第二十五章手性藥物課件

第二十五章手性藥物第一節(jié)手性藥物概述

第二節(jié)與手性藥物有關(guān)的幾個(gè)重要術(shù)語(yǔ)

第三節(jié)手性藥物的通用制造方法與技術(shù)

第四節(jié)手性藥物的生物不對(duì)稱合成原理

第五節(jié)典型手性藥物制造技術(shù)及工藝

第二十五章手性藥物1第一節(jié)

手性藥物概述

手性是用來(lái)表達(dá)化本物分子結(jié)構(gòu)不對(duì)稱性的術(shù)語(yǔ)。如同人的左手和右手不對(duì)稱，不能相互疊合，彼此的關(guān)系如同實(shí)物與鏡像?；瘜W(xué)上，將這種關(guān)系稱為對(duì)映關(guān)系。具有對(duì)映關(guān)系的兩個(gè)物體互為對(duì)映體；化合物分子中的原子排列是三維的，因而，在平面上看起來(lái)相同的分子結(jié)構(gòu)實(shí)際上代表不同的化合物。如乳酸的L-構(gòu)型和D-構(gòu)型。

第一節(jié)手性藥物概述手性是用來(lái)表達(dá)化本物2嚴(yán)格地說(shuō)，手性藥物是指分子結(jié)構(gòu)中存在手性碳原子（不對(duì)稱碳原子）的藥物。通常所說(shuō)的手性藥物是指由具有藥理活性的手性化合物組成的藥物，其中只含有效對(duì)映體或者以有效對(duì)映體為主。藥物的藥理作用是通過(guò)與體內(nèi)的大分子之間嚴(yán)格的手性識(shí)別和匹配而實(shí)現(xiàn)的，故不同對(duì)映體的藥理活性有所差異。其中，與受體具有高親和力或具有高活性的對(duì)映體稱為優(yōu)映體(eutomer)，反之則稱為劣映體(distomer)。嚴(yán)格地說(shuō)，手性藥物是指分子結(jié)構(gòu)中存在手性碳原子（不對(duì)稱碳原子3圖25-1為沙立度胺和L-多巴的對(duì)映異構(gòu)體結(jié)構(gòu)圖25-1為沙立度胺和L-多巴的對(duì)映異構(gòu)體結(jié)構(gòu)4

在許多情況下，化合物的一對(duì)對(duì)映體在生物體內(nèi)的藥理活性、代謝過(guò)程、代謝速率及毒性等方面均存在顯著的差異，常出現(xiàn)以下幾種不同情況：

(1)一種對(duì)映體有藥理活性，而另一種無(wú)活性或活性很弱。如氨基已烯酸只有S-對(duì)映體是GABA轉(zhuǎn)氨酶抑制劑；左氧氟沙星的體外抗菌活性是R-(+)-對(duì)映體的8~128倍。

(2)兩種對(duì)映體具有完全不同的藥理活性，都可作為治療藥物。例如右(旋)丙氧吩是一種鎮(zhèn)痛劑，而左(旋)丙氧吩則是一種止咳劑，兩者表現(xiàn)出完全不同的生理活性

在許多情況下，化合物的一對(duì)對(duì)映體在生物體內(nèi)的5(3)兩種對(duì)映體中的一種有藥理活性，另一種不但沒(méi)有活性，反而有毒副作用。20世紀(jì)50年代末期發(fā)生于歐洲的“反應(yīng)?！笔录?，孕婦因服用沙立度胺（酰胺哌啶酮）而導(dǎo)致短肢畸胎，酰胺哌啶酮的兩種對(duì)映體中，后研究發(fā)現(xiàn)只有R-對(duì)映體具有鎮(zhèn)靜作用，而S-對(duì)映體是一種強(qiáng)力致畸劑。（4）兩種對(duì)映體的藥理活性完全相反，如巴比妥類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］，左旋體都具有麻醉活性，但右旋體卻起促驚厥作用。

（5）兩種對(duì)映體中具有等同或相近的同一藥理活性。如強(qiáng)心藥SCH00013的兩種對(duì)映體的藥理作用具有相同的效應(yīng)。

(3)兩種對(duì)映體中的一種有藥理活性，另一種不但沒(méi)有活性，反而6（6）兩種對(duì)映體的作用具有互補(bǔ)性。普奈洛爾的S(-)-對(duì)映體的β受體阻斷作用比R-（+）-對(duì)映體強(qiáng)約100倍，而R對(duì)映體對(duì)鈉通道有抑制作用。兩者在治療心律失常時(shí)有協(xié)同作用。故外消旋體用于治療心律失常的效果比單一對(duì)映體好。（7）兩種對(duì)映體中，一種對(duì)映體為另一對(duì)映體的競(jìng)爭(zhēng)性拮抗劑。如左旋異丙腎上腺素是β受體激動(dòng)劑，而右旋異丙腎上腺素則為其競(jìng)爭(zhēng)性拮抗劑，且兩者與β受體的親和性相當(dāng)。下圖，表25-1為一些藥物或化合物異構(gòu)體的不同藥理活性或其它特性：第二十五章手性藥物課件7藥物或化合物名稱

構(gòu)型

藥理特性

沙利度安（thalidomide）

R

催眠鎮(zhèn)靜

S

強(qiáng)致畸作用

氯霉素（chlonamphenicol）

R

廣譜抗菌作用

S

無(wú)活性

心得安（propanolol）

R

無(wú)活性

S

β-阻滯劑

索他洛爾（sotalol）

D

III-型抗心律失常

L

β-阻滯劑

他莫西芬（tamoxifen）

E

雌激素

Z

抗雌激素活性、治療乳腺癌

日本麗金龜性信息素

R,Z

捕獲雄性昆蟲(chóng)的數(shù)量大

S,Z

捕獲雄性昆蟲(chóng)的能力大大降低

藥物或化合物名稱構(gòu)型藥理特性沙利度安（thalidom8。

由此可見(jiàn)，對(duì)手性藥物的應(yīng)用，應(yīng)該注意不同異構(gòu)體作用的差異，手性藥物的研制和生產(chǎn)具有十分重要的意義。。

使用手性藥物可減少劑量和代謝的負(fù)擔(dān)，提高藥理活性和專一性，降低毒副作用。并且，生產(chǎn)手性藥物可節(jié)省資源，減少?gòu)U料排放，降低對(duì)環(huán)境的污染。。。使用手性藥物可減少劑量和代9市售的單一異構(gòu)體和外消旋體藥物種類世界市售藥物制備方法

手征性銷售形式總數(shù)非手性手性單一異構(gòu)體外消旋體原料藥總數(shù)（1850）生物或半合成52365175098全合成132779952861467市售的單一異構(gòu)體和外消旋體藥物種類總數(shù)非手性10一、有關(guān)手性合成的幾個(gè)基本概念1、手性或手征性（chiral或chirality）所謂手征性是指實(shí)物與其鏡像不能相互重合的性質(zhì)，如同人的左手和右手的關(guān)系，互為鏡像，但不能重合。判斷分子是否具有手征性，必須考慮它缺少哪些對(duì)稱因素。通常只要一個(gè)分子既沒(méi)有對(duì)稱面又沒(méi)有對(duì)稱中心時(shí)，就可以斷定它是手征性分子。造成分子有手征性的一個(gè)最通常的因素是含有手性碳原子（常用*C表示），即和四個(gè)不同原子或基團(tuán)相連的碳原子。一、有關(guān)手性合成的幾個(gè)基本概念112、手性藥物（chiraldrug）所謂手性藥物是指單一異構(gòu)體藥物。近年來(lái)人們對(duì)手性藥物愈來(lái)愈關(guān)注的重要原因是它們的治療活性主要存在于一種異構(gòu)體，而另一（些）異構(gòu)體或是無(wú)活性的、或是具有不同的藥理活性，甚至有嚴(yán)重的毒副作用。2、手性藥物（chiraldrug）123、對(duì)映體、對(duì)映異構(gòu)體（enantiomer）具有一定構(gòu)造的分子，其原子在空間的排列方式可能不止一種，即可能存在不止一種構(gòu)型。凡是手性分子，必有互為鏡像的構(gòu)型。這種互為鏡像的兩種構(gòu)型叫做對(duì)映體。分子的手性是對(duì)映體存在的必要和充分的條件。一對(duì)對(duì)映體的構(gòu)造相同，只是立體結(jié)構(gòu)不同，因此它們是立體異構(gòu)體。這種立體異構(gòu)體就叫做對(duì)映異構(gòu)體。3、對(duì)映體、對(duì)映異構(gòu)體（enantiomer）133、對(duì)映體、對(duì)映異構(gòu)體（enantiomer）對(duì)映異構(gòu)和順?lè)串悩?gòu)一樣都是構(gòu)型異構(gòu)。要把一種異構(gòu)體變成構(gòu)型異構(gòu)體，必須斷裂分子中的兩個(gè)鍵，然后對(duì)換兩個(gè)基團(tuán)的空間位置。而構(gòu)象異構(gòu)則不同，只要通過(guò)鍵的扭轉(zhuǎn)，一種構(gòu)象異構(gòu)體就可以轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N構(gòu)象異構(gòu)體。3、對(duì)映體、對(duì)映異構(gòu)體（enantiomer）對(duì)映異構(gòu)和順?lè)?44、立體異構(gòu)體（stereoisomer）其分子由相同數(shù)目和相同類型的原子組成，是具有相同的連接方式但原子的空間排列方式不同，即構(gòu)型不同的化合物。4、立體異構(gòu)體（stereoisomer）155、非對(duì)映異構(gòu)體（diastereoisomer）具有二個(gè)或多個(gè)非對(duì)稱中心，且其分子相互不為鏡像的立體異構(gòu)體。如D-赤鮮糖和D-蘇糖常簡(jiǎn)稱為“非對(duì)映體”。5、非對(duì)映異構(gòu)體（diastereoisomer）166、不對(duì)稱合成、手性合成（asymmetricsynthesis,chiralsynthesis）不對(duì)稱合成常常也被稱之為手性合成。最初的定義為，不對(duì)稱合成是一個(gè)用純手性試劑通過(guò)非手性底物的反應(yīng)形成光學(xué)活性化合物（opticallyactivecompound）的過(guò)程，即從一個(gè)具有對(duì)稱構(gòu)造的化合物產(chǎn)生光學(xué)活性物質(zhì)的反應(yīng)過(guò)程。

