2018, Vol. 53
氢溴酸沃替西汀{1-[2-(2, 4-甲基苯硫基)苯基]哌嗪氢溴酸盐, vortioxetine hydrobromide, 图 1}, 商品名为Brintellix, 是由丹麦Lundbeck公司联合日本Takeda公司研发并与2013年9月被美国FDA批准用于治疗重度抑郁症(MDD)的药物, 其主要通过增加中枢神经系统(CNS)的5-羟色胺(5-HT)浓度发挥抗抑郁作用[1-4]。多项临床试验表明本品对于治疗MDD有较好的有效性、安全性和耐受性[5]。目前该药物尚未在中国上市, 且各国药典均未收载该品种, 而关于氢溴酸沃替西汀的质量研究与药代动力学研究已有文献[6-10]报道, 但对其有关物质的研究仅停留在工艺杂质方面[9, 10], 尚未见对其降解杂质进行全面分析鉴定的报道。
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Figure 1 Chemical structure of vortioxetine hydrobromide |
色谱-质谱联用技术[11, 12]为药物微量有关物质鉴定的有效技术, 本研究建立了适用于氢溴酸沃替西汀有关物质检查和鉴定的色谱-质谱联用分析方法, 通过Q-TOF/MS和MS/MS分别测定了主要有关物质的准确质量和二级质谱, 首次检测并鉴定出了6个主要有关物质, 可为氢溴酸沃替西汀生产工艺的优化和质量控制提供参考依据。
材料与方法仪器 Agilent 1260液相色谱-6520-四极杆-飞行时间串联质谱仪, Agilent Masshunter Qualitative Analysis软件(美国Agilent公司); Finnigan TSQ Quantum Ultra AM型质谱仪, Xcalibur 3.0数据处理系统(美国Finnigan公司); BS 21S分析天平(德国Sartorius公司)。
试药与试剂 氢溴酸沃替西汀(批号: 2016072500, 上海瀚香生物科技有限公司); 甲酸铵、甲酸(AR级, 南京化学试剂有限公司); 乙腈(CR级, 美国TEDIA公司); 去离子水(市售娃哈哈纯净水)。
色谱条件 采用Phenomenex Luna Phenyl-Hexyl色谱柱(150 mm × 4.6 mm, 3 μm), 流动相A为0.1%甲酸铵缓冲溶液-乙腈-甲酸(80: 20: 0.2);流动相B为0.1%甲酸铵缓冲溶液-乙腈-甲酸(20: 80: 0.2), 线性梯度洗脱: 0 min (100% A~0% B)→25 min (0% A~100% B)→30 min (0% A~100% B)→30.1 min (100% A~0% B)→35 min (100% A~0% B), 流速1.0 mL·min-1, 柱温40 ℃, 检测波长226 nm, 进样量40 μL。
质谱条件 电喷雾正或负离子化, 高分辨Q-TOF/MS测定, 喷雾电压3.5 kV, 雾化氮气压力275 kPa, 流量10 L·min-1, 温度350 ℃, 碎片电压135 V, 碰撞能量20~30 eV, 正离子模式下的参比离子m/z为121.050 8 (质子化嘌呤, C5H5N4+)和922.009 8 (质子化氟代膦嗪HP-0921, C18H19O6N3P3F24+)、负离子模式下的参比离子m/z为112.985 5 (三氟乙酸阴离子, C2O2F3-)和1 033.988 1 (HP-0921三氟乙酸阴离子加合物, C20H18O8N3P3F27-); 大气压化学电离负离子化, TOF/MS测定离子源温度为400 ℃, 电晕放电针电流为4 μA, 离子源辅助雾化气为超纯氮气; 质量数扫描范围m/z 50~1 000。APCI-MS/MS测定的电晕放电针电流8 μA, 辅助气压力10 kPa, 毛细管温度350 ℃, 二级质谱扫描碰撞氩气压力0.16 Pa, 碰撞能量30~40 eV。
供试品溶液 精密称取氢溴酸沃替西汀供试品约5 mg, 置于10 mL量瓶中, 加50%甲醇溶解并稀释至刻度作为供试品溶液; 精密量取上述溶液适量, 加溶剂定量稀释, 分别配制成1%和0.1%的自身对照溶液。
强制降解实验溶液 取氢溴酸沃替西汀约5 mg, 经0.5 mL 4 mol·L-1盐酸溶液90 ℃水浴放置3天, 0.5 mL 4 mol·L-1氢氧化钠溶液90 ℃水浴放置3天, 0.5 mL 30%过氧化氢室温放置10 min, 200 ℃烘箱放置6 h, 或0.5 mL 50%甲醇溶解后光照(4 500 lx)放置10天, 分别处理, 然后加50%甲醇溶解(酸碱处理溶液先中和)并稀释至10 mL, 配制成质量浓度约为0.5 mg·mL-1的强制降解实验溶液。同时进行空白溶剂实验。
结果 1 有关物质检查氢溴酸沃替西汀供试品及其各强制降解溶液HPLC检查图谱见图 2, 采用自身0.1%对照法估算有关物质的含量。结果表明, 供试品中有关物质的含量均未超过0.1%, 所以本品合成工艺中的起始物料、中间体和副产物等有关物质, 能够得到很好的控制[9]。
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Figure 2 HPLC-UV chromatograms of vortioxetine hydrobromide test and stressed solutions. a: Blank; b: 0.1% Reference solution; c: API; d: Acid; e: Alkaline; f: High temperature; g: Light; h: Oxidation. Peaks 1-6 represent six related substances |
