手性藥物的制備

手性藥物的制備摘要手性化合物對映異構(gòu)體進(jìn)入生命體后會表現(xiàn)出不同的藥理學(xué)立體選擇性，進(jìn)而產(chǎn)生不同的生物活性、毒性及代謝等，因此對手性藥物的深入研究必須將其所有的光學(xué)對映體在相同條件下同時對照進(jìn)行生物學(xué)評價試驗，以確定是以外消旋體還是以其某一光學(xué)活性體作為所要上市的新藥。手性藥物的制備是手性藥物研究及應(yīng)用的基礎(chǔ)和關(guān)鍵，手性技術(shù)的發(fā)展使得制備大量單一對映體成為可能。關(guān)鍵詞手性藥物制備途徑新進(jìn)展1手性藥物按其對映異構(gòu)體的生理作用一般分成如下幾種類型：（1）對映異構(gòu)體具有完全不同的藥理作用。如：其中一個異構(gòu)體是藥物而另一異構(gòu)體為毒物或另一類藥物。乙胺丁醇構(gòu)型有抗結(jié)核菌作用，而其對映（R·R）構(gòu)型有致盲作用；多巴（Dopa3）（S）—異構(gòu)體用于治療帕金森癥（S）一異構(gòu)體有嚴(yán)重的毒副作用。（2）異構(gòu)體中一個有活性，另一個則沒有活性，活性異構(gòu)體的藥理活性是外消旋體的2倍。如氯霉素左旋體有殺菌作用，右旋體無藥效。(3)對映體性質(zhì)類似，但活性強(qiáng)弱不同的藥理作用。新型優(yōu)良的非甾體類抗炎鎮(zhèn)痛藥荼普生，其（S）—異構(gòu)體是（R）—異構(gòu)體活性的35倍；普荼洛爾的兩個異構(gòu)體都有β-阻滯作用，但S（-）異構(gòu)體比R（+）異構(gòu)體作用強(qiáng)100倍。（4）兩個異構(gòu)體都具有近似的定性和定量的藥理作用。如：異丙嗪二個異構(gòu)體有相同的抗組織胺的活性和毒性。2獲取手性藥物的途徑一般可從生物體中、酶催化和外消旋體拆分法獲取手性藥物，近年來，隨著合成方法的發(fā)展和先進(jìn)分析技術(shù)的出現(xiàn)，越來越多的手性化合物可通過化學(xué)合成方法得到，不對稱合成已成為獲取手性物質(zhì)的重要手段，也成為最有希望、最具活力的研究領(lǐng)域。2.1從天然物中提取在某些生物體中含有具備生理活性的天然產(chǎn)物，可用適當(dāng)?shù)姆椒ㄌ崛《玫绞中曰衔?，某些手性藥物是從動植物中提取的氨基酸、萜類化合物和生物堿。如：具有極強(qiáng)抗癌活性的紫彬醇最初是從紫彬樹樹皮中發(fā)現(xiàn)和提取的，現(xiàn)已實現(xiàn)了不對稱合成。2.2酶法轉(zhuǎn)化酶屬于生物催化劑，是化學(xué)手性合成的強(qiáng)有力工具。酶促反應(yīng)具有化學(xué)選擇性、區(qū)域選擇性和對映體選擇性。用酶進(jìn)行手性合成即稱為酶法轉(zhuǎn)化，也稱生物轉(zhuǎn)化。1992年Santaniello等評價了在各種反應(yīng)中所用的酶，表明酶在手性合成中具有廣泛的應(yīng)用前景，絕大多數(shù)生物轉(zhuǎn)化反應(yīng)所需條件溫和、產(chǎn)物單純、易于純化且不污染環(huán)境。酶是具備控制立體構(gòu)型的生物催化劑，底物在特定酶的作用下可產(chǎn)生單一對異構(gòu)體。如：Yamada等和Snamprogetti等在微生物中發(fā)現(xiàn)了能催化產(chǎn)生:=氨甲?；?2=氨基酸的海因酶。海因酶用于工業(yè)上生產(chǎn)2=苯甘氨酸和2=對羥基苯甘氨酸）。