第二十五章手性药物课件.ppt

1、第二十五章第二十五章 手性药物手性药物第一节第一节 手性药物概述手性药物概述 第二节第二节 与手性药物有关的几个重要术语与手性药物有关的几个重要术语 第三节第三节 手性药物的通用制造方法与技术手性药物的通用制造方法与技术 第四节第四节 手性药物的生物不对称合成原理手性药物的生物不对称合成原理 第五节第五节 典型手性药物制造技术及工艺典型手性药物制造技术及工艺第一节第一节 手性药物概述手性药物概述 手性手性 是用来表达化本物分子结构不对称性的术是用来表达化本物分子结构不对称性的术语。如同人的左手和右手不对称，不能相互叠合，语。如同人的左手和右手不对称，不能相互叠合，彼此的关系如同实物与镜像。彼此

2、的关系如同实物与镜像。 化学上，将这种关系称为对映关系。具有对映关化学上，将这种关系称为对映关系。具有对映关系的两个物体互为对映体；化合物分子中的原子排系的两个物体互为对映体；化合物分子中的原子排列是三维的，因而，在平面上看起来相同的分子结列是三维的，因而，在平面上看起来相同的分子结构实际上代表不同的化合物。如乳酸的构实际上代表不同的化合物。如乳酸的L-构型和构型和D-构型构型。 严格地说，手性药物手性药物是指分子结构中存在手性碳原子（不对称碳原子）的药物。通常所说的手性药物是指由具有药理活性的手性化合物组成的药物，其中只含有效对映体或者以有效对映体为主。药物的药理作用是通过与体内的大分子之间

3、严格的手性识别和匹配而实现的，故不同对映体的药理活性有所差异。其中，与受体具有高亲和力或具有高活性的对映体称为优映体优映体(eutomer)，反之则称为劣映体 (distomer)。NCCNHOHOOO1234NCCNHOOOO123H4S 型R 型OHOH2NHOHO沙 利 度 胺 （ Thalidomide）D 型OHOH2NHOHOL 型多 巴 （ Dopa） 图25-1为沙立度胺和L-多巴的对映异构体结构在许多情况下，化合物的一对对映体在生物体内的药理活性、代谢过程、代谢速率及毒性等方面均存在显著的差异，常出现以下几种不同情况： (1) 一种对映体有药理活性，而另一种无活性或活性很弱。

4、如氨基已烯酸只有S-对映体是GABA转氨酶抑制剂；左氧氟沙星的体外抗菌活性是R-(+)-对映体的8128倍。 (2)两种对映体具有完全不同的药理活性，都可作为治疗药物 。例如右(旋)丙氧吩是一种镇痛剂，而左(旋)丙氧吩则是一种止咳剂，两者表现出完全不同的生理活性 (3)两种对映体中的一种有药理活性，另一种不但没有活性，反而有毒副作用。20世纪50年代末期发生于欧洲的“反应停”事件，孕妇因服用沙立度胺（酰胺哌啶酮）而导致短肢畸胎，酰胺哌啶酮的两种对映体中，后研究发现只有R-对映体具有镇静作用，而S-对映体是一种强力致畸剂。 （4）两种对映体的药理活性完全相反，如巴比妥类DMBB 5-(1，3-二

5、甲丁基)-5-乙基巴比妥和MPPBN-甲基-5-丙基-5苯基巴比妥，左旋体都具有麻醉活性，但右旋体却起促惊厥作用。 （5）两种对映体中具有等同或相近的同一药理活性。如强心药SCH00013的两种对映体的药理作用具有相同的效应。 （6）两种对映体的作用具有互补性。）两种对映体的作用具有互补性。普奈洛尔的普奈洛尔的 S (- )-对映体的对映体的受体阻断作用比受体阻断作用比R-（+）-对映体强约对映体强约100倍，而倍，而R对映体对钠通道有抑制作用。两者在治疗对映体对钠通道有抑制作用。两者在治疗心律失常时有协同作用。故外消旋体用于治疗心律失常心律失常时有协同作用。故外消旋体用于治疗心律失常的效果比

6、单一对映体好。的效果比单一对映体好。（7）两种对映体中，一种对映体为另一对映体）两种对映体中，一种对映体为另一对映体的竞争性拮抗剂。的竞争性拮抗剂。如左旋异丙肾上腺素是如左旋异丙肾上腺素是受体激动受体激动剂，而右旋异丙肾上腺素则为其竞争性拮抗剂，且两者剂，而右旋异丙肾上腺素则为其竞争性拮抗剂，且两者与与受体的亲和性相当受体的亲和性相当 。 下图，表下图，表25-1为一些药物或化合物异构体的不为一些药物或化合物异构体的不同药理活性或其它特性同药理活性或其它特性 ：药物或化合物名称药物或化合物名称 构型构型 药理特性药理特性 沙利度安沙利度安（thalidomide） R 催眠镇静催眠镇静 S 强

