生物制药第十一章-手性药物课件.ppt

1、第十一章 手性药物 手性药物的基本知识手性药物的基本知识手性是自然界的基本特征之一手性是自然界的基本特征之一p 手性手性（chirality，源于希腊文）即不对称性，是用于表达化合物分子结构不对称性的术语。p 对映关系及对映体对映关系及对映体（enantiomer）人的手是不对称的，左手和右手不能相互叠合，彼此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，有时候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。如乳酸的两种构型。COOHOHH3CHCOOHH OHCH3COOHH HOCH3COOHCH3HHO (

2、-)-乳酸 (+)-乳酸 图1 乳酸的两个对映体的镜像关系 与手性药物有关的术语与手性药物有关的术语 立体异构体、对映异构体和非对映异构体立体异构体、对映异构体和非对映异构体u 立体异构体（stereoisomers）是指由于分子中原子在空间上排列方式不同所产生的异构体，可分为对映异构体和非对映异构体两大类。u 对映异构体(enantiomers)是指分子间互相为不可重合的实物和镜像关系的立体异构体，常简称为对映体。如（R）-乳酸和（S）-乳酸。u 非对映异构体（diastereoisomers）是指分子中具有两个或多个不对称中心，并且其分子间互相不为实物和镜像关系的立体异构体。例如，D-赤藓

3、糖和D-苏力糖。对映选择性和对映体过量对映选择性和对映体过量u 对映选择性（enatioselectivity）是指一个化学反应所具有的能优先生成（或消耗）一对对映体中的某一种的特性。u 对映体过量（enantiomeric excess，e.e.）指样品中一个对映体对另一个对映体的过量，用于描述样品的对映体组成，通常用百分数来表示。e.e.(S R)/(S+R)100u 可用手性色谱法、NMR法和旋光法等方法测定样品的对映体过量。光学活性、光学异构体和光学纯度光学活性、光学异构体和光学纯度u 光学活性(optical activity)试验观察到的化合物将单色平面偏振光的平面向观察者的右边或

4、左边旋转的性质。u 光学异构体(optical isomers)对映体的同义词，现已不常用，因为有一些对映体在某些偏振光波长下并无光学活性。u 光学纯度(optical purity)根据试验测定的旋光度，计算而得的在两个对映体混合物中，一个对映体所占的百分数。现在常用对映体纯度来代替。外消旋体和外消旋化外消旋体和外消旋化u 外消旋体(raceme)也称外消旋物或是指两种对映体的等量混合物，可用（D,L）、（R,S）或（）表示。外消旋体也称外消旋物或外消旋混合物。u 外消旋化(racemization)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。如果转化后两个对映体的量不相等，

5、称为部分消旋化。在生命的产生和演变过程中，自然界往往对手性化合物的一种对映体有所偏一种对映体有所偏爱爱，例如组成多糖和核酸的单糖都为D-构型，而构成蛋白质的20种天然氨基酸均为L-构型（甘氨酸除外）。对于化学、生物学、医学和药学的理论和实践，手性均具有重大的意义。手性药物手性药物p 严格地说，手性药物手性药物是指分子结构中存在手性因素的药物。p 通常所说的手性药物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。p 药物的药理作用药物的药理作用是通过其与体内的大分子之间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。在许多情况下，化合物的一

6、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的情况。一种对映体有药理活性，而另一种无活性或活性很弱一种对映体有药理活性，而另一种无活性或活性很弱。如左氧氟沙星S-（-）-对映体的体外抗菌活性是R-（+）-对映体的8128倍。又如沙丁胺醇和特布他林是两个支气管扩张药物，它们的R-对映体之药效比S-对映体强80200倍。两种对映体具有完全不同的药理活性，都可作为治疗药物。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。又如噻吗心安的S-对映体是-阻断剂，而其

7、R-对映体则用于治疗青光眼。两种对映体中一种有药理活性，另一种不但没有活性，反而有毒副作用。两种对映体中一种有药理活性，另一种不但没有活性，反而有毒副作用。一个典型的例子是20世纪50年代末期发生在欧洲的“反应停”事件，即孕妇因服用酞胺哌啶酮（俗称反应停）而导致短肢畸胎的惨剧。后来研究发现，酞胺哌啶酮的两种对映体中，只有(R)-对映体具有镇吐作用，而(S)-对映体是一种强力致畸剂。两种对映体的药理活性完全相反。两种对映体的药理活性完全相反。如巴比妥类，DMBB 5-(1,3-二甲丁基)-5-乙基巴比妥和MPPB N-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。