6、不對(duì)稱合成、手性合成（asymmetricsynthe176、不對(duì)稱合成、手性合成（asymmetricsynthesis,chiralsynthesis）更為廣義的不對(duì)稱合成的定義為，一個(gè)反應(yīng)，其中底物分子整體中的非手性單元由反應(yīng)劑以不等量地生成立體異構(gòu)產(chǎn)物的途徑轉(zhuǎn)化為手性單元。也就是說(shuō)，不對(duì)稱合成是一個(gè)過(guò)程，它將潛手性（prochiral）單元轉(zhuǎn)化為手性單元，使得產(chǎn)生不等量的立體異構(gòu)產(chǎn)物。6、不對(duì)稱合成、手性合成（asymmetricsynthe18一個(gè)成功的不對(duì)稱反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)1）高的對(duì)映體過(guò)量（e.e）；2）用于不對(duì)稱反應(yīng)的反應(yīng)劑應(yīng)易于制備并能循環(huán)使用；3）可以制備得到R和S兩種構(gòu)型；4）最好是催化性的合成。迄今，能完成最好的不對(duì)稱合成的反應(yīng)劑可以認(rèn)為是生物催化劑，即自然界中的微生物和酶。

一個(gè)成功的不對(duì)稱反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)1）高的對(duì)映體過(guò)量（e.e）；197、不對(duì)稱放大、手性合成子和手性助劑（asymmetricamplification,chiralsynthon,chiralauxiliary）

不對(duì)稱放大是指應(yīng)用一種具較低對(duì)映體純度的催化劑或試劑制備具較高對(duì)映體純度的產(chǎn)物的過(guò)程。手性合成子為一單對(duì)映體化合物，以其作為起始原料在反應(yīng)過(guò)程中誘導(dǎo)產(chǎn)生所需的手性化合物。手性助劑為一單對(duì)映體化合物，其通過(guò)共價(jià)鍵與底物暫時(shí)結(jié)合，在反應(yīng)過(guò)程中誘導(dǎo)出手性，最后再使共價(jià)鍵斷開(kāi)得到單對(duì)映體產(chǎn)物，并回收助劑。

7、不對(duì)稱放大、手性合成子和手性助劑（asymmetric208、外消旋、內(nèi)消旋和外消旋化

（racemic,meso,racemization）外消旋是指一種物質(zhì)以兩種互為對(duì)映體的手性分子的等量混合物形式存在的現(xiàn)象，這種物質(zhì)即為外消旋體。外消旋體也稱為外消旋混合物（racemicmixture）或外消旋物(racemate)，其化合物名稱前用dl（不鼓勵(lì)使用）或符號(hào)（較好）或用前綴rac表示。8、外消旋、內(nèi)消旋和外消旋化

（racemic,meso,218、外消旋、內(nèi)消旋和外消旋化

（racemic,meso,racemization）內(nèi)消旋是指一種物質(zhì)的分子內(nèi)具有2個(gè)或多個(gè)非對(duì)稱中心但又有對(duì)稱面，因而不能以對(duì)映體存在的現(xiàn)象，這種物質(zhì)即為內(nèi)消旋體，其化合物用前綴meso表示。外消旋化是指一種對(duì)映體轉(zhuǎn)化為兩個(gè)對(duì)映體的等量化合物。內(nèi)消旋體和外消旋體都沒(méi)有旋光性，但它們?cè)诒举|(zhì)上是不同的。8、外消旋、內(nèi)消旋和外消旋化

（racemic,meso,229、光學(xué)（旋光）活性、光學(xué)（旋光）異構(gòu)體和光學(xué)純度（opticallyactive,opticalisomer,opticalpurity）光學(xué)活性是指由實(shí)驗(yàn)觀察到的一種物質(zhì)將單色平面偏振光的平面向觀察者的右邊或左邊旋轉(zhuǎn)的性質(zhì)，通常用（+）表示右旋，用（–）表示左旋。光學(xué)異構(gòu)體即為對(duì)映體的同義詞，現(xiàn)已不常用，因?yàn)橐恍?duì)映體在某些光波長(zhǎng)下并無(wú)光學(xué)活性。光學(xué)純度是指根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)定的旋光度，在兩個(gè)對(duì)映混合物中一個(gè)對(duì)映體所占的百分?jǐn)?shù)。

9、光學(xué)（旋光）活性、光學(xué)（旋光）異構(gòu)體和光學(xué)純度（opti2310、立體選擇性反應(yīng)和立體專一性反應(yīng)（stereoselectivereaction,stereospeceficreaction）

如果一個(gè)反應(yīng)不管反應(yīng)物的立體化學(xué)如何，生成的產(chǎn)物只有一種立體異構(gòu)體（或有兩種立體異構(gòu)體時(shí)，其中一種異構(gòu)體占?jí)旱箖?yōu)勢(shì)），這樣的反應(yīng)被稱之為立體選擇性反應(yīng)。從立體化學(xué)上有差別的反應(yīng)物給出立體化學(xué)上有差別的產(chǎn)物的反應(yīng)被稱之為立體專一性反應(yīng)。所有的立體專一性反應(yīng)必定是立體選擇性反應(yīng)，但不是所有的立體選擇性反應(yīng)必定是立體專一性反應(yīng)，因?yàn)橛行┓磻?yīng)物是沒(méi)有立體結(jié)構(gòu)特征，而生成物是有立體結(jié)構(gòu)特征的。10、立體選擇性反應(yīng)和立體專一性反應(yīng)（stereoselec2411、對(duì)映體過(guò)量（enantiomericexcess,簡(jiǎn)稱e.e）和對(duì)映選擇性（enantioselectivity）對(duì)映體過(guò)量（e.e）是指在兩個(gè)對(duì)映體混合物中，一個(gè)對(duì)映體E1過(guò)量的百分?jǐn)?shù)，即e.e=[（E1–E2）]/[（E1+E2）]×100%

對(duì)映選擇性是指一個(gè)化學(xué)反應(yīng)（包括生物反應(yīng)等）產(chǎn)生一種對(duì)映體多于相對(duì)對(duì)映體的程度。

11、對(duì)映體過(guò)量（enantiomericexcess,2512、D/L、R/S和d/l

D/L為分子的絕對(duì)構(gòu)型，按照與參照化合物D-或L-甘油醛的絕對(duì)構(gòu)型的實(shí)驗(yàn)化學(xué)關(guān)聯(lián)而指定。D/L標(biāo)記法應(yīng)用已久，也比較方便。但是這種標(biāo)記只能表示出分子中一個(gè)手性碳原子的構(gòu)型，對(duì)于含有多個(gè)手性碳原子的化合物不合適，有時(shí)甚至?xí)a(chǎn)生名稱上的混亂。因此，其僅常用于一些常見(jiàn)的和天然的氨基酸或糖，對(duì)其它一些化合物目前都采用R/S來(lái)表示。

12、D/L、R/S和d/l

D/L為分子的絕對(duì)構(gòu)型，按照與2612、D/L、R/S和d/l

R/S標(biāo)記法是根據(jù)手性碳原子所連接的四個(gè)基團(tuán)的排列順序來(lái)標(biāo)記手性碳原子構(gòu)型的一種方法。因此，在化學(xué)反應(yīng)中，如果手性碳原子構(gòu)型保持不變，產(chǎn)物的構(gòu)型與反應(yīng)物的相同，但其“R”或“S”標(biāo)記卻不一定與反應(yīng)物相同。反之，如果反應(yīng)后手性碳原子的構(gòu)型轉(zhuǎn)化了，產(chǎn)物構(gòu)型的“R”或“S”也不一定與反應(yīng)物相同。因?yàn)榻?jīng)過(guò)化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)物的手性碳上所連接的基團(tuán)與反應(yīng)物的不一樣了，產(chǎn)物和反應(yīng)物的相應(yīng)基團(tuán)的排列次序可能相同也可能不同?！癛”或“S”的標(biāo)記，決定于它本身四個(gè)基團(tuán)的排列次序，而與反應(yīng)時(shí)的構(gòu)型是否保持不變無(wú)關(guān)。12、D/L、R/S和d/l

R/S標(biāo)記法是根據(jù)手性碳原子2712、D/L、R/S和d/l

d或l是指物質(zhì)右旋或左旋，是按照實(shí)驗(yàn)測(cè)定的將單色平面偏振光的平面向右或向左旋轉(zhuǎn)而定，目前常用（+）表示右旋，用（–）表示左旋。

12、D/L、R/S和d/l

d或l是指物質(zhì)右旋或左旋，是按2813、拆分（resolution）拆分是指將外消旋體分離成旋光體的過(guò)程。外消旋體是有一對(duì)對(duì)映體等量混合而成。對(duì)映體除旋光方向相反外，其它物理性質(zhì)都相同，因此，雖然外消旋體為兩種化合物的混合物，但用一般的物理方法，如蒸餾、重結(jié)晶等不能把一對(duì)對(duì)映體分離開(kāi)來(lái)，必須用特殊的方法才能把它們拆開(kāi)。目前常用的一些方法包括有以下幾種。13、拆分（resolution）拆分是指將外消旋體分離成旋29

20世紀(jì)初期，沒(méi)有測(cè)定有機(jī)化合物絕對(duì)構(gòu)型的方法，只能用相對(duì)構(gòu)型來(lái)表示各種化合物構(gòu)型之間的關(guān)系。Fischer選擇甘油醛為標(biāo)準(zhǔn)化合物，并人為地規(guī)定圖25-1中手性碳原子上相連的OH寫(xiě)在右邊的一種構(gòu)型為D-甘油醛，用大寫(xiě)字母D表示，而OH寫(xiě)在左邊的一種構(gòu)型為L(zhǎng)-甘油醛，用大寫(xiě)的L表示。

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圖25-1甘油醛的立體構(gòu)型

D(+)-甘油醛L(-)-甘油醛

圖25-1甘油醛的立體構(gòu)型

D(+)-甘油醛31

然后由甘油醛的構(gòu)型推導(dǎo)出可以和甘油醛互相轉(zhuǎn)化的化合物或結(jié)構(gòu)上與甘油醛相關(guān)的化合物的構(gòu)型。它能對(duì)許多天然化合物的立體化學(xué)結(jié)構(gòu)作出系統(tǒng)的表述。

局限性這種標(biāo)記只能表示出分子中一個(gè)手性碳原子的構(gòu)型，而且主鏈的選擇和正確取向也不明確，當(dāng)主鏈以不同的方式排列時(shí)，同一化合物就可能被指定為不同的構(gòu)型。

然后由甘油醛的構(gòu)型推導(dǎo)出可以和甘油醛互相轉(zhuǎn)化的化合物323）Cahn-Ingold-Prelog規(guī)則——R、S標(biāo)記法

R/S標(biāo)記法是根據(jù)手性碳原子所連接的四個(gè)基團(tuán)的排列順序來(lái)標(biāo)記手性碳原子構(gòu)型的一種方法。“R”或“S”的標(biāo)記，決定于它本身四個(gè)基團(tuán)的排列次序，而與反應(yīng)時(shí)的構(gòu)型是否保持不變無(wú)關(guān)。按照原子序優(yōu)先性順序規(guī)則，把與手性中心碳原子相連接的四個(gè)原子或原子團(tuán)按大小確定先后次序。設(shè)想分子的取向是：把次序最后的基團(tuán)指向離開(kāi)人的方向，然后觀察其余基團(tuán)的排列，按各基團(tuán)優(yōu)先性從大到小的次序來(lái)看，如果人的眼睛按順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，這個(gè)構(gòu)型標(biāo)定為R（拉丁：rectus，右)如果是逆時(shí)針?lè)较颍@個(gè)構(gòu)型定為S（拉?。簊inister，左）。。3）Cahn-Ingold-Prelog規(guī)則——R、S標(biāo)記法33原子序優(yōu)先性順序規(guī)則如下：a.