7、致畸作用强致畸作用 氯霉素氯霉素（chlonamphenicol） R 广谱抗菌作用广谱抗菌作用 S 无活性无活性 心得安（心得安（propanolol） R 无活性无活性 S -阻滞剂阻滞剂 索他洛尔（索他洛尔（sotalol） D III-型抗心律失常型抗心律失常 L -阻滞剂阻滞剂 他莫西芬（他莫西芬（tamoxifen） E 雌激素雌激素 Z 抗雌激素活性、治疗乳腺抗雌激素活性、治疗乳腺癌癌 日本丽金龟性信息素日本丽金龟性信息素 R, Z 捕获雄性昆虫的数量大捕获雄性昆虫的数量大 S, Z 捕获雄性昆虫的能力大大捕获雄性昆虫的能力大大降低降低 。 由此可见，对手性药物的应用，应该注意不

8、同异构体作用的差异，手性药物的研制和生产具有十分重要的意义。 使用手性药物可减少剂量和代谢的负担，减少剂量和代谢的负担，提高药理活性和专一性，降低毒副作用。提高药理活性和专一性，降低毒副作用。并且，生产手性药物可节省资源，减少废料排放，降可节省资源，减少废料排放，降低对环境的污染低对环境的污染。 市售的单一异构体和外消旋体药物种类市售的单一异构体和外消旋体药物种类世界市售药物世界市售药物制备方法制备方法 手征性手征性销售形式销售形式总数总数非手性非手性手性手性单一异单一异构体构体外消旋外消旋体体原料药总数原料药总数（1850）生物或半合成生物或半合成 5235236 65175098全合成全合

9、成132779952861467 1、手性或手征性（、手性或手征性（chiral或或chirality） 所谓手征性是指实物与其镜像不能相互重合的性质，如同人的左手和右手的关系，互为镜像，但不能重合。判断分子是否具有手征性，必须考虑它缺少哪些对称因素。通常只要一个分子既没有对称面又没有对称中心时，就可以断定它是手征性分子。造成分子有手征性的一个最通常的因素是含有手性碳原子（常用*C表示），即和四个不同原子或基团相连的碳原子。 所谓手性药物是指单一异构体药物。所谓手性药物是指单一异构体药物。 近年来人们对手性药物愈来愈关注的重要原因是它们的治疗活性主要存在于一种异构体，而另一（些）异构体或是无活

10、性的、或是具有不同的药理活性，甚至有严重的毒副作用。3、对映体、对映异构体（enantiomer） 具有一定构造的分子，其原子在空间的排列方式可能不止一种，即可能存在不止一种构型。这种互为镜像的两种构型叫做对映体。分子的手性是对映体存在的必要和充分的条件。一对对映体的构造相同，只是立体结构不同，因此它们是立体异构体。这种立体异构体就叫做对映异构体。3、对映体、对映异构体（enantiomer） 对映异构和顺反异构一样都是要把一种异构体变成构型异构体，必须断裂分子中的两个键，然后对换两个基团的空间位置。 而则不同，只要通过键的扭转，一种构象异构体就可以转变为另一种构象异构体。4、立体异构体（st

11、ereoisomer） 其分子由相同数目和相同类型的原子组成，是具有相同的连接方式但原子的空间排列方式不同，即5、非对映异构体（diastereoisomer） 具有二个或多个非对称中心，且其分子相互不为镜像的立体异构体。如D-赤鲜糖和D-苏糖常简称为“非对映体”。6、不对称合成、手性合成（asymmetric synthesis, chiral synthesis） 不对称合成常常也被称之为手性合成。最初的定义为，不对称合成是一个用纯手性试剂通过非手性底物的反应形成光学活性化合物（optically active compound）的过程，即从一个具有对称构造的化合物产即从一个具有对称构造的

12、化合物产生光学活性物质的反应过程。生光学活性物质的反应过程。6、不对称合成、手性合成（asymmetric synthesis, chiral synthesis） 更为广义的不对称合成的定义为，一个反应，其中底物分子整体中的非手性单元由反应剂以不等量地生成立体异构产物的途径转化为手性单元。也就是说，不对称合成是一个过程，它将单元转化为手性单元，使得产生不等量的立体异构产物。 一个成功的不对称反应的标准 1）高的对映体过量（e.e）； 2）用于不对称反应的反应剂应易于制备并能循环使用； 3）可以制备得到R和S两种构型； 4）最好是催化性的合成。 迄今，能完成最好的不对称合成的反应剂可以认为是生

13、物催化剂，即自然界中的微生物和酶。7、不对称放大、手性合成子和手性助剂（asymmetric amplification, chiral synthon, chiral auxiliary） 不对称放大是指应用一种具较低对映体纯度的催化剂或试剂制备具较高对映体纯度的产物的过程。 手性合成子为一单对映体化合物，以其作为起始原料在反应过程中诱导产生所需的手性化合物。 手性助剂为一单对映体化合物，其通过共价键与底物暂时结合，在反应过程中诱导出手性，最后再使共价键断开得到单对映体产物，并回收助剂。8、外消旋、内消旋和外消旋化（racemic, meso, racemization） 外消旋是指一种物质