8、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。普萘洛尔的S-（）-对映体的受体阻断作用比R-（）-强约100倍，而R-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的效果比单一对映体好。两种对映体具有等同或相近的同一药理活性。两种对映体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相同。两种对映体中，一种对映体为另一对映体的竞争性拮抗剂。两种对映体中，一种对映体为另一对映体的竞争性拮抗剂。如左旋异丙肾上腺素是受体激动剂，而右旋异丙肾上腺素则为其竞争性拮抗剂，且两者与受体的亲和性相当。对映体纯手性药物的研制和生产具有十

9、分重要的意义。对映体纯手性药物的研制和生产具有十分重要的意义。沙利度胺的沙利度胺的S-异构体可导致严重的致畸性异构体可导致严重的致畸性 1957年年1962年，造成数年，造成数万名婴儿严重畸形。万名婴儿严重畸形。进一步研究表明，其致畸进一步研究表明，其致畸作用是由沙利度胺其中的作用是由沙利度胺其中的一个异构体（一个异构体（S-异构体异构体）引起的，而引起的，而R-构型即使大构型即使大剂量使用，也不会引起致剂量使用，也不会引起致畸作用。畸作用。图：沙利度胺的另一个对映体可图：沙利度胺的另一个对映体可 导致导致 严重的致畸性。严重的致畸性。手性药物的发展概况手性药物的发展概况年份199819992

10、00020012002200320042005销售额(亿美元)9911150123313561460155816531785增长(%)13167108768表表1 全球手性药物市场销售情况全球手性药物市场销售情况 目前世界上正在开发的1200多种新药中约有三分之二三分之二是手性化合物，单一异构体占51，2005年全球上市的新药中将有60为单一对映体药物，估计在2010年手性药物销售额将超过2000亿美元。p 全球手性药物开发与销售全球手性药物开发与销售p 各国对手性药物的相应规定各国对手性药物的相应规定 对于含有手性因素的药物含有手性因素的药物倾向于发展单一对映体产品，鼓励把已上市的外消旋药物

11、转化为手性药物（手性转换）。对于申请新的外消旋药物申请新的外消旋药物，则要求必须提供每个对映体各自的药理作用、毒性和临床效果，不得将不同对映体作为相同物质对待。这无疑大大增加了新药以外消旋体上市的难度。对已上市的外消旋体药物已上市的外消旋体药物，可以单一立体异构体形式作为新药提出申请，并能得到专利保护。我国在不对称合成研究领域起步较晚，在手性科学研究领域，尤其是不对称合成和手性技术方面的总体水平与世界先进国家之间存在不小的差距。最近几年中，我国政府部门、研究机构及科研人员已经关注到手性科学及技术和手性药物的研究，特别是其中有关的基础研究。国家自然科学基金委国家自然科学基金委分别在“九五”和“十

12、五”期间支持了“手性药物的化学和生物学”及“手性和手性药物研究中的若干科学问题研究”的重大研究项目。中国科学院中国科学院也将“手性药物的合成与拆分”列为重大项目。这对提升我国手性药物的开发和生产能力，直接面对国际竞争具有重要的现实意义。p 国内手性药物的研究现状国内手性药物的研究现状 手性药物的制备技术手性药物的制备技术手性药物的制备技术由化学控制技术化学控制技术和生物控制技术生物控制技术两部分组成。该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。化 学 控 制前 手 性 化 合 物手 性 化 合 物 手 性 源 合 成普 通 化 学 合 成不 对 称 合 成结 晶 法 拆 分化 学