首先比較和手性碳原子相連接的原子的原子序，原子序數(shù)大者優(yōu)先。對(duì)于同位素，質(zhì)量大者優(yōu)先。b.當(dāng)直接和手性碳原子相連的原子相同時(shí)，可再比較第二個(gè)原子，如第二個(gè)原子有幾個(gè)，只要其中一個(gè)原子序數(shù)最大則優(yōu)先。當(dāng)?shù)诙€(gè)原子又都相同時(shí)，則可再比較第三個(gè)原子，余此類推。c.雙鏈和三鏈可分別看作兩次和三次與有關(guān)之因素的結(jié)合。

原子序優(yōu)先性順序規(guī)則如下：34

用R、S命名系統(tǒng)來(lái)表達(dá)分子中的不對(duì)稱碳原子的絕對(duì)構(gòu)型，優(yōu)點(diǎn)是比較可靠，已被接受；但也有不足之處，即它不能反映立體異構(gòu)體之間的構(gòu)型關(guān)系。因此，許多碳水化合物和氨基酸的構(gòu)型習(xí)慣上仍用D，L來(lái)表示。

4）d/l d或l是指物質(zhì)右旋或左旋，是按照實(shí)驗(yàn)測(cè)定的將單色平面偏振光的平面向右或向左旋轉(zhuǎn)而定，目前常用（+）表示右旋，用（–）表示左旋。

356、光學(xué)活性

1）光學(xué)活性(opticalactivity)某種化合物通過(guò)旋光儀檢測(cè)能使單色平面偏振光的平面向觀察者的右邊或左邊旋轉(zhuǎn)的特性。通常用（+）表示右旋，用（–）表示左旋。由于旋光方向和程度是由分子中所有不對(duì)稱原子上的羥基方向或位置所決定，而構(gòu)型只與分子中距羰基最遠(yuǎn)的不對(duì)稱碳原子上的OH羥基位置或方向有關(guān)，因此，構(gòu)型并不與旋光方向相對(duì)應(yīng)。

2）光學(xué)異構(gòu)體（opticalisomers)對(duì)映體的同義詞，但現(xiàn)在已不常用，因?yàn)橛幸恍?duì)映體在某些偏振光波長(zhǎng)下并無(wú)光學(xué)活性。

3）光學(xué)純度(opticalpurity)根據(jù)試驗(yàn)測(cè)定的比旋光度，在兩個(gè)對(duì)映體混合物中，一個(gè)對(duì)映體所占的百分?jǐn)?shù)。現(xiàn)常用對(duì)映體純度來(lái)代替。6、光學(xué)活性1）光學(xué)活性(opticalact367、外消旋、內(nèi)消旋和外消旋化（racemic,meso,racemization）

1）外消旋是指一種物質(zhì)以兩種互為對(duì)映體的手性分子的等量混合物形式存在的現(xiàn)象，它是指兩種對(duì)映體的等量混合物，其化合物名稱前用dl（不鼓勵(lì)使用）或符號(hào)（較好）或用前綴rac表示。2）內(nèi)消旋是指一種物質(zhì)的分子內(nèi)具有2個(gè)或多個(gè)非對(duì)稱中心但又有對(duì)稱面，因而不能以對(duì)映體存在的現(xiàn)象，這種物質(zhì)即為內(nèi)消旋體，其化合物用前綴meso表示。

3）外消旋化(racemization)它是指一種對(duì)映體轉(zhuǎn)化為兩個(gè)對(duì)映體的等量混合物(即外消旋體)的過(guò)程。如果轉(zhuǎn)化為兩個(gè)對(duì)映體，其量不相等，則稱為部分消旋化內(nèi)消旋體和外消旋體都沒(méi)有旋光性，但它們?cè)诒举|(zhì)上是不同的。7、外消旋、內(nèi)消旋和外消旋化（racemic,meso,378、不對(duì)稱合成、手性合成（asymmetricsynthesis,chiralsynthesis）

不對(duì)稱合成常常也被稱之為手性合成。廣義的不對(duì)稱合成的涵義為，一個(gè)反應(yīng)，其中底物分子整體中的非手性單元由反應(yīng)劑以不等量地生成立體異構(gòu)產(chǎn)物的途徑轉(zhuǎn)化為手性單元。也就是說(shuō)，不對(duì)稱合成是一個(gè)過(guò)程，它將潛手性（prochiral）單元轉(zhuǎn)化為手性單元，使得產(chǎn)生不等量的立體異構(gòu)產(chǎn)物。

一個(gè)成功的不對(duì)稱反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)為：1）高的對(duì)映體過(guò)量（e.e）；2）用于不對(duì)稱反應(yīng)的反應(yīng)劑應(yīng)易于制備并能循環(huán)使用；3）可以制備得到R和S兩種構(gòu)型；4）最好是催化性的合成。迄今，能完成最好的不對(duì)稱合成的反應(yīng)劑可以認(rèn)為是生物催化劑，即自然界中的微生物和酶。8、不對(duì)稱合成、手性合成（asymmetricsynthe389、不對(duì)稱放大、手性合成子和手性助劑（asymmetricamplification,chiralsynthon,chiralauxiliary）

不對(duì)稱放大是指應(yīng)用一種具較低對(duì)映體純度的催化劑或試劑制備具較高對(duì)映體純度的產(chǎn)物的過(guò)程。

手性合成子為一單一對(duì)映體化合物，以其作為起始原料在反應(yīng)過(guò)程中誘導(dǎo)產(chǎn)生所需的手性化合物。

手性助劑為一單一對(duì)映體化合物，其通過(guò)共價(jià)鍵與底物暫時(shí)結(jié)合，在反應(yīng)過(guò)程中誘導(dǎo)出手性，最后再使共價(jià)鍵斷開(kāi)得到單對(duì)映體產(chǎn)物，并回收助劑。9、不對(duì)稱放大、手性合成子和手性助劑（asymmetric3910、立體選擇性反應(yīng)和立體專一性反應(yīng)（stereoselectivereaction,stereospeceficreaction）如果一個(gè)反應(yīng)不管反應(yīng)物的立體化學(xué)如何，生成的產(chǎn)物只有一種立體異構(gòu)體（或有兩種立體異構(gòu)體時(shí)，其中一種異構(gòu)體占?jí)旱箖?yōu)勢(shì)），這樣的反應(yīng)被稱之為立體選擇性反應(yīng)。從立體化學(xué)上有差別的反應(yīng)物給出立體化學(xué)上有差別的產(chǎn)物的反應(yīng)被稱之為立體專一性反應(yīng)。所有的立體專一性反應(yīng)必定是立體選擇性反應(yīng)，但不是所有的立體選擇性反應(yīng)必定是立體專一性反應(yīng)，因?yàn)橛行┓磻?yīng)物是沒(méi)有立體結(jié)構(gòu)特征，而生成物是有立體結(jié)構(gòu)特征的。10、立體選擇性反應(yīng)和立體專一性反應(yīng)（stereosel4011、外消旋體轉(zhuǎn)換（racemicswitch）

即從已知的外消旋體藥物開(kāi)發(fā)單一異構(gòu)體藥物。這對(duì)該品種的原開(kāi)發(fā)商而言可籍此延長(zhǎng)產(chǎn)品的專利保護(hù)期。對(duì)其它廠商而言是一條獲得新產(chǎn)品的捷徑，因?yàn)槠湎鄬?duì)風(fēng)險(xiǎn)小投入少。12、拆分（resolution）

拆分是指將外消旋體分離成旋光體的過(guò)程。外消旋體是由一對(duì)對(duì)映體等量混合而成。對(duì)映體除旋光方向相反外，其它物理性質(zhì)都相同，用一般的物理方法，如蒸餾、重結(jié)晶等不能把一對(duì)對(duì)映體分離開(kāi)來(lái)，必須用特殊的方法才能把它們拆開(kāi)。目前常用的拆分方法主要有下列幾種：11、外消旋體轉(zhuǎn)換（racemicswitch）41化學(xué)拆分法：這個(gè)方法應(yīng)用最廣。其原理是將對(duì)映體轉(zhuǎn)變?yōu)榉菍?duì)映體，然后分離。外消旋體與無(wú)旋光性的物質(zhì)作用并結(jié)合后，仍是外消旋體。但是若使外消旋體與旋光性物質(zhì)作用并結(jié)合后，則原來(lái)的一對(duì)對(duì)映體變成了兩種互不對(duì)映的衍生物。于是外消旋體變成了非對(duì)映體的化合物。這種拆分法最適合于酸或堿的外消旋體的拆分。目前已經(jīng)開(kāi)發(fā)了許多光學(xué)異構(gòu)體分離用的介質(zhì)。生物拆分法：某些微生物或它們所產(chǎn)生的酶。對(duì)于對(duì)映體中的一種異構(gòu)體有選擇性的分解作用。利用微生物或酶的這種性質(zhì)可以從外消旋體中把一種旋光體拆分出來(lái)?；瘜W(xué)拆分法：這個(gè)方法應(yīng)用最廣。其原理是將對(duì)映體轉(zhuǎn)變?yōu)榉菍?duì)映體42誘導(dǎo)結(jié)晶拆分法：在外消旋體的過(guò)飽和溶液中，用一定量的一種旋光體的純晶體作為晶種。由于溶液中這種旋光體的含量較高，且在晶種的誘導(dǎo)下優(yōu)先結(jié)晶析出。將這種結(jié)晶濾出后，則另一種旋光體在濾液中相對(duì)較多。再加入外消旋體制成過(guò)飽和溶液，于是另一種旋光體優(yōu)先結(jié)晶析出。如此反復(fù)進(jìn)行結(jié)晶，就可以把一對(duì)對(duì)映體完全分開(kāi)。選擇吸附拆分法：用某種旋光物質(zhì)作為吸附劑，使之選擇性地吸附外消旋體中的一種異構(gòu)體，以達(dá)到拆分的目的。近年來(lái)開(kāi)發(fā)用于分離光學(xué)異構(gòu)體的擬移動(dòng)床色譜就是根據(jù)這種原理設(shè)計(jì)的。逆流萃取拆分法：在萃取液中使用合適的手性助劑，以逆流萃取的方法可以使外消旋體混合物對(duì)映體得到分離。其它拆分法：近年來(lái)正在不斷開(kāi)發(fā)各種新的對(duì)映體拆分技術(shù)包括所應(yīng)用的設(shè)備的開(kāi)發(fā)。誘導(dǎo)結(jié)晶拆分法：在外消旋體的過(guò)飽和溶液中，用一定量的一種旋光4313.化學(xué)-酶法(chemo-enzymaticmethod)

