应用 ACD/Labs 软件进行杂质分析和结构解析

每年ACD/Labs都会组织关于结构解析相关的网络研讨会Structure Elucidation & Verification Virtual Symposium。这次研讨会一共有六场报告。内容分别如下，按照惯例对其中的内容进行翻译和分享。【完整视频附于文末】

欢迎大家。我叫Kristof Cank。首先，我想说，非常感谢您今天来听这次演讲。我还想说，感谢ACD/Labs给我这个机会，让我今天能与大家交谈。

我的演讲题目为：应用ACD/Labs软件进行杂质分析和结构解析。这将是对ACD/Labs在研究实验室环境中应用的快速、高层次概述。我的目标是让您先睹为快，了解ACD的所有功能和可能的方式，以便任何感兴趣的人都能进行结构阐明和验证。

事不宜迟，让我们开始吧。为了让您快速了解此演示文稿。以上是我今天要简要讨论的主题的摘要。我将向大家介绍一下我自己以及我今天是如何来到这里的。然后我会谈谈我工作过的公司。

您可以更好地了解我们正在做的工作，以及它与ACD/Labs的关系。之后，我将向您展示分析化学团队的工作流程，并向您展示我们能够利用 ACD在结构解析方面的潜力的方法。我也会介绍一些例子。最后，我将为您总结使用ACD/Labs 的优势。最后，我将留出充足的时间提问。所以，请把你的问题坚持到最后。我相信会有很多时间来讨论它们。

对于那些有兴趣了解他们今天在听谁的人，我介绍一下我的背景。我毕业于匈牙利塞格德大学，获得药学硕士学位。这所大学培养了一些获得诺贝尔奖的毕业生，最新的一位是 Katalin Karikó，她因开发基于 mRNA 的疫苗药物的技术而于 2023 年获得诺贝尔奖。我在北卡罗来纳大学Greensboro分校的 Nicholas Obelisk 指导下攻读药物生物化学博士学位。在这里我第一次开始使用 ACD 应用程序。我研究过各种来源的天然产物，包括真菌、植物和核磁。

在读博士的数年里，我们使用ACD/Labs 进行 LC-MS 数据处理进行排重，我稍后会讨论这个过程。毕业后，我加入了Sutro小分子团队，从那时起我就一直在这里工作，成为一名科学家。

那么Sutro是家什么公司呢？我们是一家位于旧金山南部的科技公司，专注于临床阶段的肿瘤学、药物开发和发现。我们的产品线依赖于抗体药物偶联物，为那些听起来不熟悉这个概念的人提供服务。ADC是一种抗体药物偶联物，其中抗体为细胞毒性药物提供导引，而药物或所谓的弹头，负责破坏癌细胞。弹头通过连接子与抗体相连。这些经过精确设计的新型抗体药物偶联物，再加上Sutro细胞feeding技术，为公司提供了主要开发驱动力。如果您想了解更多关于Sutro平台和药物发现的信息，我建议您访问我们的网站。我在研究化学团队之下工作，更具体地说，在小分子光学化学小组工作。他们对弹头的和连接子特别感兴趣。我们的工作可以概括为与小分子和连接子弹头相关的化合物鉴定和化学结构验证，这是ADC 的一部分，无论是研究或生产规模的化学反应的主要候选物还是杂质或副产品。

我们做了很多色谱，质谱和光谱分析和特性工作，包括 LC-MS 和 NMR 以及其他分离、分析技术，例如SFC 和2D-LC。我们的部分工作是帮助辅助药物化学小组的合成和纯化工作，提供色谱和结构解析方面的方法和专业知识。

我们还进行了大量纯度分析和鉴定、分离和结构解析。基于ICH指南，有关杂质必须报告限度 0.05 %以及其他的要求质量鉴定和表征阈值，这意味着我们的很多工作都与与目标物类似或者不类似的少量杂质化合物有关。

我们所做的所有工作最终都会对研发研究人员和CMC团队以及公司其他跨学科团队的工作所借鉴。

我们有一群药物化学家，他们每天都在忙碌地合成和纯化新分子。他们使用各种分析仪器，主要是 HPLC、单四极杆 LC-MS，LC-TOF 和FLASH系统。他们使用这些仪器进行检查、检查反应是否成功、纯化目标物或质控样品。

任何曾经在该行业担任过药物化学家的人都知道，速度和效率就是一切。他们的方法竟然如此精简和快速，这常常让我感到惊讶。遗憾的是，无法始终在2分钟液相色谱方法中获得分离和全面的数据收集。这就是我们分析化学家为他们提供支持的地方，包括方法开发、高分辨率LC-MS 和更多可用于化合物表征和杂质结构验证的数据收集。