13、 计 量 型催 化 型直 接 结 晶 法非 对 映 体 结 晶动 力 学 拆 分色 谱 分 离生 物 控 制天 然 物 提 取控 制 酶 代 谢发 酵 工 程酶 工 程图图2 手性药物的制备技术分类手性药物的制备技术分类根据原料的不同，制备手性药物的方法主要分为四大类，即外消旋体拆分、不对称合成、手性源合成和提取法外消旋体拆分、不对称合成、手性源合成和提取法。u 外消旋体拆分外消旋体拆分对用一般的制备方法得到的外消旋体进行拆分，可获得单一对映体。拆分法尽管操作烦琐，但一直是制备光学纯异构体的重要方法之一，在很多手性药物的生产中得到应用。其主要可分为结晶法拆分、动力结晶法拆分、动力学拆分和色谱分

14、离学拆分和色谱分离三大类。l 结晶法拆分结晶法拆分又分为直接结晶法拆分和非对映异构体拆分，分别适用于外消旋混合物和外消旋化合物的拆分。前者是在一种外消旋混合物的过饱和溶液中直接加入某一对映体的晶种，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（拆分剂，通常是手性酸或手性碱）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。l色谱分离色谱分离可分为直接法和间接法。直接法又分为手性固定相法和手性流动相添加剂法。其中手性固定相法应用较多，已发展成为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，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，再用普

15、通的正相或反相柱分离之。l 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用下反应速度不同而使其分离的方法。依手性催化剂的不同，动力学拆分又可分为生物催化动力学拆分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，后者主要以手性酸、手性碱或手性配体过渡金属配合物为催化剂。u不对称合成不对称合成所谓不对称合成是指一个化合物（底物）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。其中，反应剂可以是试剂、辅剂、催化剂等。按照反应剂的影响方式和合成方法的演变和发展，可将不对称合成的方法粗略地划分为四代。第一代方法，即底物控制方法底物控制方法，其通过手

16、性底物中已经存在的手性单元进行分子内定向诱导而在底物中产生新的手性单元。第二代方法也称辅基控制法辅基控制法。它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控制。与第一代不对称合成的不同点在于，起不对称诱导作用的辅基要事先连接到底物上，并在反应结束后除去。第三代方法，即试剂控制法试剂控制法，是通过手性试剂直接与非手性底物作用，产生手性产物的方法。与前两代方法不同的是，其立体化学控制是依赖分子间的相互作用来实现的。第四代方法为催化剂控制法催化剂控制法，它使用催化剂诱导非手性底物与非手性试剂反应，向手性产物转化。其通过分子间的相互作用来实现立体化学控制。根据所用催化剂的不同，第四代方法又可

17、分为化学催化法和生物催化法。迄今，用于不对称合成的最好的反应剂当属自然界中的酶，发展象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。u 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，通过化学修饰方法将其转化为手性产物的方法。产物构型既可能保持，也可能发生翻转或手性转移。用于制备手性药物的手性原料主要有三个来源，一是自然界中大量存在的手性手性化合物化合物，如糖类、萜类、生物碱等；二是以大量廉价易得的糖类糖类为原料经微生物发酵得到的手性化合物，如氨基酸、羟基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化合物手性或前手

18、性化合物为原料化学合成得到的手性化合物。尽管合成一个手性化合物最简便的方法是挑选结构相近的手性源进行手性源合成，但但手性源合成法仅适用于能找到与产物具有相似结构手性源的情况，故应用受到一定的限制。u 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，如生物碱、维生素等。这些化合物可通过萃取、沉淀、层析、结晶等手段提取得到，如从红豆衫的树皮中提取对乳腺癌等有很好疗效的抗肿瘤手性药物紫杉醇。然而，该法也有其缺陷。首先首先，有些物质在自然界中的含量极低，其分离纯化十分困难；其次其次，自然界往往只给我们提供一种异构体，其他构型的异构体可能不存在；此外此外，还有很多手性化合物在自然界根本不

19、存在或尚未被发现，无法通过提取法得到这些物质。第二节 生物催化手性药物的合成一、生物催化剂的种类和来源二、生物催化的特性1、高效性2、高度选择性3、底物专一性4、反应条件温和5、生物催化不需要重金属6、多个反应可同时在一种微生物内进行。三、用于手性药物制备的生物催化反应用于手性药物制备的生物催化反应 氧化反应氧化反应氧化反应是向有机化合物分子中引入功能基团的重要反应之一，其在手性药物的合成中具有重要的作用。用于手性药物制备的催化氧化反应的酶主要有单加氧酶、双加氧酶和脱氢酶单加氧酶、双加氧酶和脱氢酶。p 单加氧酶（单加氧酶（mono-oxygenases）催化的氧化反应）催化的氧化反应 单加氧酶