14、以两种互为对映体的手性分子的等量混合物形式存在的现象，这种物质即为外消旋体。 外消旋体也称为外消旋混合物（racemic mixture）或外消旋物(racemate)，其化合物名称前用dl（不鼓励使用）或符号（较好）或用前缀rac表示。8、外消旋、内消旋和外消旋化（racemic, meso, racemization）是指一种物质的分子内具有2个或多个非对称中心但又有对称面，因而不能以对映体存在的现象，这种物质即为内消旋体，其化合物用前缀meso表示。是指一种对映体转化为两个对映体的等量化合物。内消旋体和外消旋体都没有旋光性，但它们在本质上是不同的。9、光学（旋光）活性、光学（旋光）异构体

15、和光学纯度（optically active, optical isomer, optical purity） 光学活性是指由实验观察到的一种物质将单色平面偏振光的平面向观察者的右边或左边旋转的性质，通常用（+）表示右旋，用（）表示左旋。 光学异构体即为对映体的同义词，现已不常用，因为一些对映体在某些光波长下并无光学活性。 光学纯度是指根据实验测定的旋光度，在两个对映混合物中一个对映体所占的百分数。10、立体选择性反应和立体专一性反应（stereoselective reaction, stereospecefic reaction） 如果一个反应不管反应物的立体化学如何，生成的产物只有一种立

16、体异构体（或有两种立体异构体时，其中一种异构体占压倒优势），这样的反应被称之为 所有的立体专一性反应必定是立体选择性反应，但不是所有的立体选择性反应必定是立体专一性反应，因为有些反应物是没有立体结构特征，而生成物是有立体结构特征的。 11、对映体过量（enantiomeric excess, 简称e.e）和对映选择性（enantioselectivity） 对映体过量（e.e）是指在两个对映体混合物中，一个对映体E1过量的百分数，即 对映选择性是指一个化学反应（包括生物反应等）产生一种对映体多于相对对映体的程度。 D/L为分子的绝对构型，按照与参照化合物D-或或L-甘油醛的绝对构型甘油醛的绝对

17、构型的实验化学关联而指定。 D/L标记法应用已久，也比较方便。但是这种标记只能表示出分子中一个手性碳原子的构型，对于含有多个手性碳原子的化合物不合适，有时甚至会产生名称上的混乱。 因此，其仅常用于一些常见的和天然的氨基酸因此，其仅常用于一些常见的和天然的氨基酸或糖，对其它一些化合物目前都采用或糖，对其它一些化合物目前都采用R/S来表示。来表示。 R/S 标记法是根据手性碳原子所连接的四个基团的排列顺序来标记手性碳原子构型的一种方法。因此，在化学反应中，如果手性碳原子构型保持不变，产物的构型与反应物的相同，但其“R”或“S”标记却不一定与反应物相同。反之，如果反应后手性碳原子的构型转化了，产物构

18、型的“R”或“S”也不一定与反应物相同。因为经过化学反应，产物的手性碳上所连接的基团与反应物的不一样了，产物和反应物的相应基团的排列次序可能相同也可能不同。12、D/L、R/S和d/l d或l是指物质，是按照实验测定的将单色平面偏振光的平面向右或向左旋转而定，目前常用（+）表示右旋，用（）表示左旋。13、拆分（resolution） 对映体除旋光方向相反外，其它物理性质都相同，因此，虽然外消旋体为两种化合物的混合物，但用一般的物理方法，如蒸馏、重结晶等不能把一对对映体分离开来，必须用特殊的方法才能把它们拆开。 目前常用的一些方法包括有以下几种。Fischer选择甘油醛为标准化合物，并人为地规定

19、图25-1 中手性碳原子上相连的OH写在右边的一种构型为D-甘油醛甘油醛，用大写字母用大写字母D表示表示，而OH写在左边的一种构型为L-甘油醛，用大写的L表示。 然后由甘油醛的构型推导出可以和甘油醛互相转化的化合物或结构上与甘油醛相关的化合物的构型。它能对许多天然化合物的立体化学结构立体化学结构作出系统的表述。这种标记只能表示出分子中一个手性碳原子的构型，而且主链的选择和正确取主链的选择和正确取向向也不明确，当主链以不同的方式排列时，同一化合物就可能被指定为不同的构型。 3）Cahn-Ingold-Prelog规则R、S标记法R/S 标记法是根据手性碳原子所连接的四个基团的排列顺序来标记手性碳

20、原子构型标记手性碳原子构型的一种方法。“R”或“S”的标记，决定于它本身四个基团的排列次序，而与反应时的构型是否保持不变无关。 按照原子序优先性顺序原子序优先性顺序规则，把与手性中心碳原子把与手性中心碳原子相连接的四个原子或原子团按大小确定先后次序相连接的四个原子或原子团按大小确定先后次序。设想分子的取向是分子的取向是：把次序最后的基团指向离开人的方向最后的基团指向离开人的方向，然后观察其余基团的排列然后观察其余基团的排列，按各基团优先性从大到小的按各基团优先性从大到小的次序来看次序来看，如果人的眼睛按顺时针方向转动如果人的眼睛按顺时针方向转动，这个构型这个构型标定为标定为R（拉丁：rectu