强制降解实验结果表明, 本品对强酸、光照和氧化相对敏感, 生成了明显的特征降解产物, 其中含量超过0.1%的有6个, 按色谱峰保留时间顺序编号为1~6。酸破坏条件下产生6个主要降解产物(图 2d, 有关物质1~6); 光照破坏产生2个降解产物(图 2g, 有关物质2、3); 氧化破坏条件下生成1个降解产物(图 2h, 有关物质3)。各有关物质与主峰分离良好。
2 有关物质的结构鉴定采用Q-TOF/MS测得有关物质1~5母离子及碎片离子的准确质量和分子式; TOF/MS测得有关物质6母离子的准确质量和分子式, 再经二级质谱测定碎片离子特征, 并通过与沃替西汀的质谱特征对比和有机化学反应机制分析, 推定各主要有关物质的结构(表 1)。
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Table 1 Related substances identified in vortioxetine hydrobromide by HPLC-Q-TOF/MS. *The accurate molecular formula could not be confirmed due to the poor response |
ESI+-Q-TOF/MS测得沃替西汀[M+H]+的准确质量为299.157 4, 与离子式C18H23N2S+相应; 其主要特征碎片离子m/z为256.1157 (C16H18NS+)和150.036 3 (C8H8NS+)等均是由[M+H]+离子中哌嗪开环断裂, 或脱去2, 4-二甲基苯硫基单元而产生(图 3)。沃替西汀的二级质谱和裂解途径分析对解析确证其有关物质结构具有参考意义。
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Figure 3 Q-TOF/MS spectrum of vortioxetine [M+H]+ (m/z 299) ion and its fragmentation pathways |
ESI--Q-TOF/MS测得有关物质1的[M-H]-的准确质量为185.027 7, 与离子式C8H9O3S-相应, 比沃替西汀结构中2, 4-二甲基苯硫酚质量数多48, 与3个O相应; 其主要特征碎片离子m/z为121.065 1 (C8H9O-)和79.957 0 (O3S-·)。有关物质1主要在酸破坏条件下产生, 与沃替西汀相比保留较弱, 极性较大, 且该有关物质仅在ESI负离子模式下有响应, 结合沃替西汀结构中存在硫醚键, 确证有关物质1是沃替西汀硫醚键被酸解氧化为磺酸而形成的水解产物[13]。m/z 121.065 1 (C8H9O-)和79.957 0 (O3S-·)分别是[M-H]-脱SO2及形成磺酸游离基离子的特征碎片(图 4)。
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Figure 4 Q-TOF/MS spectrum of related substance 1 [M-H]- (m/z 185) ion and its fragmentation pathways |
ESI+-Q-TOF-MS测得有关物质2的[M+H]+的准确质量为163.122 9, 与离子式C10H15N2+相应, 比沃替西汀质量数少136, 元素组成少C8H8S, 与脱去2, 4-二甲基苯硫酚单元对应。有关物质2在酸破坏和光照破坏条件下产生, 保留时间相对较弱而极性较大。故推测有关物质2是沃替西汀硫醚键断裂后形成的N-苯基哌嗪水解产物。其主要特征碎片离子m/z 120.080 4 (C8H10N+)和118.064 8 (C8H8N+)分别是[M+H]+哌嗪环N1-C2、N4-C5键断裂开环而产生的特征碎片(图 5)。
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Figure 5 Q-TOF/MS spectrum of related substance 2 [M+H]+ (m/z 163) ion and its fragmentation pathways |
ESI+-Q-TOF-MS测得有关物质3的[M+H]+的准确质量为315.152 3, 与离子式C18H23N2OS+相应, 比沃替西汀质量数多16, 对应一个O原子; m/z 315.152 3提取离子流图呈双峰(图 6), 表明沃替西汀一氧化物至少存在2种形式。有关物质3的(图 7, 峰1)主要特征碎片离子m/z为191.063 0 (C10H11N2S+)和148.019 4 (C8H6NS+), 比沃替西汀相应特征碎片离子质量数少2, 与沃替西汀的一氧化物脱去中性水分子的过程相应, m/z 242.095 6 (C15H16NS+)是[M+H]+哌嗪环N1-C2、C5-C6键断裂开环而产生的特征碎片, m/z 136.022 1 (C7H6NS+)是[M+H]+哌嗪环N1-C2、C5-C6键断裂开环并脱去2, 4-二甲基苯硫基单元而产生的特征碎片, 而其他主要碎片离子与沃替西汀的均一致, 说明有关物质3为哌嗪4位氮原子被氧化的产物。而提取离子流图中的另一氧化物则为S-氧化物, 该峰的主要特征碎片离子(图 7, 峰2) m/z为298.148 5 (C18H22N2S+·), 与沃替西汀的S-氧化物易脱去HO·自由基相应, S-氧化物和N-氧化物的色谱保留与它们的化学极性特征差异也相符。文献[14, 15]也报道了沃替西汀主要氧化降解产物的鉴定, 并解析为S-氧化物, 则不准确。
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Figure 6 Extraction ion chromatogram of m/z 315.152 3 |
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Figure 7 Fragmentation pathways of [M+H]+ (m/z 315) ion |
