羧基电子式带你深度揭示肼类基因毒杂质的奥秘-IC百科-上海羊羽卓进出口贸易有限公司

羧基电子式带你深度揭示肼类基因毒杂质的奥秘

发布时间 : 2024-11-24

作者 : 小编

访问数量 : 23

扫码分享至微信

带你深度揭示肼类基因毒杂质的奥秘

导语：

我们在上一篇文章中(干货｜教你全面玩转磺酸酯类基因毒杂质)向大家介绍了磺酸酯类基毒杂质的种类、检测方法及控制，本篇主要对肼类基因毒杂质进行详述。

概述：

肼或烷基肼/苯基肼常用作制药中的原料合成中间体或API，例如氨基脲、异烟肼、呋喃西林、盐酸阿齐利特、硫酸阿米卡星等。肼类化合物有巨毒，能够对肝、肾、血液等系统带来很大的副作用。有数据资料显示，肼是已知的基因毒性杂质，具有潜在的致癌性，肼类化合物主要是通过代谢活化而生成碳正离子和碳氧自由基等活性较强的中间体，可与DNA发生烷基化反应或者导致DNA其他病变。

图1. 肼类化合物结构式

基因毒性杂质或者潜在基因毒性杂质严重威胁人类健康，关于如何严格控制药物中这类杂质的限度或要求在我们之前的文章已有阐述，在此不做详述。欧洲药典和美国药典中列出了部分以肼作为原料的药物中，肼的允许限值(根据治疗期及服用剂量来计算)范围是从1 ppm到1000 ppm，因此，对检测方法的灵敏度要求有一定差异。由于此类杂质，如甲基肼、二甲基肼等具有强活泼性、挥发性、分子量小等一些特殊的化学性质，故检测方法在灵敏度、选择性、待测物稳定性、基质复杂性等方面呈现特殊要求，因此在分析方法的开发和选择上具有与其他药物杂质检测不同的特点。除此之外，肼类化合物容易与色谱柱上的硅氧基相互作用，导致峰形严重拖尾，是分析方法建立过程中的难点。因此，建立一种快速、简便、高灵敏的检测方法来监测药物生产过程中肼类基毒杂质的残留量显得愈加紧迫。根据参考各国药典及文献，总结了部分含有肼类基毒杂质药物的种类，详见表1。

表1. 含有肼类基因毒杂质药物列表

基因毒杂质名称

药物名称

肼

RP-氯沙坦钾、硫酸双肼屈嗪、别嘌呤醇、肼屈嗪、呋喃西林、盐酸肼苯哒嗪、卡比多巴、吡哆醛异烟腙

苯肼

安替比林

苯甲酰肼

盐酸氮卓斯汀

对羧基苯肼

地拉罗司

甲基肼

头孢曲松钠、异烟肼

1,1,1-三甲基溴化肼

米屈肼

(4-甲基苯乙酮)对磺胺苯肼盐酸盐

塞来昔布

对磺酰胺基苯肼盐酸盐

塞来昔布

去乙酰长春碱酰肼

硫酸长春地辛

1-(4-肼基苯基)甲基-1,2,4-三氮唑

利扎曲坦

常用的检测方法:

直接进样法：

相关资料显示，对于挥发性较强的烷基肼，一般经常采用GC-FID法进行直接测定；对于不含碳原子的肼类化合物，可以采用氮磷检测器(NPD)和质谱检测器进行测定；而对于在色谱柱上保留较强的肼类化合物，可以采用高效液相色谱-质谱法(LC-MS)进行测定。由于肼类化合物是一种质子碱，能够在酸性溶液中离子化，因此也可采用离子色谱法测定这类易电离的化合物，如离子交换色谱-电化学检测器(IEC-CD)、离子交换色谱-安培检测器(IEC-AD)，但是常规的离子色谱直接测定药物中肼类基毒杂质的残留时，经常会存在检测灵敏度较低的问题，因此目前不作为常用方法来考虑。但也有文献报道，利用氮化学发光检测器(HILIC-CLND)测定烷基肼类基毒杂质时，检测限及灵敏度亦可以达到要求。