20、主要有细胞色素P450类单加氧酶以及黄素类单加氧酶，前者以铁卟啉为辅基，后者以黄素为辅基。单加氧酶催化氧分子中的一个氧原子加入到底物分子中，另一个氧原子使还原型辅酶NADH或NADPH氧化并产生水（图3）。可催化烷烃、芳香烃化合物的羟化、烯烃的环氧化、含杂原子化合物中杂原子的氧化以及酮的氧化等反应，且反应的立体选择性较高。常采用完整细胞作为催化剂。例如，假丝酵母属、假单胞菌属微生物细胞均能催化异丁酸不对称羟化产生可用于合成维生素、抗生素的光学活性的-羟基异丁酸。p 双加氧酶双加氧酶(dioxygenases)催化的氧化反应催化的氧化反应 双加氧酶催化氧分子的两个氧原子加入到同一底物分子中（图4

21、）。常见的双加氧酶有脂氧酶、过氧化物酶等，可催化烯烃的氢过氧化反应、芳烃的双羟基化反应等。p脱氢酶催化的氧化反应脱氢酶催化的氧化反应脱氢酶脱氢酶可催化氧化和还原双向可逆反应。在底物为还原态、辅酶为氧化态NAD(P)时催化氧化反应为主。其机理是催化底物脱氢，脱下来的氢与NAD(P)结合。脱氢酶催化的氧化反应具有高度的立体选择性。例如，马肝醇脱氢酶（HLADH）可催化外消旋醇对映选择性地氧化而使之得以拆分(图5)。RO HO HRO HO H外 消 旋 二 元 醇 (R)-二 元 醇 (S)-羟 基 醛 RO HC H O H L A D H(N A D+循 环）RO HC O2H(S)-羟 基

22、酸醛 脱 氢 酶(N A D+循 环）R=C H2O H,C H2F,C H2C l，C H2B r，C H3,C H2N H2,C H2C H3图图5 马肝醇脱氢酶催化氧化反应拆分二元醇 还原反应还原反应生物催化的还原反应在手性药物的合成中具有重要的应用。氧化还原酶类可以催化酮或者醛羰基以及潜手性烯烃的不对称还原，使潜手性底物转化为手性产物。在酶促底物加氢的同时，还原型辅酶转化为氧化型辅酶。由于辅酶一般不太稳定，且价格昂贵，能否将辅酶再生循环使用，即将氧化型辅酶转变为还原型辅酶就成为制约该反应工业应用的重要因素。目前主要通过在反应过程中添加辅助性底物（底物偶联法）辅助性底物（底物偶联法）、利

23、用两个平行氧利用两个平行氧化还原酶系统（酶的偶联法）化还原酶系统（酶的偶联法）以及完整细胞还原体系完整细胞还原体系等实现辅酶再生(图6)。脱氢酶或微生物细胞还原型辅酶氧化型辅酶或者R1R2R3R4R2R1HR4HR3HR2R1R4HR3脱氢酶或微生物细胞OR2R1R2R1R1R2OHOH还原型辅酶氧化型辅酶或者图图 6 生物催化的还原反应 催化常用于手性药物制备的还原反应的酶酶主要有酵母醇脱氢酶(YADH)、马肝醇脱氢酶（HLADH）、布氏热厌氧菌醇脱氢酶和羟基甾体脱氢酶(HSDH)等。它们可立体选择性地催化酮还原为手性仲醇，其选择性一般遵循Prelog规则，即它们催化氢负离子从空间位阻较小方

24、向进攻羰基，形成构象稳定的优势中间体。但也有一些微生物的醇脱氢酶催化还原反应时不遵循Prelog规则，如假单胞菌属的醇脱氢酶。水解反应及其逆反应水解反应及其逆反应在手性药物及其中间体的制备中应用最为广泛的水解反应及其逆反应主要有酯水解、腈水解、环氧化合物水解、酰胺水解、酯化、酰胺化等（图8）。ORO R1+H2O酯 酶 或 脂 肪 酶ORO-+R1O HORR1+H2O环 氧 化 物 水 解 酶*RR1H OO HRCN+2 H2O腈 水 解 酶OR+N H3OHNC O2-+H2O蛋 白 酶H2NC O2+H2NC O2-H2NR2O-R1R1R2图图 8 生物催化的水解反应的主要类型生物催

