Рентгеновская, электронная и ЯМР-кристаллография для определения структуры малых органических молекул

Введение

В то время как лекарства на основе биотехнологий занимают лидирующие позиции на фармацевтическом рынке, традиционные низкомолекулярные препараты по-прежнему очень важны для ежедневного лечения, например, болезней взрослых. Эти низкомолекулярные активные фармацевтические ингредиенты (АФИ) обычно могут кристаллизоваться в нескольких различных формах, т.е. кристаллических полиморфах, в зависимости от условий кристаллизации. Поскольку на растворимость и стабильность в значительной степени влияет кристаллическая форма, очень важно контролировать и контролировать кристаллическую форму с точки зрения контроля качества от разработки до стадии производства [1, 2, 3]. Когда доступны кристаллы достаточно большого размера (~ 100 мкм), монокристаллическая рентгеновская дифракция (SCXRD) дает отчетливый ответ на кристаллические формы с атомарным разрешением. Однако большинство низкомолекулярных препаратов выпускается в микрокристаллических формах с различной рецептурой, включая таблетки, пилюли, порошки. Поскольку эти составы включают эксципиент, крайне важно определить кристаллическую форму по микрокристаллам в смеси. Порошковая рентгеновская дифракция (PXRD) и ¹³Ядерный магнитный резонанс с вращением под магическим углом с кросс-поляризацией (CPMAS ЯМР) - это два основных метода идентификации кристаллической формы. Поскольку экспериментальные картины/спектры дают отпечатки пальцев каждой кристаллической формы, сравнение картин/спектров между лекарственным средством и стандартной формой дает в большинстве случаев четкий ответ на кристаллическую форму в нем. Однако оба метода все еще имеют практические проблемы. PXRD иногда не может идентифицировать кристаллическую форму, так как многие дифракционные картины от API и наполнителя накладываются друг на друга. С другой стороны, ¹³C СРМАС, который чувствителен к молекулярной конформации, является подходящим методом для анализа смесей, поскольку большинство сигналов от эксципиента появляются в положениях, отличных от тех, что от АФИ, что позволяет избежать перекрытия сигналов. Однако, ¹³C CPMAS довольно нечувствителен к молекулярной упаковке, так как атомы углерода погружены внутрь молекул и расположены далеко от молекулярной поверхности. Таким образом ¹³C CPMAS не может идентифицировать кристаллические формы со сходными молекулярными конформациями. Более того, чувствительность к кристаллической форме меньше, чем у PXRD.
Другой важной проблемой низкомолекулярных АФИ является способ идентификации соли/сокристалла/континуума в многокомпонентных системах. Иногда требуется улучшить растворимость и/или стабильность кристаллов АФИ. Многокомпонентные системы, состоящие из АФИ и инертного соформера, являются одним из широко используемых решений этой проблемы. Многие примеры можно найти в многокомпонентных системах путем смешивания (обычно основного) АФИ и (кислотного) сообразователя. Когда разница pKa (ΔpKa) больше 3, образуется соль, в которой обнаруживаются межмолекулярные ионные взаимодействия. В соли протон из соформера полностью движется в сторону АФИ. В последнее время вводится еще один класс многокомпонентных систем — сокристаллы, когда ΔpKa меньше 3. В сокристалле протон в соформере все еще остается и образуется межмолекулярная водородная связь. Кроме того, встречается и система между солью и сокристаллом, т.е. континуум, в котором протон находится между АФИ и соформером. Крайне важно идентифицировать соль/сокристалл/континуум с интеллектуальной точки зрения, особенно когда ΔpKa меньше 3. Однако отсутствие возможности определения положения протона в методах, основанных на XRD, создает серьезную проблему для идентификации соли/сокристалла/континуума. континуума, так как различие между ними происходит только по водородным позициям.
Основными проблемами, которые еще не решены, являются 1) анализ смеси, 2) идентификация кристаллической формы со сходной молекулярной конформацией и 3) отсутствие возможности определить ¹позиции Н. Первые два вопроса связаны с кристаллическими полиморфами, а последний — с солью/сокристаллом/континуумом. Здесь мы объединяем дифракцию электронов (ЭД), ¹H ssNMR и SCXRD для решения этих проблем. ЭД является одним из методов наблюдения в оборудовании для просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ) и дает дифракционные картины. Поскольку взаимодействие электронов в 104–105 раз сильнее, чем взаимодействие рентгеновских лучей, картину ЭД можно наблюдать в монокристаллах от нано- до микроразмеров, что позволяет проводить анализ смесей. Хотя применение ЭД в значительной степени ограничивается неорганическими материалами, устойчивыми к электронному облучению, недавний прогресс в высокочувствительной камере позволяет работать в режиме низкой дозы вместе с криодержателем образца, открывая путь к ЭД-наблюдению органических кристаллов, включая низкомолекулярные. API веса. Вопрос 2) поднят потому, что ¹³C CPMAS нечувствителен к молекулярной конформации, как упоминалось выше. К счастью, внедрение очень быстрой технологии MAS > 70 кГц позволяет использовать высокое разрешение. ¹H наблюдается даже в твердых телах [4, 5, 6], где ¹Hs тесно связаны с ¹H-¹H-диполярные взаимодействия при умеренной скорости MAS. С ¹H находится на поверхности, ¹H-изотропные химические сдвиги чувствительны не только к конформации, но и к молекулярной упаковке. Кроме того, ¹H-¹Межмолекулярная корреляция H дает четкие закономерности для каждой молекулярной упаковки. Быстрая технология MAS реализует не только высокое разрешение ¹H ЯМР, но и несколько сложных экспериментов, в том числе ¹⁴N ЯМР и ¹H-¹⁵N измерений расстояния. Первый обнаруживает протонированное состояние в небольших органических молекулах. Последнее дает четкий ответ на проблему соли/сокристалла/континуума, где ключевую роль играют положения водорода. Кроме того, мы оцениваем пропускную способность каждого метода.