21、s，右右)如果是逆时针方向，这个构型定为S（拉丁：sinister，左）。 a. 首先比较和手性碳原子相连接的原子的原子序，原子序数大者优先。对于同位素，质量大者优先。 b. 当直接和手性碳原子相连的原子相同时，可再比较第二个原子，如第二个原子有几个，只要其中一个原子序数最大则优先。当第二个原子又都相同时，则可再比较第三个原子，余此类推。 c. 双链和三链可分别看作两次和三次与有关之因素的结合。用R、S命名系统来表达分子中的不对称碳原子命名系统来表达分子中的不对称碳原子的绝对构型的绝对构型，优点是比较可靠，已被接受；但也有不足之处，即它不能反映立体异构体之间的构不能反映立体异构体之间的构型关系

22、型关系。因此，许多碳水化合物和氨基酸的构型习惯上仍用D，L来表示。 4）d/l d或l是指物质右旋或左旋，是按照实验测定的将单色平面偏振光的平面向右或向左旋转而定，目前常用（目前常用（+）表示右旋，用（）表示右旋，用（）表示左旋）表示左旋。 u6 6、光学活性、光学活性1）光学活性）光学活性(optical activity) 某种化合物通过旋光仪检测能使单色平面偏振光的平面向观察者的右边或左边旋转的特性。通常用（用（+）表示右旋，用（）表示右旋，用（）表示左）表示左旋。旋。由于旋光方向和程度旋光方向和程度是由分子中所有不对称原子上所有不对称原子上的羟基方向的羟基方向或位置所决定，而构型只与分

23、子中距羰基最构型只与分子中距羰基最远的不对称碳原子上的远的不对称碳原子上的OH羟基位置或方向有关羟基位置或方向有关，因此，构型并不与旋光方向相对应构型并不与旋光方向相对应。 2）光学异构体（）光学异构体（optical isomers) 对映体的同义词，但现在已不常用，因为有一些对映体在某些偏振光波长下并无光学活性。 3） 光学纯度光学纯度(optical purity) 根据试验测定的比旋光度，在两个对映体混合物中，一个对映体所占的百分数。现常用对映体纯度来代替。u7 7、外消旋、内消旋和外消旋化（、外消旋、内消旋和外消旋化（racemic, racemic, meso, racemizat

24、ionmeso, racemization）1 1）外消旋外消旋是指一种物质以两种互为对映体的手性分子的等量混合物形式存在的现象，它是指两种对映体的等量混合物，其化合物名称前用其化合物名称前用dldl（不鼓励使用）或 符符号（较好）或用前缀号（较好）或用前缀racrac表示。表示。 2）内消旋内消旋是指一种物质的分子内具有2个或多个非对称中心但又有对称面，因而不能以对映体存在的现象，这种物质即为内消旋体，其化合物用前缀mesomeso表示表示。 3 3）外消旋化外消旋化(racemization(racemization) ) 它是指一种对映体转化为两个对映体的等量混合物(即外消旋体)的过程。

25、如果转化为两个对映体，其量不相等，则称为部分消旋化 内消旋体和外消旋体都没有旋光性，但它们在本质上是不同的。u8 8、不对称合成、手性合成（、不对称合成、手性合成（asymmetric asymmetric synthesis, chiralsynthesis, chiral synthesis synthesis）不对称合成不对称合成常常也被称之为手性合成。广义的不对称合成的涵义为，一个反应，其中底物分子整体中的非手性单元由反应剂以不等量地生成立体异构产物的途径转化为手性单元。也就是说，不对称合成是一个过程，它将潜手性（prochiral）单元转化为手性单元，使得产生不等量的立体异构产物。

26、一个成功的不对称反应的标准为： 1）高的对映体过量（e.e）； 2）用于不对称反应的反应剂应易于制备并能循环使用； 3）可以制备得到R和S两种构型； 4）最好是催化性的合成。 迄今，能完成最好的不对称合成的反应剂可以认为是生物催化剂，即自然界中的微生物和酶。 不对称放大、手性合成子和手性助剂不对称放大、手性合成子和手性助剂（asymmetric amplification, chiral synthon, asymmetric amplification, chiral synthon, chiralchiral auxiliary auxiliary）不对称放大是指应用一种具较低对映体纯度的

27、催化剂或试剂制备具较高对映体纯度的产物的过程。 手性合成子为一单一对映体化合物，以其作为起始原料在反应过程中诱导产生所需的手性化合物。 手性助剂为一单一对映体化合物，其通过共价键与底物暂时结合，在反应过程中诱导出手性，最后再使共价键断开得到单对映体产物，并回收助剂。 u 10、立体选择性反应和立体专一性反应（stereoselective reaction, stereospecefic reaction） 如果一个反应不管反应物的立体化学如何，生成的产物只有一种立体异构体（或有两种立体异构体时，其中一种异构体占压倒优势），这样的反应被称之为立体选择性反应。 从立体化学上有差别的反应物给出立体

