭孢呋辛酯溶液加熱1h破壞得到;頭孢呋辛酯片在高溫60℃影響因素試驗中,
異構(gòu)體增長顯著;通過干法制粒工藝控制制劑中的水分含量,可將頭孢呋辛酯片長期穩(wěn)定性過程中的
異構(gòu)體含量控制在幾乎不增長;
異構(gòu)體為頭孢泊肟酯片穩(wěn)定性過程的主要降解雜質(zhì)之一,參比制劑采用鋁塑加干燥劑加鋁袋的包裝形式,可有效控制制劑中水分含量,減緩
異構(gòu)體的增長趨勢。
(2)6R, 7S異構(gòu):母核C-7位發(fā)生異構(gòu)體,形成6R, 7S-異構(gòu)體。頭孢菌素C-7位為R構(gòu)型,在特定性條件下可轉(zhuǎn)化為S構(gòu)型。例如頭孢克肟EP雜質(zhì)C,頭孢哌酮EP雜質(zhì)F、頭孢地尼ChP雜質(zhì)N等。通常,大部分頭孢菌素類不易產(chǎn)生此類型雜質(zhì),但部分頭孢菌素的水溶液在酸堿破壞條件下易產(chǎn)生6R, 7S-異構(gòu)體,例如鹽酸頭孢吡肟。
▲圖5-頭孢克肟和頭孢地尼及其6R, 7S-異構(gòu)體
(3)順反異構(gòu):7位側(cè)鏈順式甲氧亞氨基及其類似結(jié)構(gòu)發(fā)生雙鍵順反異構(gòu),形成E-異構(gòu)體。第三、第四代頭孢菌素如頭孢克肟、頭孢噻肟、頭孢吡肟、頭孢曲松等藥物均可產(chǎn)生此類型雜質(zhì)。順反異構(gòu)通常由光介導(dǎo)產(chǎn)生,此類藥物應(yīng)避光貯藏。
▲圖6-頭孢吡肟和頭孢噻肟及其E-異構(gòu)體
例如,頭孢曲松鈉有關(guān)物質(zhì)檢查項即采用將其在光照破壞24h后產(chǎn)生E-異構(gòu)體的溶液進行系統(tǒng)適用性試驗;注射用頭孢曲松鈉光照影響因素試驗結(jié)果表明,暴露于光照條件下30天產(chǎn)品中E-異構(gòu)體可由未檢出增長至0.2%,帶外包裝產(chǎn)品E-異構(gòu)體則未增長。
三、β-內(nèi)酰胺環(huán)開環(huán)
頭孢菌素結(jié)構(gòu)中的四元β-內(nèi)酰胺環(huán)高度不穩(wěn)定,在酸、堿、水分子、親核試劑等進攻下極易開環(huán),形成開環(huán)產(chǎn)物,例如頭孢克肟EP雜質(zhì)A、頭孢地尼ChP雜質(zhì)E、頭孢丙烯EP雜質(zhì)I等。開環(huán)雜質(zhì)可進一步脫羧、分子內(nèi)酯化,例如頭孢地尼ChP雜質(zhì)I/J/K/L、頭孢地尼ChP雜質(zhì)U、頭孢克肟EP雜質(zhì)B等。部分開環(huán)雜質(zhì)可進一步丟失結(jié)構(gòu)中的六元環(huán)片段,形成含活潑羰基的雜質(zhì),例如頭孢他啶EP雜質(zhì)G、頭孢吡肟EP雜質(zhì)C等。
▲圖7-頭孢唑林和頭孢丙烯及其開環(huán)雜質(zhì)
▲圖8-頭孢地尼開環(huán)+內(nèi)酯化+脫羧雜質(zhì)
▲圖9-頭孢吡肟和頭孢他啶開環(huán)進一步降解雜質(zhì)
開環(huán)雜質(zhì)在頭孢菌素中廣泛存在,是其主要降解途徑。文獻報道,當(dāng)C-3位連有強吸電子基團或C-7位側(cè)鏈酰胺鍵連有供電子基團時,更易發(fā)生β-內(nèi)酰胺環(huán)開環(huán)。開環(huán)產(chǎn)物通常具有多個異構(gòu)體,例如頭孢唑林EP雜質(zhì)I存在3個手性中心,理論上可產(chǎn)生8個異構(gòu)體,頭孢克肟雜質(zhì)A存在4個光學(xué)異構(gòu)體且在樣品均可檢出。
產(chǎn)品中的水分、酸堿性輔料、含活潑羥基的輔料等均會加速頭孢菌素的開環(huán)降解,在處方工藝設(shè)計時需予以考慮。例如,頭孢克肟三水合在高濕度條件下極易產(chǎn)生開環(huán)雜質(zhì),工藝過程過度干燥導(dǎo)致結(jié)晶水丟失或研磨破壞結(jié)晶水微觀結(jié)構(gòu)同樣使其易產(chǎn)生開環(huán)降解產(chǎn)物。
四、C-3或C-4位側(cè)鏈水解
(1)C-3位側(cè)鏈水解:當(dāng)C-3側(cè)鏈為乙酰氧甲基、氨基甲酰或類似結(jié)構(gòu)時,易生成C-3位側(cè)鏈水解產(chǎn)物,例如頭孢呋辛、頭孢西丁、頭孢噻肟、頭孢曲松等。水解產(chǎn)物可進一步發(fā)生分子內(nèi)酯化,生成內(nèi)酯化合物,例如頭孢噻吩、頭孢噻肟、頭孢曲松等。
▲圖10-頭孢呋辛和頭孢西丁及其C-3位側(cè)鏈水解雜質(zhì)
