小分子药物的“元素分析”（一）

小分子化学药物的元素组成中最基本也是最常见的元素组成为碳氢氧氮四种元素，除此之外，还有哪些元素也经常被使用呢？丹佛大学的Brandon R. Smith,等人对FDA批准的1994个化药小分子进行了统计分析。

统计发现，硫，氟，氯三种元素遥遥领先于其他元素。其中令人意外的是，氯的使用频率要高于氟。即排在碳氢氧氮之后的使用频率依次为硫，氯，氟。而排在8-10位的依次为磷，溴和碘。值得注意的是四个卤族元素全部入围前十名，但氯和氟的使用频率要远远高于溴和碘。除此之外，还是用到的元素从碱金属元素到过渡金属，再到镧系元素，例如钠，钴等。铁，铂和钴是最常使用的三个过渡金属元素，见Chart 1和图一。

图一其他元素统计

这些元素在12种常见疾病药物中各自的使用频率又不一样。Chart 2显示，在硫氯氟三种最常用元素中，硫是所有12种疾病治疗药物种均使用频率较高的元素，氯仅次于硫，约四分之三种疾病中，位于前两位，氟虽然无缘前两名，但也牢牢占据着第三名，其中在用于感官器官方面，氟的使用频率是最高的。大多数含硫药物用于心脑血管疾病，而氯和氟用于神经系统和癌症方面。磷和溴的使用频率经常出现在第四，五名的位置，但磷要高于溴。在肌肉骨骼系统药物中磷的使用频率最高，处于第三名的位置，见Chart 2。

常见磷的价态形式如图一所示。那么磷原子在药物分子中是以什么形式出现在药物中呢，图二就展示出了在药物分子中磷的各种表现形式。其中有两个特别的药物，一个是治疗风湿性关节炎的金诺芬（auranofin），采用的是磷和金复合物的形式，另一药物就是血管紧张素转化酶抑制剂福辛普利（Fosinopril），包含的是次磷酸价态。其余的全部均是以旗鼓相当的磷酸和亚磷酸价态形式出现。

图一磷的各种价态形式

图二 磷元素在小分子药物中的存在形式

在磷酸价态中，其中有三分之一包含了硫（阿米福汀，amifostine）和氮替代氧的形式，如头孢洛林酯(ceftaroline fosamil)，异环磷酰胺ifosfamide;约一半的含磷药物采用双磷酸价态形式，这在骨质疏松治疗中尤为常见，如依替膦酸二钠(Etidronate)。值得一提的是核苷类药物阿德福韦和替诺福韦（分别被批准用于抗乙肝和治疗HIV上市）就是采用磷酸的形式的前药（见图二）。

参考文献：J. Med. Chem. 2014, 57,9764−9773

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