28、化学上有差别的产物的反应被称之为立体专一性反应。 所有的立体专一性反应必定是立体选择性反应，但不是所有的立体选择性反应必定是立体专一性反应，因为有些反应物是没有立体结构特征，而生成物是有立体结构特征的。 u1111、外消旋体转换（、外消旋体转换（racemicracemic switch switch）即从已知的外消旋体药物开发单一异构体药从已知的外消旋体药物开发单一异构体药物物。这对该品种的原开发商而言可籍此延长产品的专利保护期。对其它厂商而言是一条获得新产品的捷径，因为其相对风险小投入少。u12、拆分（、拆分（resolution） 拆分是指将外消旋体分离成旋光体的过程拆分是指将外消旋体分

29、离成旋光体的过程。外消旋体是由一对对映体等量混合而成。对映体除旋光方向相反外，其它物理性质都相同，用一般的物理方法，如蒸馏、重结晶等不能把一对对映体分离开来，必须用特殊的方法才能把它们拆开。目前常用的拆分方法主要有下列几种： 化学拆分法：化学拆分法：这个方法应用最广。其原理是将对映体转变为非对映体，然后分离。外消旋体与无旋光性的物质作用并结合后，仍是外消旋体。但是若使外消旋体与旋光性物质作用并结合后，则原来的一对对映体变成了两种互不对映的衍生物。于是外消旋体变成了非对映体的化合物。这种拆分法最适合于酸或碱的外消旋体的拆分。目前已经开发了许多光学异构体分离用的介质。 生物拆分法：生物拆分法：某些

30、微生物或它们所产生的酶。对于对映体中的一种异构体有选择性的分解作用。利用微生物或酶的这种性质可以从外消旋体中把一种旋光体拆分出来。 诱导结晶拆分法：诱导结晶拆分法：在外消旋体的过饱和溶液中，用一定量的一种旋光体的纯晶体作为晶种。由于溶液中这种旋光体的含量较高，且在晶种的诱导下优先结晶析出。将这种结晶滤出后，则另一种旋光体在滤液中相对较多。再加入外消旋体制成过饱和溶液，于是另一种旋光体优先结晶析出。如此反复进行结晶，就可以把一对对映体完全分开。 选择吸附拆分法：选择吸附拆分法：用某种旋光物质作为吸附剂，使之选择性地吸附外消旋体中的一种异构体，以达到拆分的目的。近年来开发用于分离光学异构体的拟移动

31、床色谱就是根据这种原理设计的。 逆流萃取拆分法：逆流萃取拆分法：在萃取液中使用合适的手性助剂，以逆流萃取的方法可以使外消旋体混合物对映体得到分离。 其它拆分法：其它拆分法：近年来正在不断开发各种新的对映体拆分技术包括所应用的设备的开发。u13. 13. 化学化学- -酶法酶法 (chemo-enzymatic method )(chemo-enzymatic method )化学-酶法即利用酶或微生物细胞作为催化剂对化学合成路线化学合成路线中某一个手性中间体手性中间体进行不对称合成或拆分不对称合成或拆分，再合成光学纯的手性药物。25.325.3手性药物的通用制造方法与手性药物的通用制造方法与技

32、术技术手性药物的制造方法和技术总体上可分为化学制造技术和生物制造技术两大类。两者具有一定的互补性，在手性药物的生产过程中常交替使用。 根据原料的不同，制造手性药物的方法主要分为四大类 即外消旋体拆分、不对外消旋体拆分、不对称合成、手性源化合物合成和提取法称合成、手性源化合物合成和提取法l1. 拆分法拆分法 其主要可分为结晶法拆分、动力学拆分和色谱分离结晶法拆分、动力学拆分和色谱分离三大类三大类。 结晶法拆分分为直接结晶法拆分和非对映异构体结晶拆分直接结晶法拆分和非对映异构体结晶拆分，分别适用于外消旋混合物和外消旋化合物外消旋化合物的拆分 前者往外消旋混混合物的过饱和溶液合物的过饱和溶液中直接加

33、人某一对映体的晶种，使该对映体优先析出 后者是外消旋化合物与另一手性化合物手性化合物(拆分剂，通常是拆分剂，通常是手性酸或手性碱手性酸或手性碱）作用生成两种非对映异构体盐的混合物，然后利用两种盐的性质差异用结晶法分离之。 动力学拆分法动力学拆分法是利用两个对映体在手性试剂或手性催化剂作是利用两个对映体在手性试剂或手性催化剂作用下反应速率不同而使其分离的方法用下反应速率不同而使其分离的方法。依手性催化剂手性催化剂的不同，动力学拆分又可分为生物催化动力学和化学催化动力学拆分生物催化动力学和化学催化动力学拆分。前者主要以酶或微生物细胞为催化剂酶或微生物细胞为催化剂，后者主要以手性酸，手性碱手性酸，手