衍生化法：

对于甲基肼、二甲基肼等这类具有挥发性、分子量小、化学性质活泼或无助色基团的化合物，衍生化法则是测定该类化合物的主要方法之一。而苯甲醛为最常用的衍生化试剂，衍生化后采用HPLC-UV、GC、LC-MS等方法测定衍生物，该方法样品前处理简单、高效且具有很高的灵敏度。USP中就采用了苯甲醛衍生化后，HPLC-UV直接进样检测盐酸肼苯哒嗪中肼的残留量。除此之外，还可以用丙酮或者氘代丙酮作为衍生化试剂，衍生化后采用HS-GC-EI-MS进行残留量测定。

提供以下两个案例可供借鉴

塞来昔布：

塞来昔布(化合物1，图2)，是一个磺胺类非甾体类抗炎药(NSAID)，是美国Searle公司推出的第一个特异性2型环氧化酶抑制剂(COX-2)，可用于治疗骨关节炎、类风湿性关节炎、急性疼痛、痛经等月经症状等。通过抑制环氧化酶阻止炎性前列腺素类物质的产生，可显著减少胃肠道的不良反应。无论对于急性创伤外伤导致的急性疼痛，还是外科手术后的止痛，都是理想的镇痛药物。在塞来昔布的合成工艺(图2)中，一般以对甲基苯乙酮和三氟乙酸乙酯为原料经Claisen缩合反应制得中间体，然后与对苯磺酰胺基苯肼盐酸盐反应制得塞来昔布，因此塞来昔布原料药中可能存在对磺酰胺基苯肼盐酸盐(SHH，化合物5，图2)及(对甲基苯乙酮)对磺胺苯肼盐酸盐(MAP，可能为反应过程中的副产物)，这两种化合物结构与已知基因毒杂质有类似性，须严格控制其毒理学关注阈值(TTC)。该药物一般通过口服摄入，最大每日剂量为200 mg，根据ICH发布基因毒性杂质的最大摄取量为1.5μg/d计算，对应的两种基因毒性杂质的总TTC水平为7.5 ppm。

因此，利用LC-MS/MS的方法同时测定两种杂质，以醋酸铵-乙腈作为流动相，根据ICH指南要求，对方法进行了检测限(LOD)、定量限(LOQ)、线性、精密度、准确性等相关验证，两种杂质在0.06~7.5 ppm的范围内均成良好的线性关系，相关系数R2>0.9998，两个杂质的LOD和LOQ分别能够达到0.02 ppm及0.06 ppm，回收率在95%~104%之间，该方法简单、准确，适合在痕量水平下对塞来昔布进行质量控制。

图2. 塞来昔布的合成工艺

地拉罗司：

地拉罗司(化合物5，图3)是一种新型铁螯合剂，通过与体内的铁离子结合，有效的提高铁的排泄，降低体内铁的含量，可减少由铁超载引起的组织损伤及多个脏器的功能损害，由FDA批准上市。地拉罗司的合成是以水杨酸为原料，经氯化亚砜氯化得到水杨酰氯，水杨酰氯与水杨酸酰胺在高温减压蒸馏的条件下得到中间体8(图3)，最后再与对羧基苯肼环合制备而得到成品。事实上，所用的原料对羧基苯肼(化合物10，图3)已经被证实具有潜在的遗传毒性和致癌性，因此，依据EMA和FDA相应的指导原则，有必要对地拉罗司中的对羧基苯肼进行定量分析。

因此，利用HPLC-UV的方法直接进样检测，以高氯酸-乙腈为流动相(用0.1%的三乙胺溶液调节pH)，在该方法下对羧基苯肼的LOD和LOQ分别为0.16μg/mL和0.5μg/mL，在0.5~1.5μg/mL的浓度范围内均成良好的线性关系，相关系数R2>0.999，收率在102%之间。该方法快速、简单、准确，省去了衍生化复杂的操作步骤，且符合检测的要求。