Кристаллические полиморфы^[7]

Идентификация кристаллических форм в фармацевтических применениях имеет решающее значение и обычно выполняется с помощью PXRD и ¹³C CPMAS ssЯМР. Однако первый не подходит для анализа смесей, а второй иногда не работает, как обсуждалось выше. В качестве примера, ¹³C CPMAS спектры трех различных (псевдо) полиморфов L-гистидина показаны на рис.₂O (рис. 1а) из-за различной молекулярной конформации. С другой стороны, L-гистидин в орторомбической (рис. 1б) и моноклинной (рис. 1в) формах дает практически одинаковые ¹³C CPMAS-спектры, отражающие близкую конформацию друг к другу. Как показано здесь, ¹³C CPMAS является чувствительной мерой для идентификации кристаллической формы с различной конформацией, однако не позволяет различить полиморфы со сходной молекулярной конформацией. Здесь мы предлагаем комбинированный подход ЭД и ¹H ssNMR при очень быстром MAS, чтобы ответить на эти вопросы.
На рис. 2 представлены ПЭМ-изображение и картина ЭД L-гистидина·HCl·H.₂О измерено при комнатной температуре. В то время как размер кристалла составляет около 1 мкм, что обычно встречается в фармацевтических продуктах, применяется нанолуч 100 нм. Таким образом, кристаллы размером 100 нм в принципе достаточно велики для получения монокристаллических картин ЭД. На самом деле, мы измеряли картины ЭД от кристаллов размером 100 нм или даже меньше. Критическая доза L-гистидина·HCl·H₂O при комнатной температуре составляет всего 10-20 e^-nm^-2, устанавливаем мощность дозы 10 e^-nm^-2s^-1 при времени экспозиции 1 с, в результате общая доза 10 е^-nm^-2. Даже в условиях такой очень низкой дозы современная CMOS-камера (OneView, Gatan, Inc., США) обеспечивает достаточную чувствительность. В то время как критические дозы 10-20 е^-nm^-2 обычно обнаруживаются в органических молекулах, при необходимости держатель для криопроб дополнительно улучшает критическую дозу. Поскольку картину ЭД можно легко рассчитать по кристаллической структуре, кристаллическую форму можно определить путем сравнения экспериментальной и рассчитанной картин ЭД. ЭД L-гистидина в орторомбической и моноклинной формах показаны на рис. 3 и 4 соответственно. Пока ¹³C CPMAS не может различить эти две формы (рис. 1), ED-дифракция дает разные картины для каждой кристаллической формы. Это связано с тем, что параметры решетки в этих двух формах совершенно разные. Кроме того, ED обеспечивает высокую производительность измерений в течение одной минуты по сравнению с PXRD (десятки минут) и ¹³C CPMAS (часы). Измерения ЭД проводили с помощью JEM-ARM200F (JEOL Ltd., Япония). Большинство приборов TEM способны выполнять это измерение, если установлена ​​камера с высокой чувствительностью.