34、性碱或手性配体过渡金属配合物手性配体过渡金属配合物为催化剂。 色谱分离可分为直接法和间接法直接法和间接法。直接法又分为手性固定相法和手性流动相添加法。其中手性固定相法应用较多，己发展成为手性固定相法应用较多，己发展成为吨级手性药物拆分的工艺方法吨级手性药物拆分的工艺方法。间接法又称为手性试剂衍生化法手性试剂衍生化法，是指外消旋体与一种手性试剂反应，形成一对非对映异构体外消旋体与一种手性试剂反应，形成一对非对映异构体，再再用普通的正相或反相柱分离之用普通的正相或反相柱分离之。l2. 不对称合成不对称合成 不对称合成是指一个化合物不对称合成是指一个化合物(底物底物)中的非手性部分在反应剂作用下转化

35、为手性单元，并产中的非手性部分在反应剂作用下转化为手性单元，并产生不等量的立体异构体的过程，生不等量的立体异构体的过程，不对称合成的方法粗略地划分为四代。 一、底物制备法，通过手性底物中已存在的手性单元进行分子内诱导分子内诱导从而在底物中产生新的手性单元。 二、辅基制备法，通过连接在底物上的手性辅基进行分子内定向诱导而实现手性制备 三、试剂制备法，是通过手性试剂手性试剂直接与非手性底物作用，产生手性产物的方法。 四、催化剂制备法，是使用催化剂诱导非手性底物用催化剂诱导非手性底物与非手性试剂反应与非手性试剂反应，向手性产物转化。 迄今，用于不对称合成的最好的反应剂当属自然界中的酶，发展像酶催化体

36、系一样有效的化学催化体系是不发展像酶催化体系一样有效的化学催化体系是不对称合成的重要发展方向对称合成的重要发展方向。 。l3. 手性源合成手性源合成 手性源合成指的是以廉价易得的天然或合成的手性源化合物为原料，通过化学修饰方法通过化学修饰方法将其转化为手性产物的方法。 用于制备手性药物的手性原料手性原料主要有三个来源：一是自然界中大量存在的手性化合物，如糖类，萜类，生物碱等；二是以大量廉价易得的糖类为原料经微生物发酵得到的手性化合物，如氨基酸、有机酸等简单手性化合物和抗生素，维生素，激素等复杂的手性化合物；三是以手性或前手性的化合物为原料化学合成得到的手性化合物。 在手性源合成中，手性源化合物

37、既可能是手性合成子又可能是手性辅剂。若手性源化合物的大部分结构在产物中出现，则该手性源化合物是手性合成子；若其结构在产物中不出现，则该化合物为手性辅剂。 l4. 提取法提取法 在天然产物中，存在大量可直接作为药物的手性化合物，这些化合物可通过萃取，沉淀，色谱，结晶等手段提取得到，用从自然界中分离提取手性化合物的方法生产手性药物不但产物光学纯度高，并且工艺简单，对含有多个手性中心的复杂大分子的制备尤为如此。然而， 该法也有其缺陷：首先有些物质在自然界中的含量极低其分离纯化十分困难；其次，自然界往往只给人们提供一种异构体，其它构型的异构体可能不存在；此外，还有很多手性化合物在自然界根本不存在或尚未

38、被发现，无法通过提取法得到这些物质。25.425.4手性药物的生物不对称合成手性药物的生物不对称合成原理原理 众所周知，手性药物的生物不对称合成已成为开发生产手性药物的高效方法。利用生物不对称合成技术制备手性药物（关键中间体）的一些实例请看下表25-3。 酶酶 关键中间体关键中间体 手性药物手性药物 脂肪酶脂肪酶 抗抑郁药帕罗西汀抗抑郁药帕罗西汀 脂肪酶脂肪酶 拆分得到拆分得到(S)- -甲基甲基- -乙酰硫代丙酸乙酰硫代丙酸抗高血压药卡托普利抗高血压药卡托普利 氧化酶氧化酶 选择性氧化得到选择性氧化得到(R)- -甲基甲基- -羟基丙酸羟基丙酸 脂肪酶脂肪酶 拆分得到拆分得到(2R,3S)-

39、4-甲氧苯基缩水甘油甲氧苯基缩水甘油酸甲酯酸甲酯 抗心绞痛和高血压药抗心绞痛和高血压药地尔硫卓地尔硫卓 脂肪酶脂肪酶 拆分得到手性侧链拆分得到手性侧链 -氨基氨基-N-苯甲酰基苯甲酰基-(2R,3S)-3-苯基异丝氨酸苯基异丝氨酸 拆分得到手性侧链拆分得到手性侧链 -氨基氨基-N-苯甲酰基苯甲酰基-(2R,3S)-3-苯基异丝苯基异丝氨酸氨酸 脂肪酶脂肪酶 拆分消旋体拆分消旋体 非甾体消炎药（非甾体消炎药（S）-奈普生奈普生 脂肪酶脂肪酶 拆分消旋体拆分消旋体 非甾体抗炎药（非甾体抗炎药（R）-氟比洛芬氟比洛芬单加氧酶单加氧酶 （R）-3-（对氯苯基）（对氯苯基）-4-丁内酯丁内酯 解痉药解痉

