手性药物的合成与拆分的研究进展.doc

手性药物的合成与拆分的研究进展 手性是自然界的一种普遍现象，构成生物体的基本物质如氨基酸、糖类等都是手性分子。手性化合物具有两个异构体，它们如同实物和镜像的关系，通常叫做对映异构体。对映异构体很像人的左右手，它们看起来非常相似，但是不完全相同。目前市场上销售的化学药物中，具有光学活性的手性药物约占全部化学药40% 50%，药物的手性不同会表现出截然不同的生物、药理、毒理作用，服用对映体纯的手性药物不仅可以排除由于无效(不良)对映体所引起的毒副作用，还能减少药剂量和人体对无效对映体的代谢负担，对药物动力学及剂量有更好的控制，提高药物的专一性，因而具有十分广阔的市场前景和巨大的经济价值Dl1由天然产物中提取 天然产物的提取及半合成就是从天然存在的光活性化合物中获得，或以价廉易得的天然手性化合物氨基酸、菇烯、糖类、生物碱等为原料，经构型保留、构型转化或手性转换等反应，方便地合成新的手性化合物。如用乳酸可合成(R)一苯氧基丙酸类除草剂z。天然存在的手性化合物通常只含一种对映体用它们作起始原料，经化学改造制备其它手性化合物，无需经过繁复的对映体拆分，利用其原有的手性中心，在分子的适当部位引进新的活性功能团，可以制成许多有用的手性化合物。2手性合成 手性合成也叫不对称合成。一般是指在反应中生成的对映体或非对映体的量是不相等的。手J险合成是在催化剂和酶的作用下合成得到过量的单一对映体的方法。如利用氧化还原酶、合成酶、裂解酶等直接从前体化合物不对称合成各种结构复杂的手性醇、酮、醛、胺、酸、酉旨、酞胺等衍生物，以及各种含硫、磷、氮及金属的手性化合物和药物，其优点在于反应条件温和、选择性强、不良反应少、产率高、产品光学纯度高、无污染。 手性合成是获得手性药物最直接的方法。手J险合成包括从手性分子出发来合成目标手性产物或在手性底物的作用下将潜在手性化合物转变为含一个或多个手性中心的化合物，手性底物可以作为试剂、催化剂及助剂在不对称合成中使用。如Yamad等和Snamprogetti等在微生物中发现了能催化产生N-氨甲酞基一D-氨基酸的海因酶( Hy-dantoinase)。海因酶用于工业生产D一苯甘氨酸和D一对轻基苯甘氨酸。D一苯甘氨酸和D一对轻基苯甘氨酸是生产重要的临床用药半合成内酞胺抗生素(氨节青霉素、轻氨节青霉素、氨节头炮霉素、轻氨节头炮霉素)的重要侧链，目前国际上每年的总产量接近SOOOto3外消旋化合物的拆分 外消旋拆分法是在手性助剂的作用下，将外消旋体拆分为纯对映体。外消旋体拆分法是一种经典的分离方法，在工业生产中己有100多年的历史，目前仍是获得手性物质的有效方法之一。拆分是用物理化学或生物方法等将外消旋体分离成单一异构体，外消旋体拆分法又可分为结晶拆分法;化学拆分法;生物拆分法;色谱拆分法;膜拆分和泳技术。3. 1结晶拆分法3.1.1直接结晶法 结晶法是利用化合物的旋光异构体在一定的温度下，较外消旋体的溶解度小，易拆分的性质，在外消旋体的溶液中加入异构体中的一种(或两种)旋光异构体作为晶种，诱导与晶种相同的异构体优先(分别)析出，从而达到分离的目的。在。一甲基一L一多巴的工业生产中就是使两种对映体同时在溶液中结晶，而母液仍是外消旋的，把外消旋混合物的过饱和溶液通过含有各个对应晶种的两个结晶槽而达到拆分的目的3。结晶法的拆分效果一般都不太理想，但优点是不需要外加手性拆分试剂。若严格控制反应条件也能获得较纯的单一对应体。3. 1. 