25、化的水解反应的主要类型 常用的脂肪酶主要有猪胰腺脂肪酶、假丝酵母属脂肪酶、假单胞菌属脂肪酶和毛酶属脂肪酶。不同来源的脂肪酶，其氨基酸残基的数量从270到641个不等，且疏水性氨基酸残基比亲水性氨基酸残基多。虽然这些脂肪酶的氨基酸序列大不相同，但都具有一个共同的结构特点，即含有-折叠的核和被-螺旋包围并指向酶的活性中心的三元复合物，这个复合物由Asp-His-Ser或His-Ser-Glu组成。近期的研究表明，许多脂肪酶在绿色反应介质离子液体中能催化酯的不对称水解，且选择性和稳定性高于其在水中的对应值。例如，Mohile等报道在离子液体-缓冲液混合反应介质中，皱落假丝酵母脂肪酶（CRL）能高效地

26、催化2-(4-氯苯氧基)丙酸丁酯不对称水解，所得到的产物(R)-2-(4-氯苯氧基)丙酸的对映体纯度（99 e.e.以上）远远高于在水相中的相应值（47 e.e.），并且在离子液体中CRL的热稳定性也提高了。p 酯水解反应酯水解反应图9 离子液体-缓冲液混合溶剂中酶促对羟基苯甘氨酸甲酯不对称水解反应 p 腈水解反应腈水解反应HOHO CH *NH2CO OCH3 Ionic liquid(IL)-aqueous co-solvent mixture D,L-p-hydroxyphenylglycine methyl ester D-p-hydroxyphenylglycine methyl e

27、ster L-p-hydroxyphenylglycine Papain,H2O HO CHNH2CO OHHNH2CO OCH3 C 在有机合成中，腈是一类重要的化合物，它可以方便地通过化学合成得到，而且可进一步转化成具有更高价值的酰胺和羧酸。但是利用化学手段将腈转变成酰胺或羧酸通常要求高温、昂贵的试剂，或者需要在强酸(6 mo1/L 盐酸)或强碱(2 mol/L 氢氧化钠溶液)条件下进行，在后续的中和反应中会产生大量盐。而酶促腈水解在实现节能的同时拥有以下优势：温和的反应条件，高选择性，产物纯度高，无副产物及盐、金属类废物。酶促腈水解有两条途径两条途径，其一，通过腈水合酶转化为酰胺，再由酰

28、胺酶催化其水解为相应的羧酸；其二，由腈水解酶直接催化其水解为羧酸。酶催化腈水解反应不仅得到光学活性羧酸,而且还能合成光学活性酰胺化合物,后者可进一步转化为光学活性胺和其它含氮化合物。故腈的酶法水解已被广泛应用于光学活性氨基酸、酰胺、羧酸及其衍生物的合成（图10）。腈水合酶催化腈转化为相应酸的两步酶转化过程中的第一步，即腈化合物水合转化为酰胺的过程。这些酶是金属酶，酶分子中含有铁或钴，存在于多种革兰氏阳性和阴性细菌中。RCNR+NH3OHORONH22H2O腈水解酶腈水合酶酰胺酶H2OH2O图图10 酶法腈水解的途径酶法腈水解的途径 p 环氧化物水解环氧化物水解O环氧化合物水解酶 H2OOHOH

29、RR芳烃环氧化物 反式连二醇图图11 生物催化芳香族环氧化合物水解生物催化芳香族环氧化合物水解 环氧化物是一类重要的有机合成物，是许多生物活性物质合成的原料，因此，其在有机合成中被广泛地利用。一般可用化学法制备环氧化物，但反应的立体选择性不高。环氧化物水解酶能催化环氧化物进行区域和对映体选择性水解，从而能用于制备所需构型的环氧化物。环氧化物水解酶环氧化物水解酶广泛存在于哺乳动物、植物、昆虫、丝状真菌、细菌以及赤酵母中。在哺乳动物中，环氧化物水解酶在外源性化合物，尤其是芳香烃化合物的代谢中发挥重要作用。环氧化物水解酶将芳香烃经单加氧酶催化氧化得到的、具有致畸、致癌作用的芳烃环氧化物水解为生物惰性