Молекулярную упаковку можно исследовать с помощью ¹H ЯМР при очень быстром MAS. 1D ¹Спектры ЯМР H полиморфов L-гистидина (псевдо) при 70 кГц MAS показаны на фиг. 5, что дает разные картины. Примечательно, что L-гистидин в орторомбической форме (b) дает структуру, отличную от таковой в моноклинной форме (c). Эти различия происходят из-за разных молекулярных упаковок. Это подчеркивает преимущество ¹H ЯМР над ¹³C CPMAS, который не может идентифицировать эти две кристаллические формы. Благодаря высокому содержанию (> 99%) и ларморовской частоте (600 МГц при 14.1 Тл) для наблюдения этих одномерных спектров требуется менее одной минуты. Разницу между двумя кристаллическими формами можно усилить, наблюдая ¹H/¹H эксперименты по гомоядерной корреляции, которые должны быть чувствительны к межмолекулярным ¹H/¹H связность, таким образом кристаллические упаковки. Способность к гомоядерной корреляции является одной из уникальных особенностей ¹H ЯМР с помощью его высокой чувствительности и изобилия. Рисунок 6 дает 2D ¹H двухквантовый (DQ) / одноквантовый (SQ) гомоядерный корреляционный спектр L-гистидина в орторомбической и моноклинной формах. В то время как одномерные спектры отображают только локальную информацию, двухмерные гомоядерные корреляционные спектры также отражают информацию о молекулярных упаковках, что ясно показано на наложенных спектрах. Поскольку когерентность DQ создается посредством ¹H-¹При дипольных взаимодействиях интенсивности перекрестных пиков отражают пространственную близость. Например, межъядерные расстояния между H1 и H4 составляют 4.1 Å для орторомбической формы, значительно короче и 2.86 Å для моноклинной формы. Хотя разница в расстоянии составляет всего 1.4 раза, это приводит к усилению дипольного взаимодействия в 2.9 раза в моноклинной форме. Таким образом, корреляции H1-H4 наблюдаются только в моноклинной форме. Это 2D-эксперимент, однако время измерения обычно составляет менее одного часа, что дает более высокую пропускную способность, чем ¹³С КПМАС.
¹H/¹⁴Корреляция N ЯМР также дает полезную информацию. В L-гистидине существует несколько возможных протонированных состояний. Любой или оба из двух атомов азота при τ и δ в имидазольном кольце могут быть протонированы до фрагмента NH. Кроме того, L-гистидин может быть цвиттерионом. Трудно различить эти протонированные состояния с помощью XRD или ED, поскольку оба метода не чувствительны к положениям водорода. Однако, ¹H/¹⁴N корреляционных спектров L-гистидина (рис. 7) дают четкий ответ. В кислой среде в L-гистидин·HCl·H₂O, появляется корреляция трех NH. Это ясно показывает, что атомы азота τ и δ протонированы. Еще одна корреляция NH появляется в низкочастотной позиции в ¹⁴Размер N при -260 ppm предполагает, что эта аминокислота представляет собой цвиттерион с NH₃⁺ часть. Это связано с малой квадрупольной связью в NH₃⁺ из-за локальной симметрии. С другой стороны, два полиморфа L-гистидина дают только два пика NH для каждого. Ясно, что оба являются цвиттер-ионами, и только один из азота τ и δ протонирован. Следует отметить, что ¹H/¹⁴N обычно занимает менее 10 минут, потому что оба ¹Рука ¹⁴N — многочисленные ядра.
Все вышеперечисленные измерения были выполнены с использованием спектрометра JNM-ECZ600R (JEOL RESONANCE Inc., Япония), оснащенного 1 мм быстрым зондом MAS ssNMR (JEOL RESONANCE Inc.) при 14.1 Тл. Количество образца, используемого в измерениях, составляет около 1 мг для каждого .