化學(xué)-酶法即利用酶或微生物細(xì)胞作為催化劑對(duì)化學(xué)合成路線中某一個(gè)手性中間體進(jìn)行不對(duì)稱合成或拆分，再合成光學(xué)純的手性藥物。13.化學(xué)-酶法(chemo-enzymaticmet4425.3手性藥物的通用制造方法與技術(shù)

手性藥物的制造方法和技術(shù)總體上可分為化學(xué)制造技術(shù)和生物制造技術(shù)兩大類。兩者具有一定的互補(bǔ)性，在手性藥物的生產(chǎn)過(guò)程中常交替使用。根據(jù)原料的不同，制造手性藥物的方法主要分為四大類即外消旋體拆分、不對(duì)稱合成、手性源化合物合成和提取法。25.3手性藥物的通用制造方法與技術(shù)手性藥物的451.拆分法

其主要可分為結(jié)晶法拆分、動(dòng)力學(xué)拆分和色譜分離三大類。

結(jié)晶法拆分分為直接結(jié)晶法拆分和非對(duì)映異構(gòu)體結(jié)晶拆分，分別適用于外消旋混合物和外消旋化合物的拆分前者往外消旋混合物的過(guò)飽和溶液中直接加人某一對(duì)映體的晶種，使該對(duì)映體優(yōu)先析出后者是外消旋化合物與另一手性化合物(拆分劑，通常是手性酸或手性堿）作用生成兩種非對(duì)映異構(gòu)體鹽的混合物，然后利用兩種鹽的性質(zhì)差異用結(jié)晶法分離之。

動(dòng)力學(xué)拆分法是利用兩個(gè)對(duì)映體在手性試劑或手性催化劑作用下反應(yīng)速率不同而使其分離的方法。依手性催化劑的不同，動(dòng)力學(xué)拆分又可分為生物催化動(dòng)力學(xué)和化學(xué)催化動(dòng)力學(xué)拆分。前者主要以酶或微生物細(xì)胞為催化劑，后者主要以手性酸，手性堿或手性配體過(guò)渡金屬配合物為催化劑。色譜分離可分為直接法和間接法。直接法又分為手性固定相法和手性流動(dòng)相添加法。其中手性固定相法應(yīng)用較多，己發(fā)展成為噸級(jí)手性藥物拆分的工藝方法。間接法又稱為手性試劑衍生化法，是指外消旋體與一種手性試劑反應(yīng)，形成一對(duì)非對(duì)映異構(gòu)體，再用普通的正相或反相柱分離之。第二十五章手性藥物課件462.不對(duì)稱合成

不對(duì)稱合成是指一個(gè)化合物(底物)中的非手性部分在反應(yīng)劑作用下轉(zhuǎn)化為手性單元，并產(chǎn)生不等量的立體異構(gòu)體的過(guò)程，不對(duì)稱合成的方法粗略地劃分為四代。

一、底物制備法，通過(guò)手性底物中已存在的手性單元進(jìn)行分子內(nèi)誘導(dǎo)從而在底物中產(chǎn)生新的手性單元。

二、輔基制備法，通過(guò)連接在底物上的手性輔基進(jìn)行分子內(nèi)定向誘導(dǎo)而實(shí)現(xiàn)手性制備

三、試劑制備法，是通過(guò)手性試劑直接與非手性底物作用，產(chǎn)生手性產(chǎn)物的方法。

四、催化劑制備法，是使用催化劑誘導(dǎo)非手性底物與非手性試劑反應(yīng)，向手性產(chǎn)物轉(zhuǎn)化。迄今，用于不對(duì)稱合成的最好的反應(yīng)劑當(dāng)屬自然界中的酶，發(fā)展像酶催化體系一樣有效的化學(xué)催化體系是不對(duì)稱合成的重要發(fā)展方向。。第二十五章手性藥物課件473.手性源合成

手性源合成指的是以廉價(jià)易得的天然或合成的手性源化合物為原料，通過(guò)化學(xué)修飾方法將其轉(zhuǎn)化為手性產(chǎn)物的方法。用于制備手性藥物的手性原料主要有三個(gè)來(lái)源：一是自然界中大量存在的手性化合物，如糖類，萜類，生物堿等；二是以大量廉價(jià)易得的糖類為原料經(jīng)微生物發(fā)酵得到的手性化合物，如氨基酸、有機(jī)酸等簡(jiǎn)單手性化合物和抗生素，維生素，激素等復(fù)雜的手性化合物；三是以手性或前手性的化合物為原料化學(xué)合成得到的手性化合物。在手性源合成中，手性源化合物既可能是手性合成子又可能是手性輔劑。若手性源化合物的大部分結(jié)構(gòu)在產(chǎn)物中出現(xiàn)，則該手性源化合物是手性合成子；若其結(jié)構(gòu)在產(chǎn)物中不出現(xiàn)，則該化合物為手性輔劑。

3.手性源合成手性源合成指的是以廉價(jià)易得的天然或合成的484.提取法

在天然產(chǎn)物中，存在大量可直接作為藥物的手性化合物，這些化合物可通過(guò)萃取，沉淀，色譜，結(jié)晶等手段提取得到，用從自然界中分離提取手性化合物的方法生產(chǎn)手性藥物不但產(chǎn)物光學(xué)純度高，并且工藝簡(jiǎn)單，對(duì)含有多個(gè)手性中心的復(fù)雜大分子的制備尤為如此。然而，該法也有其缺陷：首先有些物質(zhì)在自然界中的含量極低其分離純化十分困難；其次，自然界往往只給人們提供一種異構(gòu)體，其它構(gòu)型的異構(gòu)體可能不存在；此外，還有很多手性化合物在自然界根本不存在或尚未被發(fā)現(xiàn)，無(wú)法通過(guò)提取法得到這些物質(zhì)。第二十五章手性藥物課件4925.4手性藥物的生物不對(duì)稱合成原理眾所周知，手性藥物的生物不對(duì)稱合成已成為開(kāi)發(fā)生產(chǎn)手性藥物的高效方法。利用生物不對(duì)稱合成技術(shù)制備手性藥物（關(guān)鍵中間體）的一些實(shí)例請(qǐng)看下表25-3。25.4手性藥物的生物不對(duì)稱合成原理眾所周知，手性藥物的生物50

酶

關(guān)鍵中間體

手性藥物

脂肪酶

抗抑郁藥帕羅西汀

脂肪酶

拆分得到(S)--甲基--乙酰硫代丙酸抗高血壓藥卡托普利

氧化酶

選擇性氧化得到(R)--甲基--羥基丙酸

脂肪酶

拆分得到(2R,3S)-4-甲氧苯基縮水甘油酸甲酯

抗心絞痛和高血壓藥地爾硫卓

脂肪酶

拆分得到手性側(cè)鏈-氨基-N-苯甲?；?(2R,3S)-3-苯基異絲氨酸

拆分得到手性側(cè)鏈-氨基-N-苯甲?；?(2R,3S)-3-苯基異絲氨酸

脂肪酶

拆分消旋體

非甾體消炎藥（S）-奈普生

脂肪酶

拆分消旋體

非甾體抗炎藥（R）-氟比洛芬 酶關(guān)鍵中間體手性藥物脂肪酶抗抑郁藥帕羅西汀脂肪酶51單加氧酶

（R）-3-（對(duì)氯苯基）-4-丁內(nèi)酯

解痙藥(R)-（-）-巴氯酚

-胰凝乳蛋白酶

拆分得到（R）-3-(對(duì)氯苯基)戊二酸甲酯

單加氧酶

（S）-(+)-ε-內(nèi)酯

維生素類藥（R）硫辛酸

單加氧酶

不對(duì)稱醇類的酶法拆分

β-受體阻滯藥美托洛爾、阿替洛爾

氧化酶

將2,5-二甲基吡嗪中兩個(gè)不對(duì)稱甲基中的一個(gè)氧化為羧基

降糖藥格列吡嗪

水解酶

拆分

黃嘌呤氧化酶

抗病毒藥阿昔洛韋

脫氫酶

抗高血壓新藥Omapatrilat、tert-亮氨酸

單加氧酶（R）-3-（對(duì)氯苯基）-4-丁內(nèi)酯解痙藥(R)52腈水解酶

精神振奮藥哌醋甲酯

?；?/p>

氨芐青霉素

D-氨基酸氧化酶和戊二酰-7-ACA?；?/p>

7-ACA

酰基轉(zhuǎn)移酶

Xemilofiban

嘌呤核苷磷酸化酶

抗病毒藥利巴偉林

丙酮酸脫羧酶

L-苯基乙?；状?/p>

抗支氣管藥L-麻黃堿抗感冒和抗過(guò)敏藥D-假麻黃堿氰醇酶

手性氰醇

沙蟲(chóng)劑溴氰菊酯和氯氟胺氰戊菊酯蛋白酶

抗病毒藥abac

D-海因酶

拆分得到(R)-N-氨甲酰-4-羥基苯苷氨酸

脫鹵酶

降血脂藥atorvastatin

腈水解酶精神振奮藥哌醋甲酯?；赴逼S青霉素D-氨基酸53一、生物不對(duì)稱合成及其特點(diǎn)