40、药(R)-（-）-巴氯巴氯酚酚 -胰凝乳蛋白酶胰凝乳蛋白酶 拆分得到（拆分得到（R）-3-(对对氯苯基氯苯基)戊二酸甲酯戊二酸甲酯 单加氧酶单加氧酶 （S）-(+)-内酯内酯 维生素类药（维生素类药（R）硫辛）硫辛酸酸 单加氧酶单加氧酶 不对称醇类的酶法拆不对称醇类的酶法拆分分 -受体阻滞药美托洛尔、受体阻滞药美托洛尔、阿替洛尔阿替洛尔 氧化酶氧化酶 将将2,5-二甲基吡嗪中两二甲基吡嗪中两个不对称甲基中的一个不对称甲基中的一个氧化为羧基个氧化为羧基 降糖药格列吡嗪降糖药格列吡嗪 水解酶水解酶 拆分拆分 黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶 抗病毒药阿昔洛韦抗病毒药阿昔洛韦 脱氢酶脱氢酶 抗高血压新药抗高

41、血压新药Omapatrilat、tert-亮亮氨酸氨酸 腈水解酶腈水解酶 精神振奋药哌醋甲酯精神振奋药哌醋甲酯 酰化酶酰化酶 氨苄青霉素氨苄青霉素 D-氨基酸氧化酶和戊二氨基酸氧化酶和戊二酰酰-7-ACA酰化酶酰化酶 7-ACA 酰基转移酶酰基转移酶 Xemilofiban 嘌呤核苷磷酸化酶嘌呤核苷磷酸化酶 抗病毒药利巴伟林抗病毒药利巴伟林 丙酮酸脱羧酶丙酮酸脱羧酶 L-苯基乙酰基甲醇苯基乙酰基甲醇 抗支气管药抗支气管药L-麻黄碱抗麻黄碱抗感冒和抗过敏药感冒和抗过敏药D-假麻假麻黄碱黄碱氰醇酶氰醇酶 手性氰醇手性氰醇 沙虫剂溴氰菊酯和氯氟沙虫剂溴氰菊酯和氯氟胺氰戊菊酯胺氰戊菊酯蛋白酶蛋白酶 抗

42、病毒药抗病毒药abac D-海因酶海因酶 拆分得到拆分得到(R)-N-氨甲酰氨甲酰-4-羟基苯苷氨酸羟基苯苷氨酸 脱卤酶脱卤酶 降血脂药降血脂药atorvastatin 生物合成是指利用酶或有机体(细胞、细胞器等)作为催化剂实现化学转化的过程。生物合成的本质是酶催化合成。迄今，在手性药物生产中所用的酶主要为蛋白类酶。 蛋白类酶的分类如右图： 氧化还原酶氧化还原酶裂合酶裂合酶异构酶异构酶合成酶合成酶水解酶水解酶转移酶转移酶蛋白类酶蛋白类酶n 生物不对称合成具有很多优点优点 ： 首先，反应条件温和 其次，催化效率和反应速率高 再次，选择性好，对不需要转化的基团无需保护； 最后，具有很高的对映体选择

43、性，可以只生成所可以只生成所需要的对映体需要的对映体，既节约资源又减少环境污染。n 酶作为生物催化剂也有其缺点：缺点： 首先有些酶的价格较高，导致生产成本上升。 其次，酶的稳定性通常较差，酶催化反应的条件必须格控制。 再次，许多酶易受底物或产物抑制酶易受底物或产物抑制，当底物或产物浓度较高时酶将失活。 另外，酶是生物大分子，可能会引起过敏反应引起过敏反应。近年来，酶工程，基因工程等现代生物工程技术的发展使生物合成的优势得到进一步的增强。并使其缺点不断被克服。例如，应用基因工程技术可以提高酶的生产效率，降低酶的价格。应用蛋白质工程能改造酶的结构，改变其底物谱， 提高其催化活性，选择性及稳定性。酶

44、固定化酶固定化技术不但能够提高提高酶的稳定性稳定性，延长其使用寿命延长其使用寿命，使酶能重复利用，大大降低生产成本，还能通过固定化方法和载体的选择调控其催化性能调控其催化性能。抗体酶技术能为人们提供满足实际应用需要的自然界不存在的新酶。二、非水相生物合成理论二、非水相生物合成理论 早在1913年，Bousquelt等就发现酶在有机溶剂中具有一定的催化活性，自1984年Klibanov等报道了脂肪酶脂肪酶在有机介质中不仅具有极高的热稳定性和较高的催化活在有机介质中不仅具有极高的热稳定性和较高的催化活性性，且同一种酶在不同的有机溶剂中可以表现出不同的同一种酶在不同的有机溶剂中可以表现出不同的立体选