30、的反式1,2-二醇，后者可被生物体进一步分解代谢和排泄。p 酰胺水解酰胺水解 酰胺水解是制备广泛用于手性药物合成的光学活性氨基酸的重要途径。常用于催化酰胺水解的酶主要有氨基酰胺酶、氨基酰化酶、乙内酰脲酶等。图12 氨基酰胺酶催化氨基酰胺水解拆分p 氨解反应氨解反应 近年来的研究表明,许多水解酶类,如脂肪酶、蛋白酶等,不仅可以催化水解反应,而且能够在非水介质中催化其逆反应，例如，它们能催化以氨、胺或者肼为非天然酰基受体的酯或酸的氨解反应，形成酰胺。与传统的化学法相比,通过酶促酯或酸氨解的途径使之酰胺化具有条件温和、专一性强、催化效率高的优点。酶促酯氨解反应的机理为：酶活性中心丝氨酸残基中的羟基亲

31、核进攻酯中的羰基碳，形成酶-酰基中间体,之后亲核试剂氨、胺或者肼进攻酶-酰基中间体，形成产物酰胺，酶同时恢复其原形。所形成的产物酰胺广泛应用手性药物的合成。p 酯化反应酯化反应 酯化，这一受热力学限制不可能在水介质中发生的反应，可在非水介质中被多种酶，如脂肪酶、蛋白酶等催化。该反应在有机合成中特别有用，因为这些酶可催化大量不同类型的有机化合物的酯化，并具有高度立体选择性。R1R2OHPSL脂肪酶酰基供体R2R1OAcR1R2OH外消旋醇 （S）-型 （R）-型图16 脂肪酶PSL催化外消旋醇不对称酯化（或酰化）酶促酯化反应在手性合成中已有许多应用。例如,C.rugosa脂肪酶能高对映选择性地催

32、化外消旋-2-羟基壬酸与正丁醇在甲苯中发生酯化反应，所获产物的光学纯度很高，可用于合成抗微生物制剂(4R,7S)-7-甲氧基十四烷-4-烯酸。四、生物催化用于手性药物及其中间体的制备生物催化用于手性药物及其中间体的制备 生物催化剂为高度手性的催化剂，其催化反应有许多优点，如，能在温和的条件下发挥催化作用，减少在化学过程中常出现的异构化、外消旋化等问题；且催化效率高；具有高度的立体选择性,反应产物的对映体过量（e.e.）有时可达100；环境污染小。因此生物催化法是制备手性药物的有效途径之一。由于酶的底物谱通常较窄，应用酶法合成一些非天然产物尚存在一定困难和局限性。目前,手性新药的开发,通常采用化

33、学-酶法(chemo-enzymatic method)，即利用酶或微生物细胞作为催化剂对化学合成路线中某一个手性中间体进行不对称合成或拆分,再用其合成光学纯的手性药物。生物催化外消旋手性药物及其中间体的拆分生物催化外消旋手性药物及其中间体的拆分利用酶对对映体的识别作用，可有效地拆分外消旋药物及其中间体的不同对映体。其主要特点是拆分效率和立体选择性高、反应条件温和。p 外消旋药物的拆分外消旋药物的拆分当外消旋药物分子中含有手性羟基、羧基或酯基时，可直接利用酶进行拆分,获得具有所需构型的光学活性药物。u 非甾体抗炎类药物非甾体抗炎类药物 非甾体抗炎类药物(nonsteroidal anti-in

34、flammatory agents)临床上广泛用于治疗关节炎等人结缔组织疾病。其活性成分是2-芳基丙酸衍生物CH3CHArCOOH,如萘普生(naproxen)、布洛芬(ibuprofen)、酮基布洛芬(ketoprofen)、氟比洛芬(flurbiprofen)等(图18)。研究表明，该类药物的的(S)-对映体具有较高活性，如(S)-萘普生在体内的抗炎活性是(R)-对映体的28倍。目前，只有萘普生是以单一对映体的形式上市，其余均以外消旋体供药，因此，近年来用酶法拆分2-芳基丙酸衍生物引起了人们的广泛重视。图18 2-芳基丙酸类非甾体消炎药COOHNO酮 咯 酸（ketorolac）FCOOH