图3. 地拉罗司合成工艺

总结：

肼类化合物作为潜在的基因毒性杂质，大多是从起始物料或者中间体中直接带入或者从合成副反应中引入，因此在生产过程中要对其进行相应的控制，建立合适的质量标准和已验证的分析方法对杂质进行痕量残留检测是非常重要的。若药物活性成分生产的最后一步合成步骤用到了肼类物质，应将其纳入风险分析。

但在实际生产中，需要对合成路线进行筛选，应尽量避免使用到GTI/PGI，所以尽可能开发可以控制这些缺陷的替代合成路线。如果在技术上不可行，这就要求我们对整个可能会产生基毒杂质的环节进行详细的控制，必须根据TTC概念确定安全限度，并且建立合理的分析方法去检测和量化这些基毒杂质的残留量，使其符合安全的需要。

目前，基因毒性杂质控制是药品质量控制的核心内容之一，而合成过程中基因毒杂质的鉴别与控制由于它们的演变性和不确定性，将会带来非常大的挑战。因此必须从制备工艺和产品结构分析入手，评估、预测产品中可能存在的副产物、中间体、降解物以及试剂、催化剂等，这才是保证药品安全的关键要素，也是确保药品研发中风险控制意识的重要体现。

来源：诺衡分析

高考化学——大题必考类型——有机实验

1．某校活动小组的同学拟用乙烯催化还原二氧化硫的方法来制取单质硫。

（1）甲组同学用乙醇脱水的反应来制取纯净的乙烯气体，其反应原理及制备装置如下：

主反应:C2H5OH====CH2=CH2↑+H2O

副反应:C2H5OH+2H2SO4（浓) =====C+2SO2↑+5H2O;