我们在实验室中使用的大多数仪器都是安捷伦品牌的。药物化学家经常在仪器上处理他们的研究数据以获得结果。但最终，大部分数据处理都在ACD/Labs中远程进行。小分子分析小组专门使用ACD/Labs 进行数据处理，原因将在即将发布的幻灯片中看到。最终，我们创建实验报告、组织结果和过程数据文件，这主要发生在ACD/Labs中。以下是ACD/Labs可以让我们做简要概述。这是我最喜欢的幻灯片。如果您只记得此演示文稿的一张幻灯片，我强烈建议您是这张幻灯片。我将单独介绍这些内容，并在即将发布的幻灯片中提供示例。

正如我之前提到的，数据处理在ACD/Labs软件中进行，LC-MS 和 NMR 以及色谱图都在这里处理。我将讨论ACD NMR Predcitor，我们用它辅助进行结构解析和帮助确认结构。杂质的排重也是减少工作量和避免重新分离未知分子的好方法。我也将基于此功能进行介绍。我们还使用了ACD的自动化结构验证功能，其他演讲者将在本研讨会期间更多地讨论。

最后，我将提到ACD的报告生成和数据库构建功能，这是优势之一。ACD/Labs的优势在于可以在这里处理所有类型的数据。高分辨率、TOF 数据、单四极杆MS、NMR、快速色谱色谱图，所有这些都在同一软件中处理并链接在一起。

在Sutro，我们有几个筛选平台。其中之一是在各种不同的流动相和色谱柱中筛选感兴趣分子，以找到杂质、分离和鉴定的最佳条件。我们最终会得到几十张色谱图，最终目标是确保纯度。ACD/Labs的基本功能是自动化的，可以节省大量时间，将数据链接并保存在一起。

通常，我们面临的挑战是，杂质与我们的先导化合物密切相关，并且仅在一两个官能团上有所不同。由于结构差异，分子的分离具有挑战性。

其他挑战包括 NMR 分析的供应量有限。由于第一次分离通常发生在少量样品中，因此，需要较多样品量的CNMR 数据可能无法获得。我们可以通过将猜想的结构与预测的氢谱数据进行比较来提高我们对候选结构的置信度。

我们经常使用ACD HNMR和CNMR Predictor，在早期阶段它们起重要作用。这是我们研究过的两种化合物的一个例子，由于保密原因，我无法展示其中的结构。然而，这两个结构仅在分子之间非常小的官能团差异上有所不同。我们在ACD软件中绘制了可能的结构，并预测了两种结构的碳谱数据。进行比较，在上方的图是实验数据；在下方，您可以看到计算的预测的碳谱数据。

我们通常在这个水平下寻找差异。在这种情况下，您可以看到化合物1和化合物2的某个碳谱信号只有几 ppm 的差异。但是我们可以查看到趋势，看到化合物2实验数据进一步向低场移动，我们也可以通过预测的谱图来证实这一点。将核磁数据与预测结果进行比较不应该是唯一的确认来源。但它是您工作的一个很好的补充，尤其是在我们有很多具有挑战性和复杂的分子的情况下。

我们使用的ACD/Labs的下一个功能与结构Predictor相关。如果我们有一个杂质与我们的目标化合物明显不同，我们可以在内置的核磁预测数据库数据库（例如 PubChem）中搜索预测谱图，以查看文献中是否存在任何相关的结构。

在少数情况下，我们还依靠ACD/Labs通过提供相关的一维和二维 NMR 数据以及化合物的分子式和分子量，在ACD/Labs平台内进行计算机辅助结构解析。结构解析软件会提供一个很长的同分异构体列表，对这些预测产生的数百种异构物进行了排名，并能自动挑选最佳候选结构。最终结果将其与合成化学家进行讨论，根据反应条件来查看结构是否有意义，它非常易于使用，也提供了一种额外的方法来增加确证结构的的信心。

关于ACD的自动化结构验证过程，我相信其他演讲者会更详细地讨论这个问题，但从本质上讲，这是一个基于软件的快速过程，可以自动将目标化学结构与实验数据进行比较，关联上 NMR波谱，验证结构是否与您的测量数据集一致，您可以使用任何类型的数据来比较结构。

使用的核磁数据越多，结果就越有可能准确。例如，在屏幕的右侧的1D和2D NMR 实验。你可以看到一个碳谱，它是通过自动验证程序运行的。基本上只需点击几下，它将为您提供匹配因子。数字越接近1，结构正确的可能性就越大。其结果是基于计算数据和实验数据之间的偏差情况。此过程可以编写自动化脚本，如果您有很多化合物需要处理的话可以在批处理模式下运行。我们可以一次性获取所有 NMR 数据并让软件处理每种化合物的匹配因子，为我们提供了一种额外的正交方法来确认分子的结构。

我想简单谈谈这个应用。这基本上是使用色谱和光谱分析来识别样品中存在的先前分离的物质。通常，我们之前研究过的化合物存在于多个批次和研究样品中。为了避免花费时间和资源，重新分离它们，一遍又一遍地检查相同的结构。

