藥物研發(fā)中如何避免小分子化合物的油析
小分子化合物通常具有明確的化學結構和生物活性，在藥物研發(fā)領域占據(jù)重要地位。許多藥物都是小分子化合物，這是因為它們能夠穿越細胞膜并與特定的生物大分子（例如蛋白質(zhì)）相互作用，進而發(fā)揮藥效。結晶是處理有機化合物的一項常規(guī)技術，而在小分子化合物的結晶過程中，有時會出現(xiàn)油析現(xiàn)象。
油析現(xiàn)象，也稱為“出油（oiling out）”，或液-液脫混或液-液相分離(LLPS)，是制藥行業(yè)結晶開發(fā)過程中常見的現(xiàn)象。油析過程產(chǎn)生的溶質(zhì)富集相稱之為油相，而溶質(zhì)含量較少的被稱為水相。LLPS 通常是不希望發(fā)生的，因為它會阻礙藥物的結晶。油析在試驗中的出現(xiàn)的頻率取決于試驗條件和所涉及的物質(zhì)體系。
首先，我們來看一下哪些化合物類型更傾向于發(fā)生油析：
（1）化合物熔點相對較低：一般是指溫度低于100℃，通常在70℃-80℃，甚至更低，這類化合物在結晶過程中更容易發(fā)生油析。
（2）相對分子量較大的化合物，如多肽、環(huán)脂肽類，它們比較難結晶，通常會得到無定型產(chǎn)品。
（3）分子中含有柔性結構的化合物，比如長碳鏈，因為碳鏈扭曲和擺動容易旋轉，很難以比較好的排列方式形成晶體
（4）糖類化合物，通常糖類比較難結晶。
（5）吸水性較大的化合物，在有溶劑的情況下很容易受潮變油，粘附在過濾紙上。
油析現(xiàn)象的發(fā)生會導致產(chǎn)品純度、溶殘、雜質(zhì)含量無法達到產(chǎn)品質(zhì)量要求。油析通常會使雜質(zhì)聚集在粘稠的油相中,并由于擴散阻力，晶體不易長大,導致聚結嚴重,雜質(zhì)包藏在產(chǎn)品晶體中。同時,由于油析的發(fā)生干擾了結晶的成核過程,導致難以制備穩(wěn)定單一的目標晶型。總之，在實驗中，油析現(xiàn)象的出現(xiàn)可能導致分析結果不準確、反應速率變慢，產(chǎn)物回收困難，設備堵塞等問題，影響實驗的正常運行。
如覆盆子酮是一種可以用于合成醫(yī)藥、染料、誘蟲劑和香料等的化合物。研究發(fā)現(xiàn)在正丙醇-水的混合溶劑中進行冷卻結晶時，覆盆子酮可能會發(fā)生油析現(xiàn)象,這會導致最終產(chǎn)品的結晶質(zhì)量。為了減少這種影響,研究者系統(tǒng)地研究了這一現(xiàn)象。它們使用FBRM結束測定了覆盆子酮在正丙醇-水混合溶劑中的油析熱力學數(shù)據(jù),確定了油析曲線、澄清曲線、溶解度曲線與超溶解度曲線,并測定了油析介穩(wěn)區(qū)。他們還繪制了油析結晶介穩(wěn)相圖，并系統(tǒng)考察了影響覆盆子酮油析行為的關鍵因素,以及有效的油析行為抑制方法。
該實驗研究表明,溶液的初始濃度、降溫速率和攪拌速率是影響覆盆子酮結晶過程油析現(xiàn)象形成的主要因素，研究者同時考察了晶種添加量、晶種添加時機以及養(yǎng)晶時間等結晶工藝參數(shù)對覆盆子酮油析行為的影響,建立并優(yōu)化了油析抑制工藝[1]。
為了避免或解決油析現(xiàn)象，可以通過控制溶液濃度、溫度、攪拌速率、添加晶種等操作條件來降低油析的可能性�，F(xiàn)在，我們來簡單簡單了解一下在小分子化合物結晶過程中，避免油析的一些策略。
1、溶劑的選擇
選擇合適的溶劑對于避免油析現(xiàn)象至關重要。理想的溶劑應該是合適的極性，并且能夠與待結晶物質(zhì)形成穩(wěn)定的溶液。如果當前使用的溶劑體系容易出現(xiàn)油析，可以考慮更換更適合的溶劑體系。
2、溶液濃度的控制
溶液的濃度也是影響結晶過程中油析的重要因素，過高或者過低的溶劑濃度都可能會導致油析的發(fā)生。因此需要通過精確控制溶液的濃度，保持在一個適宜的水平，有助于減少油析的風險。
3、適當?shù)臏囟瓤刂?/strong>
保持穩(wěn)定結晶系統(tǒng)溫度，以避免因溫度波動引起的局部過飽和或出油現(xiàn)象。
4、優(yōu)化攪拌速度
適當?shù)臄嚢杩梢源龠M晶體均勻生長，但過快或過慢的攪拌都可能導致油析，因此需要控制合適的攪拌速度。
5、漿料熟化管理