C+H2SO4（浓) ========CO2↑+2SO2↑+2H2O

① 仪器M的名称是_______________。

② 装置B 中盛放的试剂可能是____________。

③ 装置C 的作用是______________

（2）乙组同学用甲组同学制得的乙烯并结合下列装置进行乙烯催化还原二氧化硫的实验。

① 装置E的作用是___________；装置G的作用是_____________。

② 玻璃管中有硫及二氧化碳生成，该反应的化学方程式为_________。

③ 用下列装置检验G中逸出的气体含有氧化产物CO2。

装置正确的连接顺序为G_________，证明G中逸出的气体含有CO2的现象为_______。

【答案】⑴　① 圆底烧瓶 ② NaOH溶液（或其他合理答案） ③ 检验CO2和SO2是否除尽

⑵　①　混合C2H4与SO2气体将生成的硫蒸气冷却为固体

②　C2H4+3SO2

3S+2CO2+2H2O

③ I

H 品红溶液不褪色，澄清石灰水变浑浊

【解析】(1）① 仪器M的名称是圆底烧瓶；

② 因乙烯中混有SO2和CO2，装置B 中应盛放NaOH溶液除去混有的杂质酸性气体；

③ SO2和CO2均能使澄清石灰水变浑浊，装置C的作用是检验CO2和SO2是否除尽；

(2）① 装置E可使C2H4与SO2气体完全混合并可通过控制活塞调整两气体的比例；装置G利用冰水混合物降温，使生成的硫蒸气冷却为固体；

② 乙烯和SO2反应生成硫及二氧化碳，根据电子转移守恒及原子守恒，该反应的化学方程式为C2H4+3SO2

3S+2CO2+2H2O；

③因氧化产物CO2中可能混有未反应的SO2，需要通过溴水除去SO2，并借助品红溶液检验SO2是否全部除去，则装置正确的连接顺序为G

H，并根据品红溶液不褪色，澄清石灰水变浑浊来证明G中逸出的气体含有CO2。

【题型】填空题

【难度】一般

2．近几年我国大面积发生雾霾天气，其主要原因是SO2、NOx，挥发性有机物等发生二次转化，研究碳、氮、硫及其化合物的转化对于环境的改善有重大意义。

（1）在一定条件下，CH4可与NOx反应除去NOx，已知有下列热化学方程式：

①CH4(g)＋2O2(g)＝CO2(g)＋2H2O(l) △H＝-890.3 kJ·mol-1

②N2(g)＋2O2(g)====2NO2(g) △H＝+67.0 kJ·mol-1

③H2O(g)＝H2O(l) △H＝-41.0 kJ·mol-1

则CH4(g)＋2NO2(g) ===CO2(g)＋2H2O(g)＋N2 (g) △H＝_____kJ·mol-1；

(2)某研究小组用NaOH溶液吸收尾气中的二氧化硫，将得到的Na2SO3溶液进行电解，其中阴阳膜组合电解装置如图一所示，电极材料为石墨。

① a表示_____离子交换膜(填"阴"或

"阳")。A—E分别代表生产中的原料或产品。其中C为硫酸，则A表示_______。

②阳极的电极反应式为____________________。

(3)SO2经过净化后与空气混合进

行催化氧化可制取硫酸，其中SO2发生催化氧化的反应为： 2SO2(g)+O2(g)

2SO3(g)。若在T1℃、0.1 MPa条件下，往一密闭容器通入SO2和O2 ，测得容器内总压强与反应时间如图二所示。

①图中A点时，SO2的转化率为________。

②在其他条件不变的情况下，测得T2℃时压强的变化曲线如图所示，则C点的正反应速率v0(正)与A点的逆反应速率vA(逆)的大小关系为v0(正)_____vA(逆) (填">"、"<"或" = ")。

③图中B点的压强平衡常数Kp=______。(Kp=压强平衡常数，用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数)

(4)为了清除NO、NO2、N2O4

对大气的污染，常采用氢氧化钠溶液进行吸收处理。现有由a mol NO、b molNO2、c molN2O4组成的混合气体恰好被VL氢氧化钠溶液吸收（无气体剩余），则此氢氧化钠溶液的物质的量浓度最小为______________。

【答案】⑴ -875.3

⑵① 阳 NaOH溶液 ② SO32--2e-+H2O=2H++SO42-

⑶　①　45% ②　> ③　24300（MPa）-1

⑷

mol·L-1

【解析】(1)①CH4(g)＋2O2(g)＝CO2(g)＋2H2O(l) △H＝-890.3 kJ·mol-1，②N2(g)＋2O2(g)

2NO2(g) △H＝+67.0 kJ·mol-1，③H2O(g)＝H2O(l) △H＝-41.0 kJ·mol-1，根据盖斯定律，将①-②-③×2得：CH4(g)＋2NO2(g)

CO2(g)＋2H2O(g)＋N2 (g) △H＝(-890.3 kJ·mol-1)-(+67.0 kJ·mol-1)-(-41.0 kJ·mol-1)×2=-875.3kJ·mol-1，故答案为：-875.3；

(2) ①从C为硫酸可知，硫酸根来源于亚硫酸根放电．故b为阴离子交换膜，a为阳离子交换膜，在阴极区应为水放电生成氢气和氢氧根离子，故A为氢氧化钠，E为氢气，故答案为：阳；NaOH溶液；

②阳极应为亚硫酸根放电生成硫酸根，反应的离子方程式为SO32--2e-+H2O=2H++SO42-，故答案为：SO32--2e-+H2O=2H++SO42- ；

(3) ①设氧气消耗物质的量为x，

2SO2(g)+O2(g)⇌2SO3(g)