Fig.1

¹³C Спектры CPMAS (a) L-гистидин·HCl·H₂O, (b) L-гистидин (орторомбический) и (c) L-гистидин (моноклинный) вместе с молекулярными конформациями. Было накоплено 256 сканов для (а) и 512 сканов для (б) и (в). (а) измерено при 16.4 Тл на спектрометре JNM-ECA700II (JEOL RESONANCE Inc., Япония). Рисунок воспроизведен со ссылки 7.

Fig.2

(а) ПЭМ-изображение и (б) картина дифракции нанопучка (диаметром 100 нм) микрокристаллического L-гистидина·HCl·H₂О образец. Дифрактограмма была получена из области, обозначенной белым кружком на (а). Рисунок воспроизведен со ссылки 7.

Fig.3

( а ) Отрицательно отображаемая экспериментальная картина ED для L-гистидина (орторомбическая) и рассчитанная картина ED для ( b ) L-гистидина ( орторомбическая ) и ( c ) L-гистидина (моноклинная ). Расстояния d, соответствующие дифракционным пятнам, оцениваются по длине калиброванной камеры 40 см и длине волны 2.51 пм при ускоряющем напряжении 200 кВ. Картина ЭД рассчитывалась для пучка, падающего по оси зоны [631]. Рисунок воспроизведен со ссылки 7.

Fig.4

( а ) Отрицательно отображаемая экспериментальная картина ED для L-гистидина (моноклинная) и рассчитанная картина ED для ( b ) L-гистидина (орторомбическая) и ( c ) L-гистидина (моноклинная). Расстояния d, соответствующие дифракционным пятнам, оцениваются по длине калиброванной камеры 40 см и длине волны 2.51 пм при ускоряющем напряжении 200 кВ. Картина ЭД рассчитывалась для пучка, падающего по оси зоны [100]. Рисунок воспроизведен со ссылки 7.

Fig.5

Ассоциация ¹Спектры ЯМР H (а) L-гистидин·HCl·H₂O, (b) L-гистидин (орторомбический) и (c) L-гистидин (моноклинный). Рисунок воспроизведен из ссылки 7.

Fig.6

¹Н ДК/¹Спектры ЯМР H SQ (а) L-гистидина (орторомбический) и (б) L-гистидин (моноклинный). Расширение наложенных спектров также показано на (c) (L-гистидин (ромбический) черным цветом и L-гистидин (моноклинный) красным цветом). Четыре сканирования для каждого t₁ периода накоплено 32 т₁ приращения. Рисунок воспроизведен со ссылки 7.

Fig.7

Ассоциация ¹ЧАС/{¹⁴N} Спектры ЯМР (а) L-гистидин·HCl·H₂O, (b) L-гистидин (орторомбический) и (c) L-гистидин (моноклинный). Спектр (а) был измерен при частоте MAS 90 кГц с помощью зонда HXMAS 0.75 мм (JEOL RESONANCE Inc., Япония). Восемь сканирований для каждого t₁ периода были накоплены с (a) 64 и (b)/(c) 32 т₁ приращения. Нет ¹ЧАС-¹⁴Повторное связывание азота применяли во время перемешивания. Рисунок воспроизведен со ссылки 7.

Новые методы, разработанные для кристаллических полиморфов

Несмотря на важность азота в химии, фармации, материаловедении и т. д., ЯМР азота весьма ограничен. Просто потому, что низкая чувствительность ¹⁵N ЯМР из-за низкого содержания ¹⁵Н (0.4%). Несмотря на то что ¹⁵N предпочтительнее из-за его спинового квантового числа I = 1/2, другого изотопа ¹⁴N также является ЯМР-активным ядром с благоприятным высоким содержанием 99%. Целочисленное спиновое квантовое число (I = 1) и наличие квадрупольной связи затрудняет применение ¹⁴Н ЯМР. Для преодоления этих проблем мы разработали ¹ЧАС-{¹⁴N} измерения гетероядерной многоквантовой когерентности (HMQC) в условиях очень быстрой MAS [8]. Этот метод обеспечивает высокопроизводительные измерения с образцами с ограниченной массой менее 1 мг. Из-за высокой чувствительности метод может быть расширен до трех измерений для ¹⁴N/¹Н ДК/¹Эксперименты по корреляции H SQ[9]. Кроме того, метод исследует наблюдение за ³⁵Cl, который часто встречается в фармацевтической соли [10].
Отнесение сигналов помогает интерпретировать спектры ЯМР, как обсуждалось выше на рис. 6. В то время как двумерная гомо/гетероядерная корреляция очень помогает относить сигнал через двухспиновые коннективы, трехмерные эксперименты дают гораздо более четкие отнесения. С этой целью мы разработали ¹³C/¹Н ДК/¹Корреляция H SQ для выявления локальных ¹H-¹H-спиновая сеть вблизи ¹³С [11]. Полные назначения были получены из одного трехмерного спектра с образцом 1 мг при естественном содержании.