2=苯甘氨酸和2=對羥基苯甘氨酸是生產(chǎn)重要的臨床用藥半合成。內(nèi)酰胺抗生素（氨芐青霉素、羥氨芐青霉素、氨芐頭孢霉素、羥氨芐頭孢霉素）的重要側(cè)鏈。酶法轉(zhuǎn)化已成為生物催化與有機(jī)化學(xué)合成交叉學(xué)科的新研究熱點。目前，生物轉(zhuǎn)化已涉及羥基化、環(huán)氧化、脫氫、氫化等氧化還原應(yīng)，而且在水解、水合、酯化、酯轉(zhuǎn)移、脫水、脫羧、?；?、胺化、異構(gòu)化和芳構(gòu)化等各類化學(xué)反應(yīng)中的前景看好[1]。2.3酶法拆分手性藥物酶法拆分(enzymaticresolution)是一種比較成熟的生物合成單一對映體的方法。酶的活性中心是一個不對稱環(huán)境，有利于識別消旋體，在一定條件下酶只能催化消旋體中的一個對映體發(fā)生反應(yīng)而生成不同的化合物，從而使兩個對映體分開。酶的固定化技術(shù)、多相反應(yīng)器等新技術(shù)13趨成熟，大大促進(jìn)了酶拆分技術(shù)的發(fā)展，脂肪酶、酯酶、蛋白酶、轉(zhuǎn)氨酶等諸多酶類已能用于外消旋體的拆分。2.4酶催化合成手性藥物最近發(fā)展的主要是微生物或酶直接轉(zhuǎn)化，或利用氧化還原酶、合成酶、裂解酶、水解酶、羥化酶、環(huán)氧化酶等直接從前體化合物不對稱合成各種復(fù)雜的手性化合物。該法不需制備前體衍生物，可將前體100％地轉(zhuǎn)化為手性目標(biāo)產(chǎn)物，因此具有更大的工業(yè)價值。酶的體外定向進(jìn)化技術(shù)、抗體酶、交聯(lián)酶晶體、反膠束酶、固定化酶、酶的修飾及非水相酶學(xué)等都是當(dāng)今酶學(xué)研究的活躍領(lǐng)域，這些技術(shù)的發(fā)展與完善必將推動手性藥物轉(zhuǎn)化的研究[2]。2.5不對稱合成Morrison和Mosherl將不對稱合成定義為：“一個反應(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，不對稱合成是這樣一個過程，它將潛手性單元轉(zhuǎn)化為手性單元，使得產(chǎn)生不等量的立體異構(gòu)產(chǎn)物A。不對稱合成是獲取手性藥物最直接的方法。不對稱合成包括從手性分子出發(fā)來合成目標(biāo)手性產(chǎn)物或在手性底物的作下將潛手性化合物轉(zhuǎn)變?yōu)楹粋€或多個手性中心的化合物，手性底物可以作為劑、催化劑及助劑在不對稱合成中使用，因而，手性合成可分為：手性源合成、手性助劑法、手性試劑法及不對稱催化法。2.6手性源合成在手性源合成中，所有的合成轉(zhuǎn)變都必須是高度立體選擇性的，通過這些反應(yīng)最終將手性源分子轉(zhuǎn)變成目標(biāo)手性分子。碳水化合物、有機(jī)酸（如酒石酸、乳酸等）、氨基酸、萜類化合及生物堿是非常有用的手性合成起始原料，并可用于復(fù)雜分子的全合成中。如：可以&%半胱氨酸作為手性源合成Biotin（維生素H，eq5）；周維善等利用從天然植物中提取的香茅醛為手性源經(jīng)近二十步反應(yīng)合成了青蒿素[3]。2．7手性助劑法手性助劑法利用手性輔助劑和底物作用生成手性中間體，經(jīng)不對稱反應(yīng)后得到新的反應(yīng)中間體，回收手性劑后得到目標(biāo)手性分子。用于控制醇醛縮合產(chǎn)物立體構(gòu)型的手性口惡唑烷酮（Evan試劑，eq7）就是利用了手性輔助劑來進(jìn)行不對稱合成。