35、氟 比 洛 芬（flurbiprofen）COOHO酮 洛 芬COOHS布 洛 芬COOHSM eO萘 普 生 l 萘普生萘普生 萘普生是用量较大的一种非甾体消炎药，世界年销售额在十亿美元以上。目前使用的光学纯(S)-萘普生主要采用不对称化学合成或合成消旋体再拆分法制备。近年来，用酶法拆分外消旋萘普生的研究报道甚多。意大利的Battistel等将柱状假丝酵母脂肪酶CCL(Candida cylindracea lipase)固定化在离子交换树脂Amberlite XAD-7上，并装填于500 mL柱式反应器中，连续水解外消旋体萘普生的乙氧基乙酯，在35 下反应1200 h，得到18 kg的光学

36、纯(S)-萘普生，且酶活几乎无损失，该工艺极具工业生产价值(图19)。英国Chirtech公司通过筛选和分子进化对一种酯酶进行改造,提高了酶的立体选择性。该酶只水解(S)-萘普生酯,底物浓度可达到150 g/L,反应残留的(R)-萘普生酯可通过碱催化消旋化再拆分。产物可通过结晶分离,操作简单。该工艺目前在印度的Shasun Chemicals公司进行中试。图19 固定化CCL催化外消旋萘普生酯水解l 布洛芬 用马肝酯酶选择性水解拆分外消旋布洛芬乙酯可制备(S)-布洛芬(图20)，当反应进行11 h,转化率达40时,布洛芬的e.e.值为88,残留酯的e.e.值为60，而当反应进行到18 h,转化

37、率为58时,布洛芬的e.e.值为66，而残留酯的e.e.值96。酶法拆分布洛芬的另一途径是采用选择性酯化反应。在有机溶剂中对布洛芬进行酶促酯化反应时加入少量的极性溶剂,可明显提高酶的立体选择性。例如在酯化反应体系中加入二甲基甲酰胺后,产物(S)-布洛芬的e.e.值从57.5增加到91。布洛芬的酶法拆分目前已达到克级规模。()CO O CH3（S）布 洛 芬CO O CH3（R）布 洛 芬CO O CH3pH 9.0，40，H2O脂 肪 酶图20 布洛芬的酶法拆分u 5-羟色胺拮抗剂类药物羟色胺拮抗剂类药物 5-羟色胺(5-HT)是一种与精神疾病有关的重要的神经递质。现有一些药物的毒性就在于其不

38、能选择性地与5-HT受体反应。目前至少已发现7种5-HT受体。药物与受体结合的亲和力和选择性在很大程度上受药物的立体化学结构影响。目前，一种新的5-HT拮抗物MDL的活性(其中R异构体的活性是S异构体的100倍以上)是以前知名的5-HT拮抗物酮色林的活性的150倍，其原因在于(R)-MDL能够高选择性地与5-HT受体相结合。MDL的拆分可在有机相中进行，选择性酯化反应的产物是(R,R)-酯,残留的为(S,S)-醇，反应过程如图21所示。图21 脂肪酶拆分5-HT拮抗物MDLp手性药物中间体的拆分手性药物中间体的拆分u -阻断剂阻断剂-阻断剂是一类重要的心血管药，临床上用于治疗高血压和心肌梗死类

39、疾病。结构通式为：ArOCH2CH(OH)CH2NHR，有普萘洛尔(propranolol，俗名“心得安”)、阿替洛尔(atenolol)和倍他洛尔(betaxolol)等二十多个品种。该类药物的(S)-对映体活性显著高于(R)-对映体，如(S)-心得安和(S)-美多心安的活性分别是其(R)-对映体的100、270380倍。(S)-普萘洛尔是一类重要的-阻断剂，而其(R)-对映体则具有避孕作用。化学法只能获得外消旋的普萘洛尔。在现有的合成(S)-普萘洛尔的各种方法中，以图23所示的途径较为经济合理。从萘酚出发，采用PCL拆分萘氧氯丙醇酯，成功制备了(S)-普萘洛尔和(R)-普萘洛尔，产物的e.e.95，产率48。