快速鉴定微量药物杂质和代谢物结构的质谱裂解规律及新方法研究

The structure identification of trace drug impurities and drug metabolite is often encountered in the entire process of drug discovery and extremely time-consuming and laborious work. LC/MS was used preferably to carry out this study in the early stage of new drugs R&D. Not only the mechanism of the fragmentation of drug-related molecules is not well understood but also it is lack of universal rules in ESI-MS/MS, therefore it is difficulty to identify drug structure. Since the majority of drug molecules contains heteroatoms which usually are the protonation sites in ESI-MS, on the basis of the results of our preliminary work, the common and representative of various drug molecules containing heteroatoms will be used as model compounds to conduct structural elucidation via ESI-MS/MS. In combination with isotope labeling experiments and theoretical calculations, investigation of the protonation sites and substituent effects, then mass spectral fragmentation patterns of model molecules are summarized. On this basis, the fast, specific and sensitive ESI-MS methods are established to identify the structure of trace drug impurities and drug metabolite, for the drugs or innovative drug candidates containing heteroatoms.

微量药物杂质和药物代谢物结构鉴定在新药研发整个过程中是经常遇到又极其费时费力的工作。在新药开发的早期，常首选液质联用技术进行这项研究。然而，针对药物分子的电喷雾串联质谱裂解机理研究既不深入，也欠系统，更缺乏一些可应用于结构鉴定中的普适性强的规律等关键问题；又鉴于大多数药物分子中含有杂原子，而这些杂原子通常为电喷雾质谱中的质子化活性位点，具有特殊的质谱裂解规律；为此，在前期科研工作基础上，本项目拟选择药物中具有代表性的含杂原子分子作为模型化合物，进行电喷雾串联质谱实验，通过质子化位点和取代基效应的研究，并辅以同位素标记实验和理论计算，总结推导并获得系列质谱裂解规律；以此为基础，选择分子结构中含杂原子的药物包括正在研发的创新候选药物为研究对象，建立应用ESI-MS在线、快速、专属和灵敏地鉴定微量或超微量复杂药物杂质和代谢物分子结构的新方法和新技术；为ESI-MS理论的丰富和完善提供科学的依据。

针对药物分子的电喷雾串联质谱(ESI-MS/MS)裂解机理研究既不深入，也欠系统，更缺乏一些可应用于结构鉴定中的普适性强的裂解规律等科学问题；又鉴于大多数药物分子中含有杂原子，而这些杂原子通常为电喷雾质谱中的质子化活性位点，具有特殊的质谱裂解规律。本项目选择药物中具有代表性的含氧、氮、硫、氟等杂原子分子作为模型化合物，进行电喷雾串联质谱实验，通过质子化位点和取代基效应的研究，并辅以同位素标记实验和理论计算，获得系列质谱裂解规律：甾体激素类的质谱裂解规律，苄基阳离子迁移裂解规律，酚氧负离子分子内smile重排规律，离子中性复合物介导的分子裂解规律，长链全氟化合物的氮辅助脱氟裂解规律等，并选择分子结构中含类似杂原子的药物建立应用ESI-MS快速、专属和灵敏地鉴定微量或超微量复杂药物杂质和代谢物分子结构的新方法和新技术。手性药物研发日益重要，发展快速、灵敏的手性药物及其微量手性杂质的质谱识别方法具有重要意义。通过设计合成具有高反应活性及选择性的手性醛探针、手性酰氯探针、手性酸探针，并使探针与分析物进行快速原位反应，由质谱碰撞诱导解离（CID）产生稳定性不同的碎片离子，通过反应动力学及碎片离子差异实现氨基酸和米格列醇等活性分子的定性和定量识别。发展了三元离子簇质谱手性识别方法，首次采用二价三元配合物离子实现了他达拉非、拉唑类、普利类手性药物的质谱快速识别，并发展了复杂手性药物及其异构体杂质的构型识别方法。发现的药物模型分子和手性药物的质谱裂解规律,丰富和完善了ESI-MS理论；建立的质谱快速识别方法，已用于复杂体系和生物体系中微量药物代谢物和药物杂质的快速识别和测定;获得教育部科技进步二等奖。