以酮類化合物為原料，利用手性助劑———酒石酸酯制備藥物（R）—荼普生是工業(yè)生產(chǎn)的一個實例（eq8）?？s酮的取代反應(yīng)主要生成非對映異構(gòu)體RRS，經(jīng)重排和水解生成（S）—荼普生[4]。2.8手性試劑法用手性試劑和前手性化合物作用生成新的手性化合物。如；q-蒎烯獲得的手性硼烷基化試劑（Ipc）BH（eq9）已用于前列腺素中間體的制備2.9不對稱催化反應(yīng)在不對稱合成的諸多方法中，最引入注目的是不對稱催化法，它具有手性增殖、高對映選擇性、經(jīng)濟(jì)，易于實現(xiàn)工業(yè)化的優(yōu)點，是最有希望、最有前途的合成手性性藥物的方法。不對稱催化最強(qiáng)有力而獨特的優(yōu)勢是手性增殖，通過催化反應(yīng)量級的手性原始物質(zhì)來立體選擇性地生產(chǎn)大量目標(biāo)手性產(chǎn)物，不需要像化學(xué)計量不對稱合成那樣消耗大量的手性試劑，日本高砂公司利用BINAP-Rh催化的亞胺不對稱異構(gòu)化反應(yīng)技術(shù)，在1983-1996年間已生產(chǎn)了近三萬噸薄荷醇及其中間體，而消耗掉的手性配體僅250Kg。另外，不對稱催化反應(yīng)的普遍特點是潛手性底物來源廣泛，價廉易得，立體選擇性好，即可生成8%異構(gòu)體也可生成R-異構(gòu)體，可適用于生產(chǎn)不同需要的目的產(chǎn)物。目前，已進(jìn)行研究不對稱催化氫化、不對稱氧化、不對稱催化環(huán)丙烷化、不對稱羰基化、不對稱氫轉(zhuǎn)移等多種不對稱催化反應(yīng)。不對稱催化發(fā)展迅速，20世紀(jì)80年代中，獲工業(yè)應(yīng)用的不對稱催化反應(yīng)只有5種，至90年代初已增至14種以上，其中有不少反應(yīng)已用于醫(yī)藥及醫(yī)藥中間體的生產(chǎn)。如何設(shè)計新型高效的手性配體、如何解決催化劑的穩(wěn)定性和回收問題是不對稱合成的關(guān)鍵；由手性科學(xué)產(chǎn)生的不對稱合成方法，如不對稱放大、手性活化、手性組合化學(xué)、手性毒化、手性固載、手性有機(jī)小分子催化等概念也為手性藥物的發(fā)展提供新的研究方向[5]。3拆分外消旋體不考慮工業(yè)生產(chǎn)，僅從獲得純對映體以供生物學(xué)評價的角度來考慮，通過拆分外消旋體來制備光學(xué)活性體是最合適的方法，因為它可同時獲得兩個純對映體。拆分對映體的辦法很多，主要分為非色譜法和色譜法兩大類，其基本原理大多是把對映體的混合物轉(zhuǎn)換成非對映體，然后利用化學(xué)或物理性質(zhì)上的差異使之分開。常用的非色譜分離法主要有分布結(jié)晶法和非對映體選擇結(jié)晶法，也包括微生物或酶的消化[J]．sI。但是這些方法耗時較長、過程繁復(fù)，而且也不能制得較純的對映體，因此難以被現(xiàn)代化工業(yè)普遍接受。從2O世紀(jì)8O年代開始，色譜法成為對映體分離的一個主要工具，包括氣相色譜、液相色譜、超臨界色譜、毛細(xì)管電泳和分子烙印法等在內(nèi)的幾乎所有色譜和準(zhǔn)色譜手段都已涉足對映體分離這一領(lǐng)域[7].3.1色譜法液相色譜法：20世紀(jì)8O年代。隨著手性固定相和添加劑研究的加速，以及一些重要機(jī)制的闡明、理論問題的初步解決，利用高效液相色譜(HPLC)法對藥物對映體進(jìn)行拆分和測定已取得了令人矚目的進(jìn)展，液相色譜逐漸發(fā)展成為對映體分離的一種最重要手段，它具有重現(xiàn)性好、分離度較高、檢測范圍寬、流動相種類多等優(yōu)點。