▲圖11-頭孢噻吩及其水解+分子內(nèi)酯化雜質(zhì)
(2)C-4位側(cè)鏈水解:當(dāng)C-4位側(cè)鏈成酯時,遇水、酸、堿、熱等條件易發(fā)生水解,例如頭孢呋辛酯易降解生成頭孢呋辛、頭孢泊肟酯易降解生成頭孢泊肟。此類品種對水分敏感,通常采用干法或粉末直壓工藝。通過控制產(chǎn)品中的水分含量及貯藏溫度,可有效降低產(chǎn)品中水解雜質(zhì)的含量。
▲圖12-頭孢泊肟酯和頭孢呋辛酯及其C-4位側(cè)鏈水解雜質(zhì)
五、氧化降解
頭孢菌素類抗生素結(jié)構(gòu)中的二氫噻嗪環(huán)含硫原子,易產(chǎn)生氧化雜質(zhì)。此外,頭孢克洛等結(jié)構(gòu)C-4位也可能被氧化。
(1)母核硫氧化:產(chǎn)物為亞砜或砜。其中,亞砜常以一對異構(gòu)體形式存在。例如頭孢拉定EP雜質(zhì)C和雜質(zhì)D,即為一對亞砜異構(gòu)體。通常,氧化降解需要較為劇烈的條件,例如頭孢泊肟酯通過加入雙氧水破壞形成氧化雜質(zhì)(ChP雜質(zhì)J和雜質(zhì)K),作為有關(guān)物質(zhì)檢查項系統(tǒng)適用性,但頭孢泊肟酯原料及片劑在穩(wěn)定性過程中雜質(zhì)J和雜質(zhì)K幾乎不增長。頭孢地尼、頭孢克肟、頭孢呋辛酯、頭孢唑林等多數(shù)頭孢菌素均可能產(chǎn)生該類雜質(zhì)。需要注意的是,輔料如聚維酮引入的過氧化物可能會加速氧化降解產(chǎn)物的生成。
▲圖13-頭孢拉定和頭孢泊肟酯及其母核氧化雜質(zhì)
(2)C-4位氧化:頭孢克洛等頭孢菌素C-3位連接氯,使得其C-4位易發(fā)生氧化,生成頭孢克洛ChP雜質(zhì)E等系列氧化產(chǎn)物,也是頭孢克洛在穩(wěn)定性過程的主要降解產(chǎn)物之一。文獻報道,頭孢克洛氧化是其固體狀態(tài)下特有的降解途徑,溶液狀態(tài)未分離出此類雜質(zhì),可能是溶液狀態(tài)頭孢克洛β-內(nèi)酰胺環(huán)本身易發(fā)生開環(huán),并進一步降解生成系列雜質(zhì)。
圖14-頭孢克洛及其C-4位氧化雜質(zhì)
六、聚合物
頭孢菌素類抗生素中的高分子聚合物是引發(fā)過敏反應(yīng)的重要原因,根據(jù)其聚合反應(yīng)發(fā)生方式,可分為L型聚合和N型聚合。L型聚合指側(cè)鏈活潑基團直接親核進攻β-內(nèi)酰胺環(huán)中羰基碳原子或其他活性位點,N型聚合則僅與母核相關(guān),由β-內(nèi)酰胺環(huán)開環(huán)后與另一分子發(fā)生親核加成反應(yīng)形成。相較于青霉素類抗生素易發(fā)生N型聚合,頭孢菌素類抗生素由于空間位阻原因,已公開報道的聚合物以L型聚合為主。
聚合物的產(chǎn)生與產(chǎn)品中的水分等密切相關(guān),在溶液狀態(tài)易產(chǎn)生,因此對于口服顆粒劑、干混懸劑、注射用無菌分裝等劑型的頭孢菌素,臨床使用時需加入水配置,尤其需要關(guān)注使用中穩(wěn)定性考察過程聚合物的變化情況。
傳統(tǒng)的聚合物雜質(zhì)檢測方法主要包括Sephadex G-10凝膠色譜法、高效凝膠色譜法(如TSK凝膠色譜法)等,但采用凝膠色譜法小分子降解物易與聚合物雜質(zhì)一同出峰,方法專屬性較差,采用專屬的反向高效液相色譜法(RP-HPLC)控制聚合物雜質(zhì)成為理想的質(zhì)控策略。目前,EP和USP采用RP-HPLC對頭孢西丁鈉、頭孢噻肟鈉、頭孢呋辛酯等多個頭孢菌素類抗生素中的二聚體進行控制,ChP則主要采用凝膠色譜法控制聚合物含量,僅有頭孢唑肟鈉、頭孢泊肟酯采用RP-HPLC法控制,且未明確頭孢唑肟二聚體的結(jié)構(gòu)。
▲圖14-頭孢菌素聚合物雜質(zhì)結(jié)構(gòu)(L型聚合)
▲圖15-青霉素聚合物雜質(zhì)結(jié)構(gòu)(N型聚合)
七、總結(jié)
頭孢菌素結(jié)構(gòu)中C-3、C-4、C -7位側(cè)鏈、β-內(nèi)酰胺環(huán)等多個位點均易發(fā)生降解,多個降解途徑均與水分、溫度等因素密切相關(guān),因此頭孢菌素類產(chǎn)品需特別關(guān)注水分對雜質(zhì)的影響,并通過避免濕度、光照、溫度等因素提升產(chǎn)品質(zhì)量。
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來源:注冊圈