Optical Method Development for Enantiomeric Separation and Chromatographic Purification of a Pharmaceutical Ingredient

Abstract

This research work was conducted in Orion Corporations Chemical Analytics Laboratory situated in Espoo, Finland. The laboratory is specialized in analyzing samples such as synthesized pharmaceutical ingredients.

When a medicine is being developed containing isomers, part of the development process is to monitor the compounds individually in order to determine their specific properties and functions. Isomers are different compounds with the same molecular formula but with different chemical structures. There are various types of isomers and one of them is the enantiomer. They are molecules which are non-superimposable mirror images of each other. In some cases enantiomers might behave differently according to their structures. For this it is necessary to separate the enantiomers.

The purpose of this thesis was to develop a specific method for separating enantiomers from a target pharmaceutical ingredient molecule. The method was applicable on a certain Agilent’s HPLC device. This created method was then used for preparative chromatography to actually separate the enantiomers. Prior to the method development process, several in-house screening runs were made in order to find the suitable atmosphere and parameters for the enantiomer separation. The end products were also analyzed chromatographically by HPLC technique. The reaction process and progress of a composition is followed also by using UPLC-MS technique.

As a result of this research, a successful method was developed for separating specific enantiomers. The method was saved into the database for later use and can be used for separating similar type of samples.

Tämä tutkimus toteutettiin yhteistyössä Orionin analyyttisen kemian laboratoriossa Espoossa, Suomessa. Kyseinen laboratorio on erikoistunut näytteiden, kuten syntetisoitujen farmaseuttisten ainesosien analysointiin.

Kun lääkekehityksessä on lääkeaineita jotka sisältävät isomeerejä, kehityksen olennaisena osana on tutkia niitä aineita erikseen. Isomeerit ovat yhdisteitä, joilla on sama molekyylikaava,mutta erilainen molekyylirakenne. On olemassa erilaisia isomeereja ja enantiomeerit ovat yksi niistä. Enantiomeerit ovat aineita, joiden molekyylit ovat toistensa peilikuvia, mutta muuten niillä ei ole muuta rakenteellista eroa. Joskus enantiomeerit käyttäytyvät eri tavalla riippuen niiden muodosta. Tästä johtujen enantiomeerien erottaminen on tarpeellista, jotta niiden ominaisuudet voitaisiin analysoida paremmin.

Tämän tutkielman tavoite oli kehittää spesifinen optinen menetelmä erottaaksemme enantiomeerejä tietyn farmaseuttisen ainesosan molekyylistä. Kyseinen metodi olisi käytettävissä Agilentin HPLC laitteisiin. Metodia joka oli luoto testattiin käytänössä ja lääkeaine puhdistettiin käyttämällä preparatiivista kromatografia. Lopputuote analysoitiin myös kromatografisesti HPLC-tekniikalla. Ennen metodin kehittämistä useita Orioinin talon sisäisiä skriinausajoja toteutettiin optimaalisen ympäristön sekä sopivien parametrien löytämiseksi. Reaktion prosessia ja etenemistä seurattiin myös LC-MS tekniikkaa hyödyntäen.

Tutkimuksen tuloksena löytyi metodi enantiomeerien erottamiseen. Menetelmä on tallennettu Orionin analyyttisen laboratorion tietokantaan myöhempää käyttöä varten ja sitä voidaan jatkossa hyödyntää vastaaviin näytteisiin.