HPLC法分離藥物對映體的方法可分為間接法和直接法兩大類，前者又稱手性試劑衍生化(CDR)法，后者又可分為手性流動相添加劑(CMPA)法和手性固定相(CSP)法1。兩者的共同特點是均以現(xiàn)代HPLC技術(shù)為基礎(chǔ)，并引入不對稱中心(或光活性分子)。引入手性環(huán)境使藥物對映體間呈現(xiàn)物理特征的差異是其HPLC拆分的基礎(chǔ)。CDR法是指藥物對映體在用HPLC分離前，先與有高光學(xué)純度的手性衍生化試劑(CDA)反應(yīng)形成非對映體，再以常規(guī)HPLC進(jìn)行分離測定。目前常用的手性衍生化試劑有?；噭奉愒噭?、異(硫)氰酸酯類、氯甲酸酯類、鄰苯二醛和手性硫醇等。CMPA法是將手性試劑直接加入到流動相中，然后再使用常規(guī)的正相或反相柱對手性物質(zhì)進(jìn)行拆分。常用的手性添加劑有環(huán)糊精類手性試劑、手性冠醚、手性蛋白質(zhì)及氨基酸、配位體金屬離子交換劑、手性離子對試劑和手性氫鍵試劑等。手性固定相是由擔(dān)體鍵合高光學(xué)純度的手性對映體制作而成，主要分為蛋白質(zhì)類鍵合相、Pirkh型手性固定相、環(huán)糊精手性鍵合固定相、纖維素和多糖衍生物手性固定相、冠醚類鍵合相、配位基交換相等”川。氣相色譜(GC)法：是較早用來進(jìn)行對映體分離的一種色譜方法，可分為直接分離法和間接分離法。間接分離法又稱CDR法；直接分離法是通過使用一個具有光學(xué)活性的環(huán)境，即手性固定相來提供拆分所需要的手性中心，因此稱作CSP法“z。一般來說，GC法速度快、簡單、靈敏，在分離對映體時分離度的重復(fù)性和精密度都很高，對于可揮發(fā)的熱穩(wěn)定手性分子優(yōu)勢明顯。但GC存在著一些固有的局限性。其中包括要求被分離的樣品是揮發(fā)性的；操作溫度相對較高，因此使非對映異構(gòu)體之間的相互作用能差別變小，對映體分離困難；柱溫高會引起手性固定相消旋，導(dǎo)致對映體選擇性降低。一般來說，GC要實現(xiàn)制備比較困難。相比之下，液相色譜則沒有上述局限性。超臨界流體色譜(src)法：SFC是一種以超臨界流體為流動相的色譜法。超臨界流體為一種在臨界壓力和臨界溫度以上相區(qū)的流體，其特性介于液體與氣體之間。SFC具有高效、快速、操作條件易于變換等特點，已成為在手性分離方面與HPLC及GC相互補(bǔ)充并獨具優(yōu)越性的一種手段Il。超臨界流體的黏度近于氣體，可減少傳質(zhì)阻力；其密度與液體相似，因此又有強(qiáng)溶解能力，適于分離難揮發(fā)和熱穩(wěn)定性差的物質(zhì)。與HPLC相比，SFC分析時間縮短，具有單位時間內(nèi)更高的分離度”。SFC的分離方式主要有手性固定相法和手性流動相添加劑法“i?？勺髁鲃酉嗟某R界流體物質(zhì)較多、易得，對環(huán)境的污染及操作人員的毒性較少。SFC法的流動相易于去除，使其成為制備光學(xué)純藥物的有潛力的技術(shù)。目前手性固定相法的發(fā)展最快，幾乎所有的HPLC和GC手性固定相都可用于SFC法手性拆分，但SFC需在高壓下操作，對設(shè)備和技術(shù)的要求較高，這也限制了其在手性分離上的應(yīng)用。