Соль/Сокристалл/Континуум^[12]

Как обсуждалось выше, идентификация соли/сокристалла/континуума все еще остается большой проблемой в фармацевтических применениях из-за отсутствия возможности определить местонахождение водорода с помощью XRD. Различие между этими тремя классами можно интерпретировать как разные расстояния между водородом и азотом (рис. 8). Таким образом, размер ¹H-¹⁵N дипольных взаимодействий, обратно пропорциональных кубу межъядерных расстояний, должны дать четкий ответ на вопрос соль/сокристалл/континуум.
Здесь мы предлагаем комбинированный метод SCXRD и ssNMR. В то время как SCXRD определяет глобальную кристаллическую структуру, ssNMR дает локальные межъядерные расстояния. Объединив эти два вида информации, можно установить цельное понимание кристаллической структуры. В качестве демонстрации сначала мы синтезируем четыре модельные многокомпонентные системы, показанные на рис. 9. Кристаллические структуры определяются с помощью SCXRD. Результаты ясно показывают наличие межмолекулярного контакта между N и OH, как и ожидалось (рис. 10). Вопрос в том, является ли это солью/сокристаллом/континуумом. Чтобы ответить на этот вопрос, мы попытались определить положения водорода с помощью SCXRD, однако он дает значения, зависящие от машины, что приводит к ненадежным положениям. Как ясно показывает кристаллическая структура, определенная с помощью SCXRD, существует межмолекулярное взаимодействие 1H/15N. ¹H/¹⁵N расстояний, таким образом, сила связи между ¹Рука ¹⁵N, должен дать ответ на проблемы с солью/сокристаллом/континуумом. Например, ¹H/¹⁵Расстояние N в SA2 определено равным 1.25 Å (рис. 10). При расстояниях между азотом и кислородом 2.54 Å, определенных с помощью SCXRD, мы можем заключить, что SA2 является континуумом, поскольку водород расположен посередине кислорода и азота. Следует отметить, что SA2 состоит из сильной кислоты и основания с ΔpKa больше 3. Этот результат подчеркивает важность измерений SCXRD/ssNMR для идентификации соли/сокристалла/континуума даже для системы с большим ΔpKa. Структуры и межъядерные расстояния остальных трех систем были успешно определены (рис. 10). Узким местом этого метода является экспериментальное время для ¹H-¹⁵N измерение расстояния. Помимо низкой естественной численности ¹⁵N и малый ¹H-¹⁵N, эти фармацевтические образцы обычно показывают очень ¹HT₁ время отдыха. Кроме того, потребность в быстрой МАС уменьшает объем пробы, что приводит к дальнейшему снижению чувствительности. Мы разработали метод повышения пропускной способности, как описано в следующем разделе, каждое измерение по-прежнему требует 4-5 дней. Мы согласны с фактом ограниченной пропускной способности. Тем не менее, мы считаем, что этот метод весьма полезен, так как ни один другой метод не дает четкого ответа.
Все измерения ЯМР проводились с помощью ЯМР-спектрометра JNM-ECA700II (JEOL RESONANCE Inc.) с использованием 1-мм двойного резонансного быстрого датчика MAS (JEOL RESONANCE Inc.) при 16.4 Тл.

Fig.8

Схематическое изображение (а) сокристалла, (б) соли и (в) континуума (где положение атома Н является общим для двух тяжелых атомов) в типичном O_...H_...Н взаимодействие. Рисунок воспроизведен из ссылки 12.

Fig.9

Схематическое изображение соединений, используемых в настоящем исследовании, показывающее (a) SA1 (3-нитробензойная кислота и N,N-диметилпиридин-4-амин), (b) SA2 (3,5-динитробензойная кислота и 4-этилпиридин), (c) CO1 (4-нитробензойная кислота и 3-этилпиридин) и (d) CNT1 (пентахлорфенол и 4-метилпиридин). Рисунок воспроизведен из ссылки 12.