生物合成是指利用酶或有機(jī)體(細(xì)胞、細(xì)胞器等)作為催化劑實(shí)現(xiàn)化學(xué)轉(zhuǎn)化的過(guò)程。生物合成的本質(zhì)是酶催化合成。迄今，在手性藥物生產(chǎn)中所用的酶主要為蛋白類酶。蛋白類酶的分類如右圖：

氧化還原酶裂合酶異構(gòu)酶合成酶水解酶轉(zhuǎn)移酶蛋白類酶一、生物不對(duì)稱合成及其特點(diǎn)生物合成是指利用酶54生物不對(duì)稱合成具有很多優(yōu)點(diǎn)：首先，反應(yīng)條件溫和其次，催化效率和反應(yīng)速率高再次，選擇性好，對(duì)不需要轉(zhuǎn)化的基團(tuán)無(wú)需保護(hù)；最后，具有很高的對(duì)映體選擇性，可以只生成所需要的對(duì)映體，既節(jié)約資源又減少環(huán)境污染。酶作為生物催化劑也有其缺點(diǎn)：首先有些酶的價(jià)格較高，導(dǎo)致生產(chǎn)成本上升。其次，酶的穩(wěn)定性通常較差，酶催化反應(yīng)的條件必須格控制。再次，許多酶易受底物或產(chǎn)物抑制，當(dāng)?shù)孜锘虍a(chǎn)物濃度較高時(shí)酶將失活。另外，酶是生物大分子，可能會(huì)引起過(guò)敏反應(yīng)。生物不對(duì)稱合成具有很多優(yōu)點(diǎn)：55前景展望：

近年來(lái)，酶工程，基因工程等現(xiàn)代生物工程技術(shù)的發(fā)展使生物合成的優(yōu)勢(shì)得到進(jìn)一步的增強(qiáng)。并使其缺點(diǎn)不斷被克服。例如，應(yīng)用基因工程技術(shù)可以提高酶的生產(chǎn)效率，降低酶的價(jià)格。應(yīng)用蛋白質(zhì)工程能改造酶的結(jié)構(gòu)，改變其底物譜，提高其催化活性，選擇性及穩(wěn)定性。酶固定化技術(shù)不但能夠提高酶的穩(wěn)定性，延長(zhǎng)其使用壽命，使酶能重復(fù)利用，大大降低生產(chǎn)成本，還能通過(guò)固定化方法和載體的選擇調(diào)控其催化性能?？贵w酶技術(shù)能為人們提供滿足實(shí)際應(yīng)用需要的自然界不存在的新酶。前景展望：近年來(lái)，酶工程，基因工程等現(xiàn)代生物56二、非水相生物合成理論早在1913年，Bousquelt等就發(fā)現(xiàn)酶在有機(jī)溶劑中具有一定的催化活性，自1984年Klibanov等報(bào)道了脂肪酶在有機(jī)介質(zhì)中不僅具有極高的熱穩(wěn)定性和較高的催化活性，且同一種酶在不同的有機(jī)溶劑中可以表現(xiàn)出不同的立體選擇性，非水相中生物合成的研究取得了突破性的進(jìn)展。在水相中，生物合成反應(yīng)受到多方面的限制，如疏水性底物溶解度低，產(chǎn)物濃度不能過(guò)高，水相中酶的特異性難以調(diào)節(jié)等。非水相中生物合成有許多突出的優(yōu)點(diǎn)：極大地增加非極性底物在生物合成體系中的溶解度，提高反應(yīng)速率；影響反應(yīng)的熱力學(xué)平衡，能進(jìn)行在水相中不能進(jìn)行的合成反應(yīng)；可簡(jiǎn)單地通過(guò)改變反應(yīng)介質(zhì)而不是酶本身來(lái)提高其選擇性；提高酶的熱穩(wěn)定性；減少水介質(zhì)可能帶來(lái)的副反應(yīng)；簡(jiǎn)化產(chǎn)物分離純化工藝。二、非水相生物合成理論早在1913年，Bousqu57（一）非水介質(zhì)體系

目前，生物合成反應(yīng)中常用的非水介質(zhì)體系主要可歸納為以下幾類：

1.水-有機(jī)溶劑兩相體系

水有機(jī)溶劑兩相體系（aqueous-organicbiphasicsystem）是指由水相和與水不互溶有機(jī)溶劑組成的兩相反應(yīng)體系。常用的有機(jī)溶劑一般為親脂性溶劑，如烷烴，醚和氯代烷烴等。在該兩相體系中，酶溶解于水相，底物和產(chǎn)物溶解于有機(jī)相，酶反應(yīng)的產(chǎn)物進(jìn)入有機(jī)相，減少了逆反應(yīng)的發(fā)生和反饋抑制作用，使反應(yīng)朝著產(chǎn)物合成的方向進(jìn)行。振蕩和攪拌可加快兩相反應(yīng)體系中生物合成反應(yīng)的速度。該兩相體系適用于強(qiáng)疏水性底物(如脂類和烯烴類)的生物轉(zhuǎn)化。水-有機(jī)溶劑兩相體系已成功地用于疏水性底物（如甾體）的生物轉(zhuǎn)化。

（一）非水介質(zhì)體系582.水不互溶有機(jī)溶劑單相體系

水不互溶有機(jī)溶劑單相體系(monophasicorganicsolution)是指用與水不互溶的有機(jī)溶劑取代水作為反應(yīng)介質(zhì)的體系。水不互溶有機(jī)溶劑單相體系廣泛用于生物催化的合成反應(yīng)，如肽合成等。3．反相膠束體系

反相膠束體系是表面活性劑與少量水存在的有機(jī)溶劑體系。表面活性劑分子由疏水性尾部和親水性頭部?jī)刹糠纸M成，在含水有機(jī)溶劑中，它們的疏水性尾部與有機(jī)溶劑接觸，而親水性頭部形成極性內(nèi)核，從而組成一個(gè)反相膠束，水分子聚集在反膠束內(nèi)核中形成"小水池”，里面容納了酶分子，這樣酶被限制在含水的微環(huán)境中，而底物和產(chǎn)物可以自由進(jìn)出膠束。表面活性劑可以是陽(yáng)離子型、陰離子型或非離于型。2.水不互溶有機(jī)溶劑單相體系水不互溶有機(jī)溶劑單相體系(59

作為反應(yīng)介質(zhì)，反相膠束體系具有以下優(yōu)點(diǎn)：①組成的靈活性。②熱力學(xué)穩(wěn)定性和光學(xué)透明性。③反相膠束有非常高的界面積/體積比。④反相膠束的相特性隨溫度而變化。

反相膠束中的酶催化反應(yīng)可用于輔酶再生、外消旋體拆分，肽和氨基酸合成和高分子材料合成。作為反應(yīng)介質(zhì)，反相膠束體系具有以下優(yōu)點(diǎn)：60

4.水互溶有機(jī)溶劑單相體系

單相水-有機(jī)溶劑體系(monophasicaqueous-organicsolution)是指由水和與水互溶的有機(jī)溶劑組成的單相反應(yīng)體系，酶、底物、產(chǎn)物均能溶解于該體系中。常用的有機(jī)溶劑是二甲基亞砜(DMSO)、丙酮，低級(jí)醇和多元醇等。一般水互溶有機(jī)溶劑的量可達(dá)總體積的10%，在一些特殊情況下，可高達(dá)50%~70%。少數(shù)穩(wěn)定性很高的酶，如脂肪酶，在只含有極少量水的水互溶有機(jī)溶劑中也能保持其催化活性。該體系可用于糖類等物質(zhì)的生物轉(zhuǎn)化。

4.水互溶有機(jī)溶劑單相體系

單相水-有機(jī)溶劑615.超臨界流體體系

超臨界流體體系就是使用超臨界流體(SuperCriticalFluid)，如超臨界二氧化碳，氟里昂CF3H，等作為酶催化反應(yīng)的介質(zhì)。超臨界流體的物理性質(zhì)介于氣體和液體之間，它兼具氣體的高擴(kuò)散系數(shù)，低黏度，低表面張力和液體的高密度的特性，可通過(guò)改變反應(yīng)器的溫度和壓力來(lái)調(diào)控酶的活性和選擇性，實(shí)現(xiàn)生物合成反應(yīng)與產(chǎn)物分離的偶聯(lián)。

常用的超臨界流體為超臨界二氧化碳，其優(yōu)點(diǎn)是無(wú)毒，不可燃，價(jià)格便宜，來(lái)源廣泛，無(wú)環(huán)境污染問(wèn)題，臨界溫度和壓力較低。超臨界二氧化碳體系也有一定的局限性，如酶活性不高，極性底物溶解度低等?？赏ㄟ^(guò)添加共溶劑，如甲醇，乙醇等提高疏水性底物在超臨界二氧化碳中的溶解度。5.超臨界流體體系超臨界流體體系就是使用626.無(wú)溶劑體系

無(wú)溶劑體系是指一類無(wú)其它有機(jī)溶劑，只含有底物和酶的反應(yīng)體系，此類反應(yīng)體系底物濃度高，反應(yīng)速率快，無(wú)需分離反應(yīng)介質(zhì)，分離純化工藝簡(jiǎn)單；同時(shí)，無(wú)溶劑體系不需要使用其它有機(jī)溶劑，既降低了生產(chǎn)成本，又減少了有機(jī)溶劑對(duì)環(huán)境的污染，是一種綠色反應(yīng)體系。

無(wú)溶劑體系主要用于熔點(diǎn)較低，在酶的最適溫度下呈液態(tài)的底物的生物轉(zhuǎn)化，如酶催化油脂的轉(zhuǎn)酯反應(yīng)。7.離子液體系

離子液(ionicliquid)是由有機(jī)陽(yáng)離子和無(wú)機(jī)或有機(jī)陰離子構(gòu)成的低熔點(diǎn)鹽類在室溫或近室溫下呈液態(tài)。其蒸氣壓力低，低揮發(fā)性，高(熱、化學(xué))穩(wěn)定性及對(duì)環(huán)境友好等分子溶劑不可比擬的特性，故被稱為綠色溶劑(greensolvent)。