3.1.2毛細(xì)管電泳(CE)法：CE法是以高壓電場為驅(qū)動力，以毛細(xì)管為分離通道，利用樣品中各組分之間淌度(或稱遷移率)和分配行為的差異而實現(xiàn)分離。作為20世紀(jì)80年代以來新興的一種分離技術(shù)，CE法因具有高效、快速、簡便等特點而被廣泛應(yīng)用于藥物、生物、大分子、臨床醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。在手性分離方面，CE法顯示了巨大的潛力。按照CE的操作模式、分離方式可分為毛細(xì)管區(qū)帶電泳(CZE)、毛細(xì)管凝膠電泳(CGE)、膠束電動色譜(MECC)和毛細(xì)管電色譜體系(CEC)。毛細(xì)管電泳在準(zhǔn)確度、精密度、檢測限、線性范圍及重現(xiàn)性等方面均已達(dá)到甚至超過了HPLC，例如過程控制中可測出0．2％的手性雜質(zhì)”。但手性CE最大的缺點在于不能達(dá)到像HPLC那樣規(guī)模的制品。其他色譜拆分法：包括薄層色譜(TLC)法快速柱色譜(flashchromatography)模擬移動床色譜(simulatedmovingbedchromatogra．phy，SMB)法逆流色譜(countercurrentchromatography，CCC)法電分離微柱液相色譜(CEC)法等。TLC是最簡便的色譜技術(shù)之一，先進(jìn)的TLC采用分子烙印技術(shù)，利用其作手性固定相；快速柱色譜法是通過泵產(chǎn)生壓力(低壓)，加速流動相通過預(yù)填充柱子的洗脫速度，是一種快速制備柱層析形式；SMB法實際上是多根色譜柱的串聯(lián)形成循環(huán)回路，從而提高效率、減少損失；CCC法是一種不用固態(tài)支撐體或載體的液液分離技術(shù)，在分離過程中完全消除了氣相、液相色譜中常見的不可逆吸附現(xiàn)象，不會破壞分子，適用于分離極性大的手性化合物及生物大分子；CEC法是近年來綜合了HPLC法和CE法的優(yōu)勢而發(fā)展起來的技術(shù)[8]。3.2非色譜法誘導(dǎo)結(jié)晶拆分法：在外消旋體的過飽和溶液中，加入一定量的一種旋光體的純晶體作為晶種，于是溶液中該旋光體含量較多，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較多，再加入外消旋體制成過飽和溶液，于是另一種旋光體優(yōu)先結(jié)晶析出，如此反復(fù)結(jié)晶，就可以把一對對映體完全分開。應(yīng)用這種拆分法，消旋體必須是兩個對映體獨立存在的消旋混合物，消旋體的溶解度應(yīng)比任何一種對映體大，在一種對映體結(jié)晶析出時，消旋體仍留在母液中，才能達(dá)到分離的目的。如加入一氨基物拆分氯霉素中間體DL一氨基物，加人D一或一甲基多巴拆分DL一多巴?；瘜W(xué)拆分法：化學(xué)拆分通常是應(yīng)用光學(xué)純的拆分試劑與消旋體形成兩個非對映體鹽，通過分餾、結(jié)晶等法將兩個鹽分開，再將其轉(zhuǎn)化成兩個相應(yīng)的對映體。例如，應(yīng)用d一酒石酸拆分腎上腺素、苯腎上腺素、對羥基苯甘氨酸和乙胺丁醇中間體?肖旋氨基丁醇，應(yīng)用d一樟腦磺酸拆分苯甘氨酸和四咪唑等。經(jīng)典的化學(xué)拆分法最適用于酸或堿的外消旋體的拆分，20世紀(jì)80年代，日本化學(xué)家Toda將主一客化學(xué)引入化學(xué)拆分，發(fā)明了所謂“包結(jié)拆分法”(resolutioninclusionmethod)。