45、择性立体选择性，非水相中生物合成的研究取得了突破性的进展。 在水相中，生物合成反应受到多方面的限制，如疏水性底物溶解度低，产物浓度不能过高，水相中酶的特异性难以调节等。 非水相中生物合成有许多突出的优点：极大地增加非极性底物在生物合成体系中的溶解度，提高反应速率；影响反应的热力学平衡，能进行在水相中不能进行的合成反应；可简单地通过改变反应介质而不是酶本身来提通过改变反应介质而不是酶本身来提高其选择性高其选择性；提高酶的热稳定性；减少水介质可能带来的副反应；简化产物分离纯化工艺。一）非水介质体系一）非水介质体系 目前，生物合成反应中常用的非水介质体系主要可归纳为以下几类： 1. 水水-有机溶剂两

46、相体系有机溶剂两相体系 水有机溶剂两相体系（aqueous-organic biphasic system）是指由水相和与水不互溶有机溶剂组成的两相反应体系。常用的有机溶剂一般为亲脂性溶剂，如烷烃，醚和氯代烷烃等。在该两相体系中，酶溶解于水相，底物和产物溶解于有机相，酶反应的产物进入有酶反应的产物进入有机相，减少了逆反应的发生和反馈抑制作用机相，减少了逆反应的发生和反馈抑制作用，使反应朝着产物合成的方向进行。振荡和搅拌可加搅拌可加快两相反应快两相反应体系中生物合成反应的速度。该两相体系适用于强疏水性底物适用于强疏水性底物 (如脂类和烯烃类如脂类和烯烃类)的生的生物转化物转化。水-有机溶剂两相体

47、系已成功地用于疏水性底物（如甾体）的生物转化。 2. 水不互溶有机溶剂单相体系 水不互溶有机溶剂单相体系(monophasic organic solution) 是指用与水不互溶的有机溶剂取代水作为反应介质的体系。水不互溶有机溶剂单相体系广泛用于生物催化的合成反应，如肽合成等。 3反相胶束体系 反相胶束体系是表面活性剂与少量水存在的有机溶剂体系。表面活性剂分子由疏水性尾部和亲水性头部两部分组成，在含水有机溶剂中，它们的疏水性尾部与有机溶剂接触，而亲水性头部形成极性内核，从而组成一个反相胶束，水分子聚集在反胶束内核中形成 小水池”，里面容纳了酶分子，这样酶被限制在含水的微环境中，而底物和产物可

48、以自由进出胶束。表面活性剂可以是阳离子型、阴离子型或非离于型。作为反应介质，反相胶束体系具有以下优点： 组成的灵活性。 热力学稳定性和光学透明性。 反相胶束有非常高的界面积/ 体积比。 反相胶束的相特性随温度而变化。 反相胶束中的酶催化反应可用于辅酶再生、外消旋体拆分，肽和氨基酸合成和高分子材料合成。4. 4. 水互溶有机溶剂单相体系水互溶有机溶剂单相体系单相水-有机溶剂体系 (monophasic aqueous-organic solution)是指由水和与水互溶的有机溶剂组成的单相反应体系，酶、底物、产物均能溶解于该体系中。 常用的有机溶剂是二甲基亚砜 (DMSO)、丙酮，低级醇和多元醇

49、等。一般水互溶有机溶剂的量可达总体积的10%，在一些特殊情况下，可高达 50% 70%。少数稳定性很高的酶，如脂肪酶，在只含有极少量水的水互溶有机溶剂中也能保持其催化活性。该体系可用于糖类等物质的生物转化。5. 5. 超临界流体体系超临界流体体系超临界流体体系就是使用超临界流体 (Super Critical Fluid)，如超临界二氧化碳，氟里昂CF3H，等作为酶催化反应的介质。 超临界流体的物理性质介于气体和液体之间， 它兼具气体的高扩散系数，低黏度，低表面张力和液体的高密度的特性，可通过改变反应器的温度和压力来调控酶改变反应器的温度和压力来调控酶的活性和选择性的活性和选择性 ，实现生物合

50、成反应与产物分离的偶实现生物合成反应与产物分离的偶联联。 常用的超临界流体为超临界二氧化碳，其优点是无毒，不可燃，价格便宜，来源广泛，无环境污染问题，临界温度和压力较低。超临界二氧化碳体系也有一定的局限性，如酶活性不高，极性底物溶解度低等。可通过添加共溶剂共溶剂，如甲醇，乙醇等提高疏水性底物提高疏水性底物在超临界二氧化碳中的溶解度。6. 6. 无溶剂体系无溶剂体系无溶剂体系是指一类无其它有机溶剂，只含有底物和酶的反应体系，此类反应体系底物浓度高，反应速率快，无需分离反应介质，分离纯化工艺简单； 同时，无溶剂体系不需要使用其它有机溶剂，既降低了生产成本，又减少了有机溶剂对环境的污染，是一种绿色反