Fig.10

Молекулярные структуры и двумерные спектры invCP-VC (¹⁵N-¹H дипольные связи по сравнению с ¹H химический сдвиг) SA1, SA2, CO1 и CNT1. Рисунок воспроизведен из ссылки 12.

Разработаны новые методы для соли/сокристалла/континуума

Размеры ¹H/¹⁵N дипольное взаимодействие должно быть точно измерено. Однако это непростая задача из-за 1) низкой численности ¹⁵N (0.4%), 2) малое гиромагнитное отношение (1/10 от ¹H) и 3) обильный ¹Ядра H, которые не связаны с ¹⁵N, что приводит к низкой чувствительности, небольшой дипольной связи (1-7 кГц) и перекрытию ¹H резонансов соответственно. Что еще более важно, предыдущие методы, как правило, показывают ¹H/¹⁵N дипольная связь, которая зависит от условий эксперимента, дает ненадежные расстояния. Чтобы преодолеть эти трудности, мы внедрили метод обратного детектируемого КП с переменным временем контакта (инв КП-ВК) при быстром МАС [13]. Во-первых, метод дает хорошо выраженные дипольные расщепления, не зависящие от условий эксперимента [14]. На самом деле масштабный коэффициент метода inv CP-VC в значительной степени зависит от напряженности радиочастотного поля. Однако сигналы из области с B₁ неоднородности рассеиваются в широком спектральном диапазоне, что делает эти сигналы невидимыми. Таким образом, сигналы от однородных B₁ поля наблюдаются избирательно. Повышение чувствительности за счет ¹Обнаружение H в inv CP-VC смягчает низкую чувствительность из-за небольшого содержания и небольшого объема пробы. Экспериментально показано, что inv CP-VC способен контролировать ¹H/¹⁵N связь 2 кГц. Inv CP-VC работает как фильтрация ¹H-резонансы, обеспечивающие выборочное наблюдение ¹Н в непосредственной близости от ¹⁵N. Это позволяет избежать сложности перекрывающихся резонансов между ¹Хс. Кроме того, inv CP-VC позволяет анализировать образцы с ограниченной массой менее 1 мг.
Задержка повторения должна быть вставлена ​​между последовательными сканированиями в измерениях ЯМР, чтобы спиновая система возвращалась близко к тепловому равновесию перед началом измерений ЯМР. Поскольку задержка повторения должна быть порядка T₁ время релаксации, которое обычно намного больше, чем в остальных экспериментах, T₁ время релаксации является доминирующим фактором времени эксперимента в ЯМР. В экспериментах inv CP-VC намагниченность начинается с ¹Н, таким образом, ¹HT₁ является важным. Однако хорошо кристаллические низкомолекулярные АФС, как правило, имеют очень длительный срок службы. ¹HT₁ время релаксации от десятков до сотен секунд, что резко снижает пропускную способность. При высокой скорости MAS проблема более серьезная, потому что ¹H-¹Диффузия спинов H подавляется, что приводит к более длительному ¹HT₁ время отдыха. Поскольку интересующие нас протоны NH пространственно и спектрально изолированы от других 1H, очень медленные ¹H-¹Спиновая диффузия H препятствует ¹Намагниченность H от восстановления до своего теплового равновесия. Это приводит к более медленному ¹HT₁ время релаксации протонов NH по сравнению с остальными ¹Хс. Чтобы преодолеть эту трудность, мы применили последовательности повторной связи, управляемой радиочастотой (RFDR), на ¹H, во время задержки повторения [15]. Это повышает ¹H-¹Спиновая диффузия H, выводящая намагниченность из быстро релаксирующей ¹H в NH протоны. Поскольку механизмы релаксации быстро релаксирующих протонов используются несколько раз, можно улучшить не только протон NH, но и общую чувствительность. Мы также оптимизировали фазовое циклирование в последовательности RFDR, подходящее для ¹H смешение [16, 17].