手性主體化合物通過氫鍵和分子間的次級作用(如霄一叮r作用)與客體分子中的一個對映異構(gòu)體形成穩(wěn)定的包結(jié)絡(luò)合物(inclusioncomplex)而析出。包結(jié)絡(luò)合物的形成在主一客分子之間存在強(qiáng)的分子識別和選擇作用，從而實現(xiàn)對映體的分離包結(jié)拆分法拆分的化合物不只局限于有機(jī)酸和有機(jī)堿，它的應(yīng)用對象更廣泛。膜分離技術(shù)：氨基酸的生物轉(zhuǎn)移通常由嵌于生物膜中的載體蛋白傳遞完成，這種傳遞的對映體選擇性非常高。人們模擬這種生物過程，為分離手性藥物對映體發(fā)明了膜分離技術(shù)。1994年，AkzoNebel公司開發(fā)了一種先進(jìn)的膜分離技術(shù)”1，借助于單一旋光體有機(jī)溶劑(例如￡一酒石酸酯或D一酒石酸酯)的流動，使消旋體藥物中的一種旋光體透過薄膜進(jìn)入相應(yīng)有機(jī)溶媒中，流出液經(jīng)濃縮、分離即可得到單一旋光性化合物。已報道的膜還包括光學(xué)拆分液膜、手性固定膜、纖維素衍生物固體膜、交聯(lián)復(fù)合物手性膜材料。4酶催化不對稱定向合成技術(shù)的新進(jìn)展近年來,超臨界流體技術(shù)在酶催化反應(yīng)等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。在許多的情下,酶催化反應(yīng)在有機(jī)溶劑中因為反應(yīng)太慢而不能應(yīng)用于大規(guī)模工化生產(chǎn)。但是在超臨界流體中,由于它傳質(zhì)阻力很小,反應(yīng)速度得以大大加快,而且有機(jī)溶劑在超臨界流體中的溶解能力很好;同時它的下游處理和溶劑回收也更加方便,對手性化合物的合成和外消旋體拆分是一種很好的反應(yīng)體系。很多情況下,在臨界流體中進(jìn)行手性藥物的合成比在有機(jī)溶劑中的合成效果更好,有的ee值甚至達(dá)到了99%。如Mase等人指出,丙二酸二乙酯的酶催化反應(yīng)如果在己烷等6種不同有機(jī)溶劑中進(jìn)行,那么ee值幾乎為0,而在CO2超臨界流體中,ee值可50%,同時轉(zhuǎn)化率也達(dá)到了41%。他解釋這是因為酶的活性部位在超臨界條件下隨著壓力的變化發(fā)生了結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。Hartmann等人也認(rèn)為在CO2超臨界流中的立體選擇性要比在己烷中好,他認(rèn)為在己烷中酶的失活與氨基甲酸鹽有一定的關(guān)。運用分子生物學(xué)技術(shù),通過基因工程中的定位突變技術(shù)結(jié)合化學(xué)修飾對天然酶化學(xué)結(jié)構(gòu)進(jìn)行理性設(shè)計和改造,擴(kuò)大其應(yīng)用范圍是近年來頗受青睞的新技術(shù),這項技術(shù)為酶催化定向合成注入了新的活力。以血紅素蛋白的分子設(shè)計為例,來出現(xiàn)的新思路包括:(1)氨基酸的選擇突變與血紅素修飾相結(jié)合;(2)非天然輔基的引入;(3)非天然氨基酸的引入;(4)輔基與蛋白肽鏈的共價結(jié)合;(5)全新血紅素蛋白的設(shè)計與構(gòu)建等。例如,在對肌紅蛋白(Mb)的研究中,單獨采用輔基的化學(xué)修飾方法可以使Mb的催化效提高34倍,單獨采用定位突變的方法可以使Mb的催化效