6.無(wú)溶劑體系無(wú)溶劑體系是指一類無(wú)其它有機(jī)63

與傳統(tǒng)的有機(jī)溶劑相比，離子液另一些突出的優(yōu)點(diǎn)是：易溶解極性強(qiáng)的底物如碳水化合物；揮發(fā)性的產(chǎn)物易分離；(生物)催化劑易回收重復(fù)利用。目前常用的離子液主要是由咪唑類或吡啶類陽(yáng)離子和一系列陰離子如四氟硼酸，六氟磷酸等組成的，如1-烷基-3-甲基咪唑六氟磷酸。以離子液替代有機(jī)溶劑作為綠色反應(yīng)介質(zhì)用于生物合成與生物轉(zhuǎn)化已經(jīng)成為一個(gè)嶄新的研究領(lǐng)域，為溶劑工程應(yīng)用于生物合成過(guò)程提供了新的可能和機(jī)遇，具有相當(dāng)誘人的應(yīng)用前景。

64（二）非水介質(zhì)中酶的存在形式

酶的形式對(duì)其在非水介質(zhì)中的催化特性具有重要的影響。在非水介質(zhì)中，酶主要以酶粉，固定化酶，交聯(lián)酶體，化學(xué)修飾酶，包衣酶，酶-表面活性劑離子對(duì)等幾種形式存在。

1.酶粉

將凍干的酶粉直接分散在有機(jī)溶劑中進(jìn)行催化反應(yīng)，是最簡(jiǎn)單也是最早使用的方法。酶在有機(jī)溶劑中仍能較好地保持其活性與其表面存在一定量的“必需水”有關(guān)。冷凍干燥得到的酶粉，其表面也結(jié)合有一定量的水，將其直接分散于非極性或弱極性有機(jī)溶劑中，或添加少量水后，酶就能呈現(xiàn)出一定的催化活性。（二）非水介質(zhì)中酶的存在形式酶的形式對(duì)其在65

2．固定化酶

將酶固定化于適宜的載體上可增強(qiáng)酶在非水介質(zhì)中穩(wěn)定性，反應(yīng)后固定化酶易從介質(zhì)中分離，并可重復(fù)使用。酶的固定化方法主要有吸附法、交聯(lián)法、包埋法和結(jié)合法四種。用于有機(jī)介質(zhì)中的固定化酶常用吸附法制備，這是由于此法較為溫和，酶活損失小，且在有機(jī)介質(zhì)中酶分子不易從固定化載體上脫落下來(lái)。常用的載體包括硅藻土，分子篩，聚丙烯等。利用固定化酶的生物合成過(guò)程更易于工業(yè)化。3.酶-表面活性劑離子對(duì)

酶能與離子型表面活佳劑分子相互作用，形成疏水性的酶-表面活性劑離子對(duì)，增加酶在有機(jī)介質(zhì)中的溶解性。與表面活性劑包衣酶相比，可降低表面活性劑的用量，減少表面活性劑對(duì)酶催化反應(yīng)及產(chǎn)物分離過(guò)程的影響。2．固定化酶將酶固定化于適宜的載體上可增強(qiáng)酶在非水介664．交聯(lián)酶晶體

交聯(lián)酶晶體(CLEC)技術(shù)將酶結(jié)晶技術(shù)和化學(xué)交聯(lián)技術(shù)結(jié)合起來(lái)，以制備能耐受極端反應(yīng)條件，在非水介質(zhì)中穩(wěn)定的酶制劑。CLEC制備過(guò)程包括酶的分批結(jié)晶和酶晶體的化學(xué)交聯(lián)兩個(gè)主要步驟?？赏ㄟ^(guò)控制分批結(jié)晶條件(如結(jié)晶溫度，pH，沉淀劑濃度，投晶種的量及速度，攪拌強(qiáng)度等)制得晶粒大小適宜且均一的酶晶體。交聯(lián)酶晶體已成功應(yīng)用于手性化合物的動(dòng)力學(xué)拆分和不對(duì)稱合成中。5.化學(xué)修飾酶酶的化學(xué)修飾是通過(guò)化學(xué)方法將具有某種特性的功能基團(tuán)共價(jià)連接到酶分子的氨基酸殘基上，以改善酶在有機(jī)介質(zhì)中的溶解性，活性，穩(wěn)定性，作用專一性和其它特性。

4．交聯(lián)酶晶體交聯(lián)酶晶體(CLEC)技術(shù)將酶結(jié)晶技術(shù)和67

化學(xué)修飾一般不改變酶的最適反應(yīng)條件，對(duì)酶的底物選擇性和對(duì)映體選擇性等的影響也很有限。將酶的化學(xué)修飾與固定化結(jié)合起來(lái)，可提高酶的催化效果。

6．包衣酶

包衣酶是利用含有多個(gè)烴基的非離子型表面活性劑的親水部分與酶分子表面的氨基酸殘基間的氫鍵作用，使表面活性劑與酶分子連接在一起，表面活性劑分子的親水部分向內(nèi)，疏水部分向外覆蓋在酶分子表面，對(duì)酶分子進(jìn)行“包衣”。包衣后的酶分子受到表面活性劑的保護(hù)，避免了因與有機(jī)溶劑直接接觸而導(dǎo)致的失活。

68（三）非水介質(zhì)中酶的特性

1．酶的活性

在非水介質(zhì)中，酶的催化活性一般要比水中低2～6個(gè)數(shù)量級(jí)，但也有一些例外，如在反膠束體系中，過(guò)氧化物酶的活性約為水中的100倍。以下方法可在不同程度上提高非水介質(zhì)中酶的活性。

（1）酶凍干時(shí)加入添加劑

加入賦形劑、凍干保護(hù)劑可減少酶在凍干過(guò)程中的可逆變性。在欲凍干的酶溶液中加入大量的無(wú)機(jī)鹽或有機(jī)鹽，凍干后的酶粉在非水介質(zhì)中的活性顯著提高，該現(xiàn)象被稱為鹽激活。

(2)酶的固定化或修飾。將酶固定化于多孔載體可以提高酶的活性。酶的化學(xué)修飾也是提高非水相中酶活性的一種好方法。

(3)酶的蛋白質(zhì)工程

通過(guò)基因操作改變酶蛋白的氨基酸序列或蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，從而改變酶的催化特性。通過(guò)蛋白質(zhì)工程可構(gòu)建在非水相中更加穩(wěn)定，活力更高的酶

（三）非水介質(zhì)中酶的特性1．酶的活性在非水介質(zhì)中，酶69(4)調(diào)整反應(yīng)體系的水活度

非水介質(zhì)中水活度的大小直接影響酶的活性。因此可通過(guò)調(diào)整反應(yīng)體系中的水活度來(lái)提高酶的活性。5)超聲波處理

對(duì)酶進(jìn)行適宜強(qiáng)度的超聲輻照，是提高非水介質(zhì)中酶催化活性的一種行之有效的方法。超聲波處理對(duì)有機(jī)相酶反應(yīng)的促進(jìn)作用與超聲強(qiáng)度，有機(jī)介質(zhì)種類及有機(jī)介質(zhì)中的水含量都有關(guān)系。

(6)介質(zhì)工程

通過(guò)改變反應(yīng)介質(zhì)來(lái)調(diào)控酶的催化特性的方法稱之為介質(zhì)工程。。(7)反應(yīng)介質(zhì)中加入添加劑

在反應(yīng)介質(zhì)中加入一些添加劑如表面活性劑，無(wú)機(jī)鹽等可顯著提高酶的活性。第二十五章手性藥物課件702.酶的選擇性

高選擇性是酶催化合成的一個(gè)重要特點(diǎn)。研究發(fā)現(xiàn)溶劑對(duì)酶的對(duì)映體選擇性有極大的影響，甚至可以使其發(fā)生反轉(zhuǎn)。酶的區(qū)域選擇性和化學(xué)選擇性也可以通過(guò)溶劑來(lái)調(diào)控。用于提高酶反應(yīng)選擇性的方法很多，主要有篩選高選擇性的酶，純化酶，用有機(jī)溶劑處理酶，調(diào)整反應(yīng)體系中的水活度，加入化學(xué)添加劑，改變反應(yīng)溫度，使用分子印跡技術(shù)，改造酶蛋白，選擇適宜的pH等。另外，選用不同有機(jī)溶劑作反應(yīng)介質(zhì)(介質(zhì)工程)和改變底物類型與濃度(底物工程)等對(duì)于提高酶的選擇性也非常有效。2.酶的選擇性高選擇性是酶催化合成的一個(gè)重要特713.酶的穩(wěn)定性

許多酶在非水介質(zhì)中比其在水中穩(wěn)定。核糖核酸酶，細(xì)胞色素氧化酶，胰凝乳蛋白酶和溶菌酶等在有機(jī)溶劑中的熱穩(wěn)定性均比在水中好。這是因?yàn)橛袡C(jī)溶劑能增強(qiáng)酶構(gòu)象的剛性。反應(yīng)介質(zhì)中含適量的離子液可大大提高酶的穩(wěn)定性，這是由于離子液和酶蛋白的電荷作用有助于增強(qiáng)酶的剛性結(jié)構(gòu)。提高非水介質(zhì)中酶穩(wěn)定性的方法主要包括酶的固定化，酶的化學(xué)修飾，選擇適宜的反應(yīng)體系和反應(yīng)條件，蛋白質(zhì)的改造等。3.酶的穩(wěn)定性許多酶在非水介質(zhì)中比其在水中穩(wěn)724.pH記憶和分子印跡

酶分子的電離狀態(tài)是影響酶催化特性的一個(gè)重要因素。只有處在適當(dāng)?shù)膒H環(huán)境中，酶分子才能獲得適宜的離子狀態(tài)。由于在有機(jī)介質(zhì)中質(zhì)子化和去質(zhì)子化作用難以進(jìn)行，酶分子將保持其在水溶液中的電離狀態(tài)，即酶能"記住"它最后所處的水溶液的pH，這就是所謂的“pH”記憶。

分子印跡技術(shù)是以某種方式改變酶的臨界態(tài)，從而改變其催化活性和選擇性。分子印跡技術(shù)已成功地應(yīng)用于非水介質(zhì)中的酶反應(yīng)。4.pH記憶和分子印跡酶分子的電離狀態(tài)是影響酶催73（四）影響非水介質(zhì)中生物合成反應(yīng)的主要因素1.水活度水是酶發(fā)揮催化作用的必需條件。水活度的定義為：在一定的溫度和壓力下，反應(yīng)體系中水的分壓與純水的蒸汽壓之比。通常，可采用飽和鹽溶液氣相平衡法和添加水合鹽對(duì)等方法調(diào)控反應(yīng)體系的水活度。飽和鹽溶液氣相平衡法是根據(jù)在一定的溫度下一些鹽的飽和的水活度恒定的原理，通過(guò)飽和鹽溶液與反應(yīng)體系的氣相平衡，達(dá)到酶反應(yīng)所需的水活度的方法，添加水合鹽的方法是根據(jù)一對(duì)無(wú)機(jī)鹽水合物（同種鹽的高水合物和低水合物）共存時(shí)水活度一定的原理，把一對(duì)無(wú)機(jī)鹽水合物添加到有機(jī)溶劑中直接作為水活度的緩沖劑的方法。（四）影響非水介質(zhì)中生物合成反應(yīng)的主要因素1.水活度742.有機(jī)溶劑