ESI+-Q-TOF-MS测得有关物质5的[M+H]+的准确质量为435.192 1 (图 8), 与离子式C26H31N2S2+相应, 比沃替西汀质量数多136, 与沃替西汀结构中增加1个2, 4-二甲基苯硫酚取代相应; 其主要特征碎片m/z 392.148 5 (C24H26NS2+)比沃替西汀特征碎片m/z 256.115 7 (C16H18NS+)多136, 元素组成多C8H8S, 对应一分子2, 4-二甲基苯硫酚, 提示非哌嗪环取代, 又因叔胺为强邻对位定位基, 而2, 4-二甲基苯硫酚空间结构较大, 故亲电取代位置应为哌嗪环对位; m/z 349.093 7 (C22H21S2+)与[M+H]+脱哌嗪相应; m/z 298.149 2 (C18H22N2S+·), 149.028 0 (C8H7NS+·)和119.080 3 (C8H9N+·)碎片, 分别比沃替西汀及其相应特征碎片m/z(299, 150和120)少1, 判断为[M+H]+脱去2, 4-二甲基苯硫基单元游离基或哌嗪环N1-C2、N4-C5键断裂开环后形成的系列奇电子离子; 同时m/z 286.070 4 (C16H16NS2+)为[M+H]+脱去间二甲苯并哌嗪环N1-C2、N4-C5键断裂开环后形成的特征碎片。
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Figure 8 Q-TOF/MS spectrum of related substance 5 [M+H]+ (m/z 435) ion and its fragmentation pathways |
ESI+-Q-TOF-MS测得有关物质4与沃替西汀具有相同的准确质量, 且二级碎片亦完全相同, 故判断二者互为同分异构体; 结合有关物质5的结构, 推断有关物质4为有关物质5的2位水解脱一分子2, 4-二甲基苯硫酚后形成的降解产物。
2.6 有关物质6在ESI+/-及APCI+模式下, 有关物质6均无质谱响应, 在APCI-模式下的质谱响应较弱, 判断该有关物质的结构中不含N原子。APCI--TOF- MS测得有关物质6的M-·的准确质量为380.056 6, 比沃替西汀质量数多81, 结合文献[16]判断该有关物质为沃替西汀与有关物质5发生取代反应并脱哌嗪而形成(图 9); MS/MS主要特征碎片离子m/z为275, 比M-·少105, 与脱间二甲苯相应(图 10)。
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Figure 9 Formation mechanism of related substance 6 |
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Figure 10 MS/MS spectrum of related substance 6 M-· (m/z380) ion and its fragmentation pathways |
本研究建立的LC-MS方法检测出氢溴酸沃替西汀的6个主要降解杂质, 并通过对各杂质的质谱解析、鉴定了它们的结构。有关物质1和2分别为沃替西汀水解后形成的2, 4-二甲基苯硫酚被过度氧化后的降解产物及N-苯基哌嗪降解产物; 有关物质3为沃替西汀结构中哌嗪环被氧化后形成的N-氧化物; 有关物质4与沃替西汀互为同分异构体, 为有关物质5经水解后脱一分子2, 4-二甲基苯硫酚后形成的降解产物; 有关物质5为沃替西汀与其水解产物2, 4-二甲基苯硫酚发生亲电取代反应后的降解产物; 有关物质6为沃替西汀与有关物质5发生取代反应并脱哌嗪而形成的降解产物。
强制降解实验表明, 沃替西汀在酸破坏条件下硫醚键易断键水解, 产生极性较大的有关物质, 并在酸性高温条件下哌嗪苯环易发生亲电取代反应和苯硫醚的聚合反应; 在酸、光照及氧化条件下哌嗪环易被氧化成N-氧化物, 故贮存过程应注意密封、避光。
| [1] | Baune BT, Sluth LB, Olsen CK. The effects of vortioxetine on cognitive performance in working patients with major depressive disorder:a short-term, randomized, double-blind, exploratory study[J]. J Affective Disord, 2018, 229: 421–428. DOI:10.1016/j.jad.2017.12.056 |
| [2] | Sanchez C, Asin KE, Artigas F. Vortioxetine, a novel antidepressant with multimodal activity:review of preclinical and clinical data[J]. Pharmacol Ther, 2015, 145: 43–57. DOI:10.1016/j.pharmthera.2014.07.001 |
| [3] | Vieta E, Sluth LB, Olsen CK. The effects of vortioxetine on cognitive dysfunction in patients with inadequate response to current antidepressants in major depressive disorder:a short-term, randomized, double-blind, exploratory study versus escitalopram[J]. J Affect Disord, 2018, 227: 803–809. DOI:10.1016/j.jad.2017.11.053 |