Заключение

И ПЭМ, и ЯМР постоянно совершенствуются даже сейчас, несмотря на то, что они были введены более 70 лет назад. Недавно представленная высокочувствительная камера в ПЭМ открывает путь к новому применению в крио-ПЭМ для определения структуры белка с использованием подхода к анализу отдельных частиц. Повышение чувствительности полезно не только для белков, но и для образцов, чувствительных к лучу, включая низкомолекулярные АФИ. Еще один большой всплеск наблюдается в быстрой технологии MAS ssNMR, которая позволяет ¹H ЯМР даже жестких твердых веществ. Эти новые разработки не только предоставляют новую информацию, которая ранее была недоступна, но и повышают пропускную способность, что является одним из ключевых факторов широкого распространения использования. Кроме того, очень важно применять несколько различных аналитических методов, дополняющих друг друга. Правильная комбинация обеспечивает полезную информацию с высокой пропускной способностью. Действительно, JEOL Ltd. также продвигает стратегию YOKOGUSHI, предлагая привлекательные комбинации оборудования.
В этой статье мы объединяем XRD, ED и ssNMR для решения структурной проблемы в фармацевтических науках, включая кристаллические полиморфы и проблемы соли/сокристалла/континуума. Для проблемы кристаллических полиморфов мы демонстрируем комбинированный подход ЭД и ¹H быстрый MAS ЯМР для идентификации кристаллической формы в качестве метода, дополняющего PXRD и ¹³С КПМАС. ЭД позволяет определять кристаллическую форму монокристаллов от нано- до микроразмеров. С другой стороны, ¹H быстрый MAS может различать кристаллическую форму с аналогичной молекулярной конформацией. Кроме того, быстрый MAS позволяет ¹H/¹⁴Корреляции N, дающие положения протонов, близкие к ядрам азота. Для идентификации соли/сокристалла/континуума вводится комбинированный подход SCXRD и ssNMR при очень высокой скорости MAS. Хотя SCXRD обеспечивает глобальную молекулярную структуру, он не может определить положения протонов, которые имеют решающее значение для проблемы соли/сокристалла/континуума. С другой стороны, ссЯМР дает точные ¹H-¹⁵N расстояний, хотя глобальная структура получается с трудом. Этот подход обеспечивает четкое понимание молекулярной структуры от кристаллической структуры до водородных связей, чтобы ответить на проблему соли/сокристалла/континуума. Формирование континуума в многокомпонентных системах с ΔpKa > 3 подчеркивает важность тщательного исследования с помощью SCXRD и ssNMR.

Благодарности

Все представленные здесь работы были выполнены совместно с членами нашей группы в коллаборационной лаборатории RIKEN CLST-JEOL. Я хотел бы поблагодарить всех участников группы и нашего коллегу из JEOL Ltd. и JEOL RESONANCE Inc. за огромную поддержку. Я также хотел бы поблагодарить наших друзей из Индийского института наук в Бангалоре, лаборатории AMES, Киотского университета, Токийского сельскохозяйственного и технологического университета, Уорикского университета, Лилльского университета, Мичиганского университета за плодотворное сотрудничество.

Рекомендации

• РК Харрис, Дж. Фарм. Фармакол. 59 (2007) 225 239–XNUMX.
• М. Геппи, Г. Моллика, С. Борзакки, К. А. Верачини, заявл. Спектроск. Преподобный. 43 (2008) 202 302–XNUMX.
• ФГ Фогт, Будущее мед. Химия. 2 (2010) 915 921–XNUMX.
• Ю. Нишияма*, Твердотельный ЯМР с вращением образцов под магическим углом, частота 60–100 кГц для образцов естественного изобилия, Ядерно-магнитный резонанс твердого тела, 78 (2016) 24-36. DOI: 10. 1016/j. сснмр. 2016. 06. 002.
• Ю. Нишияма*, ЯМР твердого тела при сверхвысокой частоте MAS 40–120 кГц, в книге «Экспериментальные подходы к ЯМР-спектроскопии – методология и применение в науках о жизни и материаловедении», Springer (2017).
• Т. Кобаяши, Ю. Нишияма*, М. Пруски*, Гетероядерная корреляционная спектроскопия с обратным детектированием, Современные методы ЯМР твердого тела: Руководство для практиков, Королевское химическое общество (2018).
• Т. Ойкава, М. Окумура, Т. Кимура, Ю. Нишияма*, ЯМР твердого тела в сочетании с электронной дифракцией: определение кристаллических полиморфов небольших органических микрокристаллических образцов, Акта Крист. C73 (2017) 219–228. DOI: 10. 1107/S2053229617003084.
• Ю. Нишияма*, Ю. Эндо, Т. Немото, Х. Уцуми, К. Ямаути,