有機(jī)溶劑作為反應(yīng)介質(zhì)，是影響非水相酶催化反應(yīng)的一個(gè)重要因素。它可通過(guò)以下幾種方式影響酶催化反應(yīng)。(1)改變低物、產(chǎn)物的濃度(2)與酶的必需水作用。(3)直接作用于酶分子(4)改變能級(jí)狀態(tài)3.反應(yīng)介質(zhì)的pH

反應(yīng)介質(zhì)的pH是影響非水相酶反應(yīng)的重要因素之一。pH影響著酶的離子化狀態(tài)，進(jìn)而影響酶的催化特性。當(dāng)酶微環(huán)境的pH為酶的最適pH時(shí)，酶的活力最高。2.有機(jī)溶劑有機(jī)溶劑作為反應(yīng)介質(zhì)，是影響非水相酶催化反754．溫度

在一定的溫度范圍內(nèi)，隨著反應(yīng)溫度的升高，底物的能量增加，單位時(shí)間內(nèi)有效碰撞頻率增加，酶的反應(yīng)速率加快。另外，當(dāng)溫度超過(guò)一定的范圍，隨著溫度的升高，酶蛋白的變性失活加劇，酶反應(yīng)速率下降。因而存在一最適溫度，在該溫度下，酶的活性最大。

溫度對(duì)酶反應(yīng)的選擇性也有一定的影響。如醇腈酶催化HCN與酮/醛的羰基不對(duì)稱加成反應(yīng)的對(duì)映體選擇性通常隨著反應(yīng)溫度的升高而下降。4．溫度在一定的溫度范圍內(nèi)，隨著反應(yīng)溫度的升高765．鹽激活

鹽激活是指在酶凍干時(shí)加人一些簡(jiǎn)單的無(wú)機(jī)鹽來(lái)提高酶在非水介質(zhì)中催化活性的方法。

鹽激活不僅可大大提高酶活性，還可改變酶的催化選擇性。Hsu等首次發(fā)現(xiàn)了可通過(guò)改變凍干時(shí)間，鹽濃度等來(lái)調(diào)控枯草桿菌蛋白酶的對(duì)映體選擇性。例如，與未經(jīng)鹽激活的酶相比，鹽激活的枯草桿菌蛋白酶在有機(jī)介質(zhì)中的對(duì)殃體選擇性提高了30%。這是因?yàn)辂}使酶的構(gòu)象發(fā)生改變，使得酶更易于與優(yōu)勢(shì)對(duì)映體鍥合。5．鹽激活鹽激活是指在酶凍干時(shí)加人一些簡(jiǎn)單的無(wú)776.添加劑

在非水介質(zhì)中加入添加劑也可以調(diào)控酶催化反應(yīng)的活性和選擇性。常見(jiàn)的的添加劑為β-環(huán)糊精，冠醚，鈣離子，牛黃膽酸鹽及表面活性劑。例如，Wu等在研究脂肪酶催化脂水解反應(yīng)中發(fā)現(xiàn)在反應(yīng)體系中加入一些膽汁鹽可以提高酶反應(yīng)的選擇性。金屬離子可與酶蛋白分子上氨基酸殘基相連，穩(wěn)定酶的構(gòu)象，從而改變酶的催化活性。還可清除界面上產(chǎn)生的脂肪酸對(duì)酶的抑制作用，對(duì)酶產(chǎn)生激活作用。另Ca2+、Mn2+能提高有機(jī)相中脂肪酶催化酯氨解反應(yīng)的活性。

6.添加劑在非水介質(zhì)中加入添加劑也可以78三、制造手性藥物的生物不對(duì)稱合成途徑

用于手性藥物及其中間體制造的生物合成途徑很多，以下介紹較常用的幾類：

（一）氧化反應(yīng)氧化反應(yīng)是向有機(jī)化合物分子中引入功能基團(tuán)的重要反應(yīng)之一，其在手性藥物的合成中具有重要的作用。催化氧化反應(yīng)的酶主要有單加氧酶、雙加氧酶、氧化酶和脫氫酶。生物催化的氧化反應(yīng)的主要類型如下：

1．單加氧酶（mono-oxygenases）催化的氧化反應(yīng)單加氧酶主要有細(xì)胞色素P450類單加氧酶以及黃素類單加氧酶，前者以鐵卟啉為輔基，后者以黃素為輔基。單加氧酶催化氧分子中的一個(gè)氧原子加入到底物分子中，另一個(gè)氧原子使還原型輔酶NADH或NADPH氧化變成NAD或NADP并產(chǎn)生水。單加氧酶可催化烷烴，芳香烴化合物的羥化，烯烴的環(huán)氧化、含雜原子化合物中雜原子的氧化以及酮的氧化等反應(yīng)，且反應(yīng)的立體選擇性較高。三、制造手性藥物的生物不對(duì)稱合成途徑79由于許多單加氧酶結(jié)合在細(xì)胞膜上，且其催化功能依賴于輔助因子，由其催化的制備性氧化反應(yīng)常采用完整細(xì)胞作為催化劑。例如，假絲酵母屬，假單胞菌屬微生物細(xì)胞均能催化異丁酸不對(duì)稱羥化產(chǎn)生可用于合成維生素、抗生素的具光學(xué)活性的β-羥基異丁酸。由于許多單加氧酶結(jié)合在細(xì)胞膜上，且其催化功能依賴于輔助因子，80

2．雙加氧酶（dioxygenases）催化的氧化反應(yīng)

雙加氧酶催化氧分子的兩個(gè)氧原子加入到同一底物分子中。常見(jiàn)的雙加氧酶有脂氧酶，過(guò)氧化物酶等，可催化烯烴的氫過(guò)氧化反應(yīng)，芳烴的雙羥基化反應(yīng)等。3．氧化酶和脫氫酶催化的氧化反應(yīng)

氧化酶催化底物脫氫，脫下的氫與氧結(jié)合生成水或者過(guò)氧化氫。常見(jiàn)的氧化酶有黃素蛋白氧化酶、血紅素蛋白氧化酶等，其催化的反應(yīng)在手性合成中應(yīng)用較少。

脫氫酶可催化氧化和還原雙向可逆反應(yīng)。在底物為還原態(tài)，輔酶為氧化態(tài)NAD（P）+時(shí)催化氧化反應(yīng)為主。其機(jī)理是催化底物脫氫，脫下來(lái)的氫與NAD（P）+結(jié)合。脫氫酶催化的氧化反應(yīng)具有高度的立體選擇性。例如，馬肝醇脫氫酶(HLADH)可催化外消旋醇對(duì)映選擇性地氧化而使之得以拆分。2．雙加氧酶（dioxygenases）催化的氧化反81（二）還原反應(yīng)

氧化還原酶類可催化酮或者醛、羰基以及潛手性烯烴的不對(duì)稱還原，使?jié)撌中缘孜镛D(zhuǎn)化為手性產(chǎn)物。在酶促底物加氫的同時(shí)，還原型輔酶轉(zhuǎn)化為氧化型輔酶。由于輔酶一般不太穩(wěn)定；且價(jià)格昂貴，能否將輔酶再生循環(huán)使用，即將氧化型輔酶轉(zhuǎn)變?yōu)檫€原型輔酶就成為制約該反應(yīng)工業(yè)應(yīng)用的重要因素。目前主要通過(guò)在反應(yīng)過(guò)程中添加輔助性底物(底物偶聯(lián)法)、利用兩個(gè)平行氧化還原酶系統(tǒng)(酶的偶聯(lián)法)以及完整細(xì)胞還原體系等實(shí)現(xiàn)輔酶再生。（二）還原反應(yīng)82脫氫酶催化的還原反應(yīng)如下：脫氫酶催化的還原反應(yīng)如下：83

（三）水解反應(yīng)及其逆反應(yīng)

在手性藥物及其中間體的制備中應(yīng)用最為廣泛的水解反應(yīng)及其逆反應(yīng)主要有酯水解、腈水解、環(huán)氧化合物水解、酰胺水解、酯化，酰胺化等。幾種常見(jiàn)的水解反應(yīng)途徑如下：（三）水解反應(yīng)及其逆反應(yīng)84第二十五章手性藥物課件85

1.酯水解

酯水解反應(yīng)可用于不同結(jié)構(gòu)的外消旋酯的拆分，得到對(duì)映體純的酯、酸和醇。催化酯水解反應(yīng)的酶主要有脂肪酶，酯酶和蛋白酶。脂肪酶也稱甘油三酯水解酶，它能催化天然底物油脂的水解及其它酯類，如羧酸酯，硫酯等的水解，還能催化酯合成，酯酸解，酯醇解，酯氯解等反應(yīng)，并且具有較高的立體選擇性，因此在手性合成中發(fā)揮重要的作用。常用的脂肪酶主要有豬胰腺脂肪酶，假絲酵母屬脂肪酶，假單胞菌屬脂肪酶和毛酶屬脂肪酶.不同來(lái)源的脂肪酶，其氨基酸殘基的數(shù)量從270~641個(gè)不等，且疏水性氨基酸殘基比親水性氨基酸殘基多。1.酯水解酯水解反應(yīng)可用于不同結(jié)構(gòu)的外消86

脂肪酶的氨基酸序列大不相同，但有一個(gè)共同的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，即含有β折疊的核和三元復(fù)合物，這個(gè)復(fù)合物由Asp-His-Ser或His-Ser-Glu組成。研究表明，組氨酸(His)和絲氨酸(Ser)是酶活性部位的必需氨基酸殘基。其活性部位的三元復(fù)合物與其它氨基酸在脂肪酶分子的中己形成的一個(gè)疏水性“套子”，表面是一個(gè)由疏水作用和靜電作用所穩(wěn)定的螺旋片段組成的“蓋”或“罩”，它覆蓋著脂肪酶的活性部位，不同脂肪酶其“蓋”或“罩”的結(jié)構(gòu)不同，導(dǎo)致其催化特性的不同。研究開(kāi)發(fā)不同種類的脂肪酶可擴(kuò)展其在手性合成中的應(yīng)用。