我们可以使用ACDs Intelli-Extract 软件。这是一种适用于LC-MS 和 GC-MS 数据的组分提取算法，有助于简化数据挖掘过程并提高发现速度。

我在研究生学习期间广泛使用了这个软件，我们检查了数千种真菌提取物，其中数百种化合物以混合物形式存在，目标是发现新的治疗用途的分子。如果您想更多地了解所有这些算法在天然产物领域能为您做些什么？我鼓励你看看我所在的小组的一位研究团队成员的这篇文章。

即使在今天，这项技术对我们Sutro来说也有用，因为我们有标准品来建立参考目标化合物的 RT-MS 对数据，并检查不同研究和GMP批次中是否存在相似杂质。

之前，我提到了ACD/Labs的报告生成和数据库构建功能。目前在我们的实验室中，我们的数据报告SOP是一个混合版本，我们获取在ACD中处理的所有数据并手动将其插入我们的报告。

对于核磁数据，我们利用其报告报告功能在ACD/Labs软件中创建了报告模板。我们正在使用Spectrus 数据库软件构建我们的数据库。我们报告中的所有数据都与色谱图和光谱一起导入数据库。这是存储所有相关信息（如批号、化学式、化合物 ID）将其链接到我们的外部实验室笔记本的好方法。

ACD数据库，任何其他团队成员都可以评估其信息并在同一软件中查看数据以及结构。举个例子，我们用 3 x 3 色谱方法筛选策略筛选化合物时，即使用了三种不同的色谱柱，三种不同的流动相。我们在 ACD 中处理所有这些数据，并使用脚本将其添加到色谱数据库中。所有样品信息都会自动填写并存储在一个平台中。在幻灯片的右侧，您可以看到一个示例，该示例显示了当前数据库中的一个数据条目的外观。整合峰表列表、样品结构信息、色谱图等重要特征的数据。

我想简要介绍一下我们部门的杂质鉴定工作流程是什么样的。它不像幻灯片所示那样简单明了，而且通常这些步骤是可以互换的，或者后面跟着不同的顺序。但这是理想的情况。

作为第一步，在研究、制造或CMC 过程的任何步骤中，我们的 CRO 的 HPLC 或 NMR 或内部其他QC方法会检测到杂质。我们将花几天或几周的时间进行方法开发，以进一步评估杂质并验证其存在。这取决于杂质的性质。例如，如果是先导化合物的类似物，我们可能需要使用更正交的方法，例如 SFC 或 2D-LC得到这个物质。一旦我们能够分离杂质，通常以较小的规模制造杂质，目标是使用几毫克的 LC-MS 和 MR 数据收集来表征分子并提出可能结构。

通常，我们对杂质是是有所认知的，但我们通常受到分离物量的限制，通常在 1/2 毫克到几毫克之间。

我们将此信息传回给我们的CRO，后者会调查分子的来源，例如使用合成材料，分子可能发生的合成步骤并帮助其得到控制。他们还合成了用于参考标准品的化合物，我们可以用它来验证化合物的RT-MS对。

最终，一旦我们有足够的材料进行放大，我们就会进行全面的数据收集，定量其他批次的杂质（如果相关）并最终确定结构。

图中是使用实际数据的示例。在左上角，您可以看到从色谱柱中流出的先导化合物和几种保留时间较短的杂质。保留时间为 12 分钟的杂质是以前未处理的新杂质，经过方法的优化并分离出大约半毫克的物质，我们可以比较其HNMR和CNMR谱图以及我们的已有数据。

根据光谱之间的相似性和差异性，我们提出了可能的结构。我们通过 ACD 计算了此结构的 NMR 数据，并通过收集NMR数据（如 HSQC、HMBC 等）将结果与实验进行比较，我们最终获得 0.93 的匹配因子，这是一个相当不错且高度的置信度。

我们通过ACD生成了NMR数据和LC-MS报告，并将该数据集传回给我们的CRO，后者合成了分子并确认了其在原始样品中的存在。

作为我今天向大家展示的所有内容的简要总结，我想强调使用ACD/Labs的好处，无论您是在学术界还是在行业中。正如我们所讨论的，ACD 是一个统一的数据处理软件，可用于分析与化学家会碰到的所有类型的数据。该软件的许多功能可以帮助您简化和加快结构解析，包括Intelli-Extract, NMR Predictor，甚至自动结构验证。ACD 还能提供了自定义脚本，用于报告您的数据和生成数据库、组织者记录、保存。

最后一点是，我相信这些基本功能对于每个对这个软件感兴趣的人来说都很容易理解和学习。在我的学术和工业生涯中，我向研究生和同事展示了该软件的许多方面，每个人都能快速轻松地掌握它。更不用说ACD拥有我们经常使用的强大支持和客户服务系统，无论是否会出现问题。综上所述，我想说，非常感谢您收听我的演讲，我很乐意回答您可能有的任何问题。谢谢。