起始量(mol) 2a a 0

变化量(mol) 2x x 2x

平衡量(mol)2a-2x a-x 2x

3．草酸钴可用于指示剂和催化剂的制备。用水钴矿（主要成分为Co2O3，含少量Fe2O3、

A12O3、MnO、MgO、CaO、SiO2等）制取CoC2O4·2H2O工艺流程如下：

已知：①浸出液含有的阳离子主要有H+、Co2+、Fe2+、Mn2+、Ca2+、Mg2+、Al3+等；

②酸性条件下，ClO3-不会氧化Co2+，ClO3-转化为Cl-；

③部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH见表：

（1）浸出过程中加入Na2SO3的主要目的是________。

（2）向浸出液中加入NaClO3的离子反应方程式：_________。

（3）已知：常温下NH3·H2O

NH4+＋OH- Kb＝1.8×10-5

H2C2O4

H+＋HC2O4- Ka1＝5.4×10-2

HC2O4-

H＋C2O42- Ka2＝5.4×10-5

则该流程中所用(NH4)2C2O4溶液的pH______7（填"＞"或"＜"或"="）。

（4）加入(NH4)2C2O4 溶液后析出晶体，再过滤、洗涤，洗涤时可选用的试剂有：________。

A．蒸馏水 B．自来水 C．饱和的(NH4)2C2O4溶液 D．稀盐酸

（5）萃取剂对金属离子的萃取率与pH的关系如右图1，萃取剂的作用是________；其使用的适宜pH范围是________。

A．2.0～2.5 B．3.0～3.5 C．4.0～4.5

（6）CoC2O4·2H2O热分解质量变化过程如图2所示。其中600℃以前是隔绝空气加热，600 ℃以后是在空气中加热。A、B、C均为纯净物；C点所示产物的化学式是________。

【答案】 ⑴ 将Co3+、Fe3+还原为Co2+、Fe2+（只要回答到将Co3+还原为Co2+均给分，）；

⑵ ClO3-＋6Fe2+ + 6H+= Cl-＋6Fe3+ + 3H2O

⑶　＜

⑷　A

⑸　除去溶液中的Mn2+ B

⑹ Co2O3

【解析】(1)亚硫酸钠具

有还原性，能还原氧化性离子Fe3+、Co3+，所以浸出过程中加入Na2SO3的目的是将Fe3+、Co3+还原，还原为Fe2+、Co2+；

(2)NaClO3具有氧化性，能将浸出液中的Fe2+氧化成Fe3+，自身被还原生成氯离子，同时生成水，离子反应方程式为ClO3-+6Fe2++6H+=6Fe3++Cl-+3H2O；

(3)盐类水解，谁强显谁性，NH3•H2O⇌NH4++OH- Kb=1.8×10-5，HCO4-⇌H++C2O42- K a2=5.4×10-5，所以(NH4)2C2O4溶液中铵根离子水解大于草酸根离子水解，溶液呈酸性，即PH＜7；

(4)为除去(NH4)2C2O4 晶体表面的附着液，洗涤时可选用蒸馏水洗涤，这样可得到更纯净的晶体，故答案为A；

(5)根据流程图可知，此时溶液中存在Mn2+、Co2+金属离子；由萃取剂对金属离子的萃取率与pH的关系可知，调节溶液PH在3.0～3.5之间，答案为B，可使Mn2+完全沉淀，并防止Co2+转化为Co(OH)2沉淀；

(6)由图可知，C点钴氧化物质量为8.03g，0.1molCo元素质量为5.9g，氧化物中氧元素质量为8.03g-5.9g=2.13g，则氧化物中Co原子与O原子物质的量之比为0.1mol：

≈2:3，故C的Co氧化物为Co2O3。【题型】填空题

【难度】一般

4．由P、S、Cl、Ni等元素组成的新型材料有着广泛的用途，回答下列问题。

(1)基态Cl原子核外电子占有的原子轨道数为___个，P、S、Cl的第一电离能由大到小顺

序为_______。

(2)PCl3分子中的中心原子杂化轨道类型是______，该分子构型为_______。

(3)PH4Cl的电子式为______ ，Ni与CO能形成配合物Ni(CO)4，该分子中π键与σ键个数比为________。

⑷己知MgO与NiO的晶体结构（如图1）相同，其中Mg2+和Ni2+的离子半径分别为66 Pm和 69 pm，则熔点：MgO___NiO(填">"、"<"或"=")，理由是______。