2非对映体结晶法 非对映体结晶法适用于拆分外消旋化合物，利用天然旋光纯手性拆分试剂与消旋化合物通过分子间作用力的相互作用，生成一对非对映体，由于二者的物理性质不同，因此可以用结晶，蒸馏或色谱法将它们分开，工业化生产D一苯基甘氨酸就是用此法。3. 2化学拆分法 化学拆分法应用非常广，它是在手性试剂的存在下，外消旋体和手性试剂作用，转变成非对映异构体，由于生成非对映异构体的活化能不同，反应速度就不同。利用不足量的手性试剂与外消旋体作用，反应速度快的对映体优先完成反应，而剩下反应慢的对映异构体，从而达到拆分的目的。 化学拆分法更适于酸或碱的外消旋体的拆分，拆分酸时，常用的旋光性碱主要是生物碱，如(一)-奎宁，(一)一马钱子碱等。拆分碱时，常用的旋光性酸是酒石酸，樟脑一p一磺酸等。拆分既非酸又非碱的外消旋体时，可以设法在分子中引入酸性基团，然后按拆分酸的方法拆之#。例如，呱甲酷结构中含有两个手性碳原子，有四个立体异构体的存在，分为苏型外消旋体和赤型外消旋体，利用呱A环的碱性，采用光学纯的手性有机酸作为拆分剂，对外消旋苏型呱甲酷合成中的关键中间体2一苯基一2- (2一呱咙基)一乙酞胺或直接对外消旋苏呱甲酷进行拆分，得到(2R2R)一(+)一苏型呱甲酷并进一步转化成盐酸盐。专利(US Pa-tent5936091，5965734，1999;US Patent6359139，2002)公开了对赤型外消旋中间体2一苯基一2- (2一呱咙基)一乙酞胺进行拆分制备(2R2R)一(+)-苏一2一苯基一2- (2一呱咙基)一乙酞胺，进一步转化为(2R 2R)一(+)一苏型呱甲酷及其盐酸盐的方法。3. 3生物拆分法 酶的活性中心是一个不对称结构，这种结构有利于识别消旋体。在一定条件下，酶只能催化消旋体中的一个对映体发生反应而成为不同的化合物，从而使两个对映体分开。反应产物的ee值可达100 %。随着酶固定化、多相反应器等新技术的日趋成熟，越来越多的酶己用于外消旋体的拆分5徐刚等6通过对不同来源酶的筛选，找到了No-vozym435和Alcaligenes sp两种选择性较好的酶，有效拆分制备了(S) -2-氯-1一(2-曝吩)一乙醇，产率为48.6% ee值为98.5% o酶催化立体选择性强、反应条件温和、操作简便、副反应少、产率高、成本低，且不会造成环境污染，这些都使得用酶拆分外消旋体成为理想的选择C7, A酶法拆分外消旋体在实验室制备和工业生产中都己取得长足的进步，但是仍然有其局限性9。比如菌种筛选困难、酶制剂不易保存、产物后处理工作量大，以及通常只能得到一种对映体等缺点。尽管如此，利用微生物进行手性药物的合成及对映体的拆分仍是当前研究热点I0。3. 4色谱拆分法3. 4.1气相色谱法 GC法是一种较早用于分离手性药物的色谱方法，通过选择适当的吸附剂作固定相(通常是手性固定相)，使之选择性地吸附在外消旋体中的一种异构体，从而达到快速分离手性药物的目的。GC手性固定相按照拆分机制可分为三类:(1)基于氢键作用的手性固定相，主要是氨基酸衍生物固定相;(2)基于配位作用的手性金属配合物固定相;(3)基于包含作用的环糊精衍生物固定相，这类固定相在GC手性分离研究中发展最快、选择性高，且应用广泛。研究表明，手性固定相与异构体之间的作用有氢键作用、偶极结合作用和三点作用。手性固定相GC法分析手性药物的步骤为:(1)合成手性试剂;(2)制柱;(3)样品衍生化;(4)设定恰当的色谱条件。对GC的手性药物分析影响最大的因素:(1)手性固定相的选择，将决定手J险药物能否被拆分;(2)样品的衍生化方法，将导致不同的拆分结果;(3)影响GC的共同因素一色谱条件的选择。