| [4] | Yang FP, He Y, Wang Z, et al. Research progress of antipsychotics[J]. Acta Pharm Sin (药学学报), 2016, 51: 1809–1821. |
| [5] | Nomikos GG, Tomori D, Zhong W, et al. Efficacy, safety, and tolerability of vortioxetine for the treatment of major depressive disorder in patients aged 55 years or older[J]. CNS Spect, 2017, 22: 348–362. DOI:10.1017/S1092852916000626 |
| [6] | Douša M, Doubský J, Srbek J. Utilization of photochemically induced fluorescence detection for HPLC determination of genotoxic impurities in the vortioxetine manufacturing process[J]. J Chromatogr Sci, 2016, 54: 1–6. DOI:10.1093/chromsci/bmv205 |
| [7] | Kall MA, Rohde M, Jørgensen M. Quantitative determination of the antidepressant vortioxetine and its major human metabolite in plasma[J]. Bioanalysis, 2015, 7: 2881–2894. DOI:10.4155/bio.15.207 |
| [8] | Kragelj Lapanja N, Zupančič B, Toplak Časar R, et al. Evaluation of starting materials for PMIs (potentially mutagenic impurities):a vortioxetine case study[J]. Org Process Res Dev, 2018, 22: 125–135. DOI:10.1021/acs.oprd.7b00239 |
| [9] | Liu L, Cao N, Ma XL, et al. Stability-indicating reversed- phase HPLC method development and characterization of impurities in vortioxetine ctilizing LC-MS, IR and NMR[J]. J Pharm Biomed Anal, 2016, 117: 325–332. DOI:10.1016/j.jpba.2015.08.028 |
| [10] | Li JW, Song SL, Zhang H, et al. Determination of related substances in vortioxetine hydrobromide tablets by HPLC[J]. Chin J Pharm (中国医药工业杂志), 2017, 48: 1359–1363. |
| [11] | Zhang CY, Li J, Gao JM, et al. The impurity profiling of paclitaxel and its injection by UPLC-MS/MS[J]. Acta Pharm Sin (药学学报), 2016, 51: 965–971. |
| [12] | Zeng XF, Liu J, Song M, et al. Identification of related substances in nicergoline by HPLC-MS[J]. Acta Pharm Sin (药学学报), 2015, 50: 1026–1031. |
| [13] | Parida KN, Chandra A, Moorthy JN. Oxidation of thiols to sulphonic acids with Oxone®/NaHCO3and KBrO3[J]. Chemistryselect, 2016, 1: 490–494. DOI:10.1002/slct.201600028 |
| [14] | Xu R, Zhang GY, Wang DC, et al. Determination of related substances of vortioxetine hydrobromide by HPLC[J]. Chin Pharm J (中国药学杂志), 2018, 53: 312–317. |
| [15] | Fang SM, Kang JP, Su MJ, et al. Preparation and application of degradation product of vortioxetine hydrobromide: CN, 201610363167. 3[P]. 2017-12-05. |
| [16] | Nekhoroshev VP, Gubaidullin RR, Yarkova AG, et al. Transformations of diphenyl sulfide and diphenylamine on aluminum chloride[J]. Pet Chem, 2017, 57: 272–277. DOI:10.1134/S0965544117020207 |