872．腈水解反應(yīng)

在有機(jī)合成中，腈可進(jìn)一步轉(zhuǎn)化成酰胺和羧酸。酶促腈水解的優(yōu)勢(shì)：溫和的反應(yīng)條件，高選擇性，產(chǎn)物純度高，無(wú)副產(chǎn)物及鹽、金屬類廢物。酶促腈水解有兩條途徑：其一，通過(guò)腈水合酶轉(zhuǎn)化為酰胺，再由酰胺酶催化其水解為相應(yīng)的羧酸；其二，由腈水解酶直接催化其水解為羧酸。腈的酶法水解已被廣泛應(yīng)用于光學(xué)活性氨基酸，酰胺，羧酸及其衍生物的合成。最著名的工業(yè)用腈轉(zhuǎn)換酶是從RhodococcusrhodochrousJ1菌株中發(fā)現(xiàn)的腈水合酶，該酶作為第三代生物催化劑被用于從丙烯腈轉(zhuǎn)化成塑料單體丙烯酰胺的大規(guī)模生產(chǎn)。2．腈水解反應(yīng)883．環(huán)氧化物水解

環(huán)氧化物能與許多親核試劑發(fā)生反應(yīng)。用化學(xué)法制備環(huán)氧化物的選擇性不高。通過(guò)環(huán)氧化物水解酶選擇性水解環(huán)氧化物，可制備所需構(gòu)型的環(huán)氧化物。環(huán)氧化物水解酶廣泛存在于哺乳動(dòng)物，植物，昆蟲(chóng)，絲狀真菌等中。環(huán)氧化物水解酶將芳香烴經(jīng)單加氧酶催化氧化得到的、具有致畸、致癌作用的芳烴環(huán)氧化物水解為生物惰性的反式1，2-二醇，后者可被生物體進(jìn)一步分解代謝和排泄。在細(xì)菌中環(huán)氧化物水解酶也具有解毒的功能，并在細(xì)菌利用烯烴作為碳源中扮演著關(guān)鍵角色。烯烴經(jīng)單加氧酶催化氧化為環(huán)氧化物，環(huán)氧化物可被環(huán)氧化物水解酶水解為相應(yīng)的1，2-二醇，后者進(jìn)一步被氧化降解，或被二醇脫水酶催化發(fā)生脫水消除反應(yīng)生成醛。3．環(huán)氧化物水解環(huán)氧化物能與許多親核試劑發(fā)生反應(yīng)。用化894.酰胺水解，酰胺水解是制備廣泛用于手性藥物合成的光學(xué)活性氨基酸的重要途徑。常用于催化酰胺水解的酶主要有氨基酰胺酶，氨基?；?，乙內(nèi)酰脲酶等。

氨基酰胺酶又稱氨肽酶，存在于動(dòng)物腎臟、胰腺和多種微生物，能催化外消旋氨基酸酰胺不對(duì)稱水解生產(chǎn)L-氨基酸，L-氨基酸和未水解的D-氨基酰胺的溶解度不同，可據(jù)此分離得到光學(xué)純度較高的L-氨基酸和D-氨基酸。氨基酰胺酶可催化不同結(jié)構(gòu)的酰胺水解。為提高拆分過(guò)程產(chǎn)率，可通過(guò)堿性條件下酰胺與苯甲醛形成酰胺的Schiff堿，達(dá)到此目的。

4.酰胺水解，酰胺水解是制備廣泛用于手性藥物合成的905．酰胺化反應(yīng)

酶促酯氨解反應(yīng)的機(jī)理為：酶活性中心絲氨酸殘基中的羥基親核進(jìn)攻酯中的羰基碳，形成酶-?；虚g體，之后親核試劑氨、胺或者肼進(jìn)攻酶-?；虚g體，形成產(chǎn)物酰胺，酶同時(shí)恢復(fù)其原形。所形成的產(chǎn)物酰胺廣泛應(yīng)用手性藥物的合成。以叔丁醇為反應(yīng)介質(zhì)，以氯化銨釋放出的氨作氨源，堿性蛋白酶能催化氨基酸酯和肽酯的不對(duì)稱氨解反應(yīng)，得到光學(xué)活性的氨基酸酰胺和肽酰胺。

第二十五章手性藥物課件916．酯化反應(yīng)

酯化，不可能在水介質(zhì)中發(fā)生的反應(yīng)，可在非水介質(zhì)中被多種酶(如脂肪酶，蛋白酶等)催化。該反應(yīng)在有機(jī)合成中特別有用，可催化不同類型的有機(jī)化合物的酯化，并具有高度立體選擇性。

脂肪酶還能催化非天然的有機(jī)硅醇與脂肪酸的酯化。例如，在有機(jī)溶劑中，脂肪酶能催化外消旋I-三甲基硅乙醇與不同有機(jī)酸的酯化反應(yīng)，反應(yīng)的對(duì)映體選擇性因酸結(jié)構(gòu)的不同而異。在非水介質(zhì)中，酶還能催化酯交換反應(yīng)和酯醇解反應(yīng)。酶促酯交換反應(yīng)在外消旋體的動(dòng)力學(xué)拆分中的應(yīng)用較少。第二十五章手性藥物課件92

促酯醇解反應(yīng)廣泛用于不同結(jié)構(gòu)的光學(xué)活性化合物的制備。脂肪酶催化醇與既為酰基供體又是反應(yīng)介質(zhì)的乙酸乙酯不對(duì)稱乙?；磻?yīng)，是在非水介質(zhì)中進(jìn)行的酶催化反應(yīng)的最早例子之一。該反應(yīng)具有廣泛的用途，例如，被用于羥基酯的環(huán)化作用，即內(nèi)酯化作用，以合成大環(huán)內(nèi)酯。通過(guò)有機(jī)介質(zhì)中酶催化消旋酯的不對(duì)稱醇解反應(yīng)可進(jìn)行酯的動(dòng)力學(xué)拆分，達(dá)到制備高光學(xué)純度酯的目的。例如，用酶催化外消旋I型酯、II型酯與正丁醇的醇解反應(yīng)是一個(gè)簡(jiǎn)單實(shí)用的制備光學(xué)純的I型酯、II型酯方法。

93（四）裂合反應(yīng)

裂合酶能夠催化含有C-C、C-N、C-O等鍵的化合物分裂為兩種化合物及其逆反應(yīng)，常用的有醛縮酶，脫羧酶，水合酶，氰醇裂解酶(又名醇腈酶)等。

醛縮酶能不對(duì)稱催化作為供體的親核性酮與作為受體的親電性醛的不對(duì)稱加成，形成C-C鍵，并能使醛的碳鏈延長(zhǎng)2~3個(gè)碳單位，該反應(yīng)可逆向并且立體選擇性可控，在有機(jī)合成中很有用，常用于糖（如氨基糖等）的合成。根據(jù)醛縮酶的來(lái)源和作用機(jī)制可將醛縮酶分為I型醛縮酶和II型醛縮酶。

（四）裂合反應(yīng)裂合酶能夠催化含有C-C、C-N、C-O94

I型醛縮酶來(lái)源于高等植物和哺乳動(dòng)物，不需要金屬離子作為輔酶，反應(yīng)機(jī)理是親核性底物（供體）通過(guò)共價(jià)鍵與酶分子中的賴氨酸ε-氨基結(jié)合，形成Schiff堿而被活化，它不對(duì)稱親核進(jìn)攻親電性底物（受體底物）醛分子中的羰基。最后，Schiff堿水解釋放出具有兩個(gè)手性中心的產(chǎn)物和游離酶。酶的立體選擇性決定產(chǎn)物是蘇式還赤式構(gòu)型。

II型醛縮酶來(lái)源于細(xì)菌和真菌，需要金屬離子為輔酶，一般為Zn2+。II型醛縮酶催化反應(yīng)時(shí)，親核性底物(供體)在酶分子的組氨酸殘基參與下轉(zhuǎn)變?yōu)橄┐冀Y(jié)構(gòu)，從而增加了供體底物的親核性。而另一底物醛(受體)與活性中心Zn2+形成配位鍵，提高了受體底物的親電性，從而有利于醛醇縮合反應(yīng)的進(jìn)行。在不同的反應(yīng)機(jī)理中，醛縮反應(yīng)產(chǎn)物的立體構(gòu)型主要由酶分子所決定，與底物結(jié)構(gòu)關(guān)系不大。因此，新生C-C鍵中碳原子的構(gòu)型可以通過(guò)選擇不同的酶而加以控制。

9525.5典型手性藥物制造技術(shù)及工藝

生物催化劑為高度手性的催化劑，其催化優(yōu)點(diǎn)，如，能在溫和的條件下發(fā)揮催化作用，減少在化學(xué)過(guò)程中常出現(xiàn)的異構(gòu)化，外消旋化等問(wèn)題；且催化效率高；具有高度的立體選擇性，反應(yīng)產(chǎn)物的e.e.有時(shí)可達(dá)100%；環(huán)境污染小。因此生物催化法是制備手性藥物的有效途徑之一。目前，手性新藥的開(kāi)發(fā)，通常采用化學(xué)-酶法(chemo-enzymaticmethod)即利用酶或微生物細(xì)胞作為催化劑對(duì)化學(xué)合成路線中某一個(gè)手性中間體進(jìn)行不對(duì)稱合成或拆分，再用其合成光學(xué)純的手性藥物。25.5典型手性藥物制造技術(shù)及工藝生物96一、2-受體激動(dòng)劑，支氣管擴(kuò)張藥物（R,R）-福莫特羅的制備

目前臨床應(yīng)用的2-受體激動(dòng)劑，支氣管擴(kuò)張藥物福莫特羅（formoterol）為外消旋體。研究表明，不同的異構(gòu)體其藥理活性不同，(R,R)-立體異構(gòu)體具有正常的藥理作用。應(yīng)用酶促拆分的方法可以獲得制備（R,R）-福莫特羅的關(guān)鍵中間體：用洋蔥假單胞菌脂肪酶PS-30酶促酰化外消旋體醇化合物12，得期望的未反應(yīng)產(chǎn)物（R）-11（得率為46%）；用Candidaantarctica脂肪酶拆分外消旋體化合物14，得到期望的產(chǎn)物（R）-15R）。最后，通過(guò)化學(xué)反應(yīng)，將關(guān)鍵中間體（R）-11和（R）-15縮合，得到終產(chǎn)