(5)若NiO晶胞中离子坐标参数A为(0,0,0)，B为（1,1,0)，则C离子坐标参数为______。

(6)一定温度下，NiO晶体可以自发地分散并形成"单分子层"，可以认为O2-作密置单层排列， Mi2+填充

其中（如图2），己知O2-的半径为a m，每平方米面积上分散的该晶体的质量为____g。（用a、NA表示）

【答案】⑴ 9 Cl> P > S

⑵　sp3 三角锥形

⑶ 1∶1

⑷　> Mg2+半径比Ni2+小，MgO的晶格能比NiO大

⑸ （1，1/2，1/2）

⑹

或

【解析】(1)基态 Cl原子电子排布为1s22s22p63s23p7，此时其核外电子占有的原子轨道数为9，同周期随原子序数增大，元素第一电离能呈增大强酸，P元素原子3p能级为半满稳定状态，能量较低，第一电离能高于同周期相邻元素，故第一电离能：Cl＞P＞S，故答案为：9；Cl＞P＞S；

(2)PCl3中P原子杂化轨道数为

1/2(5+3)=4，采取 sp3杂化方式，1对孤对电子对，所以该分子构型为三角锥形，故答案为：sp3；三角锥形；(3)PH4Cl的电子式为

，Ni与CO能形成配合物Ni(CO)4，该分子中σ键为：1×4+4=8与π键个数为：2×4=8，所以个数之比为1：1，故答案为：

；1：1；

(4)Mg2+半径比Ni2+小，所以氧化镁的晶格能大于氧化镍，则熔点：MgO＞NiO，故答案为：＞；Mg2+半径比Ni2+小，MgO的晶格能比NiO大；

(5)NiO晶胞中离子坐标参数A为(0，0，0)，B为(1，1，0)，而C离子的x系坐标与Bx系坐标相同，y、z系坐标都在中点上，所以C离子坐标参数为(1，1/2，1/2)，故答案为：(1，1/2，1/2)；

5．有机物M是有机合成的重要中间体，制备M的一种合成路线如下（部分反应条件和试剂已略去）

已知： ①A的密度是相同条件下H2密度的38倍；其分子的核磁共振氢谱中有3组峰；

②

③

请回答下列问题：

（1）B的化学名称为______________。A中官能团的电子式为________________。

（2）C中共面的原子最多有________个。I的结构简式为_____________________。

（3）F→G的化学方程式为________________________________________________。

（4）M不可能发生的反应为_______________（填选项字母）

A.加成反应 B.氧化反应 C.取代反应 D.消去反应

（5）同时满足下列条件的E的同分异构体有_________种。

①能与FeCl3溶液发生显色反应 ②能与NaHCO3反应 ③含有—个—NH2

（6）参照上述合成路线，以

为原料（无机试剂任选），设计制备

的合成路线：_

____ ____。

【答案】⑴ 丙二醛

⑵ 9

⑶

⑷　D

⑸　10

⑹

【解析】A的密度是相同条件下H2密度的38倍，则A的相对分子质量为76，其分子的核磁共振氢谱中有3组峰，根据流程图，A属于醇类，且含有3个碳原子，则B为丙二醛，A为丙二醇。根据信息

②，F为

；结合H和M的结构和信息③，I为

。

(1)B为丙二醛。A为丙二醇，其中官能团为羟基，电子式为

，故答案为：丙二醛；

；

(2)C为丙二酸，羧基中的羰基是平面结构，C中共面的原子最多有9个。I为

，故答案为：9；

；

(3)F为

，F→G的化学方程式为

，故答案为：

；

(4)M中含有羧基和羟基，可以发生取代反应，羟基能够被氧化，含有肽键，能够发生水解反应，含有苯环，能够发生与氢气的加成反应，不能发生消去反应，故选D；

(5)E为

。①能与FeCl3溶液发生显色反应，说明含有酚羟基，②能与NaHCO3反应，说明含有羧基，③含有—个—NH2，说明苯环上含有1个羧基、1个羟基和1个氨基，同时满足条件的E的同分异构体有：当氨基和羧基位于邻位时，羟基有4种位置，即4种同分异构体；当氨基和羧基位于间位时，羟基有4种位置，即4种同分异构体；当氨基和羧基位于对位时，羟基有2种位置，即2种同分异构体；共10种，故答案为：10；

(6)以