在漿料熟化過程中，需要持續(xù)攪拌以保證混懸液的穩(wěn)定性，并促使亞穩(wěn)態(tài)或無定型物質(zhì)轉化為更穩(wěn)定的結晶形式。
漿料轉化是一個熟化的過程，漿料顧名思義是沒有一個溶清的體系，是一個混懸的狀態(tài)，樣品加入到某種溶劑中形成混懸液，混懸液在長時間攪拌下，會像奧斯特瓦爾德規(guī)則一樣，假設是亞穩(wěn)定結晶或者無定型，有可能會慢慢地轉化到能量更低的結晶形式，這就是熟化。
漿料熟化過程中需要一直攪拌，攪拌能夠加速擾動，否則晶種加入后保持在一個位置，很難起到誘導作用。攪拌對于漿料熟化很重要，磁力攪拌和機械攪拌都是可以的[2]。
6、添加晶種
在結晶過程中引入晶種可以促進晶體的生長，有助于控制晶體的大小和形狀，減少油析的可能性。
在反溶劑結晶過程中，加晶種的時候，晶種也變成了油狀物，該如何處理呢？假設在加晶種的時候，出現(xiàn)這種狀況，我們可以選擇把晶種的量加大，或者需要注意加料的順序。例如，前面是反溶劑加到良溶劑中的結晶方式，那可以考慮先把晶種加入到不良溶劑中，形成混懸液，再把需要的結晶的樣品慢慢滴加到帶有晶種的溶液中，要注意加料的速度要慢，這樣可能會誘導出來。
保證原料的純度，去除可能誘發(fā)油析的雜質(zhì)，對于提高結晶過程中的控制性也是至關重要的。
如何在產(chǎn)品中除去結構類似的晶型呢？用來誘導的晶種量是非常小的，外來物加入后誘導出一批樣品，接下來再用誘導出來的產(chǎn)品作為晶種，再去誘導下一批，慢慢地，加入的外來物就會被逐漸稀釋，逐漸就被去除了。
7、晶型純度和混晶的判定
通過單晶的數(shù)據(jù)模擬出粉末圖進行判斷，這個是最標準的方式。如果有些化合物很難制備出單晶，則可以通過多批次的試驗，比如通過不同的結晶手段，結果發(fā)現(xiàn)拿到的樣品的XRPD， DSC和TGA，所有的數(shù)據(jù)都能夠吻合，XRPD圖都一致，那這個時候你可以基本可以判定它是單一的晶型。
混合物的XRPD譜圖是各個組分XRPD譜圖的疊加，所以XRPD多峰最有可能的情況就是混入了該化合物的其它晶型，假設 A 和B 混晶，兩種晶型的特征峰可能都會出現(xiàn)。由于具備指紋屬性，所以可以通過XRPD 圖能觀察到包含A和B的特征那么就可以判斷是混晶。如果判斷晶型純度的話，則需要定量分析方法開發(fā)。僅僅通過一張XRPD圖，很難看出晶型比例的。
如果在-10℃明顯出現(xiàn)混懸有固體產(chǎn)生，后續(xù)過濾時候變成粘液應該如何解決？看起來像是固體，但其實他不是真正的固體（晶體），實際上是一種膠狀物，當用一次性吸管把他吸上來會發(fā)現(xiàn)立刻吸潮然后融化。解決方案可以參考視頻【云講堂】小分子化合物結晶過程中避免油析的策略中的案例的方案，或者可以嘗試溫度降低一些再考察，也可以考慮延長攪拌時間。
為了降低小分子化合物結晶過程中油析的風險，我們需要深入了解所處理的小分子化合物的物理化學性質(zhì)，包括熔點、溶解度等，以便更好地控制結晶條件。某些化合物的溶解度會隨pH值的變化而變化，適當調(diào)整pH值可能有助于改善結晶過程。在實際生產(chǎn)前，也需要進行充分的工藝優(yōu)化實驗，以確定最佳的結晶條件和操作窗口。
醫(yī)藥中間體是指用于合成藥物活性成分（APIs，Active Pharmaceutical Ingredients）的化學物質(zhì)。它們是藥物合成路徑中的中間產(chǎn)品，可以是原料、前體或者半成品，通過一系列化學反應最終轉化為目標藥物分子。筑藥網(wǎng)致力于為客戶提供滿足科研需求的醫(yī)藥中間體產(chǎn)品，我們的產(chǎn)品不僅可以滿足醫(yī)藥研發(fā)工作者的化合物篩選需要，還可以滿足科研人員的藥物合成的需要；同時我們提供從前期的醫(yī)藥中間體產(chǎn)品小量定制和后期工藝放大生產(chǎn)服務，滿足客戶從新藥研發(fā)到后期臨床階段的產(chǎn)品需求，助力加快創(chuàng)新藥企的藥物研發(fā)速度。
參考文獻
[1]韋健,朱亮,沙作良等.覆盆子酮油析結晶過程研究[J].化學工業(yè)與工程,2022,39(01):66-74.DOI:10.13353/j.issn.1004.9533.20210103.
[2] 關于小分子化合物結晶過程中避免油析的策略