GC法分离手性药物最大的特点是简单快速、灵敏、重复性和精度高，对于可挥发的热稳定手性分子，可表现出明显优势;但同样也存在着一些固有的局限性，如要求被分离的样品具有一定的挥发性和热稳定性，要实现制备比较困难003. 4. 2薄层色谱(TLC)法 TLC法产生于20世纪30年代，如今己发展了高效TLC法、离心TLC法及梯度展开等技术。由于高效薄层板的理论塔板数高(可达5000)，加上现代化的检测手段，使得TLC法拆分对映体成为可能。TLC拆分法可分为手性试剂衍生化法( CDR)、手性流动相添加剂法(CMPA)和手性固定相法(CSP)。目前，可用于TLC拆分的CMPA法主要有添加手性离子对试剂、添加CD及其衍生物于展开系统，如Duncan等以含有(R)一樟脑酸铰的CHzCIz-MeOH (75 :25)为展开剂拆分了8种含苯基一。一氨基醇类药物;可用于TLC拆分的C SP有CD、纤维素及其衍生物、手性氨基酸金属配体交换及手性试剂浸渍性固定相，如Lepri等采用微晶三乙酞纤维素薄层板拆分了氟比洛芬、苯氧布洛芬及卡洛芬。手性药物的TLC拆分法具有操作简便、设备简单、分离效率高、分析速度快、色谱参数易调整等特点，在对映体的分离中具有实用意义，但由于其灵敏度不高，故目前主要用于定性分析手性药物o z。3. 4. 3高效液相色谱法(HPLC) 高效液相色谱法在手性药物拆分中的应用是最广泛的，是药物质量控制、立体选择性的药理学和毒理学研究的重要手段。HPLC分离药物对映体的方法可分为间接法和直接法。前者又称为手性试剂衍生化法，后者又可分为手性固定相法(CSP)和手性流动相添加剂法(CMPA)。间接法是利用手性药物对映体混合物在预处理中进行柱前衍生化，形成一对非对映异构体，根据其理化性质上的差异，使用非手性柱得以分离。该法分离效果好，分离条件简便，一般的非手性柱可满足要求，但需要高纯度的衍生试剂，操作比较麻烦。直接拆分法中的CMPA法是在流动相中加入手性添加剂，利用非手性固定相HPLC进行拆分;而CSP法发展异常迅速，目前己开发的商品化手性固定相有多糖类、蛋白类、环湖精类、冠醚类等，其中多糖类衍生物手性识别能力强，方法也较成熟Ds. ial。直接法可用Dalgleish于1952年提出的著名的“三点作用原理，05来解释:药物一个对映体先与手性固定相或流动相的添加剂间发生分子间的三点作用，同时另一对映体则发生二点作用，前者形成的分子复合物较后者稳定，用HPLC法依次使其对映体分离。郭娜等o 采用轻丙基一p一环糊精为手性流动相添加剂，拆分了奥昔布宁对映体，分离度1.54检测限为1.Ongo HPLC法用于对映体药物的拆分，具有多种途径，各具特色，可相互补充，但距离大规模工业化生产还有相当大的距离。3. 4. 4毛细管电泳手性分离(CE) 20世纪80年代以来，CE作为一种手性色谱分离技术迅速发展起来。CE法以高压电场为驱动力，毛细管为通道和载体，依据样品中各组分之间的迁移率和分配系数的差异而实现分离。CE法为拆分极性大、热稳定性差和挥发性手性药物提供了经济有效的手段;且由于它具有高效、高分辨率、分离速度快、仅需微量试样、仪器操作简单、操作模式多等特点，在手性药物分离中具有诸多优势而被广泛应用于药物、生物、临床医学等领域。CE法共有6种不同的分离模式:毛细管区带电泳(CZE)、毛细管凝胶电泳(CGE)、毛细管等速电泳(CITP )、毛细管等电聚焦(CIEF)、毛细管电色谱(CEC)和非水毛细管电泳(MACE)。除CIEF外，其他5种分离模式均己被成功应用于手性药物对映体的拆分lvo CE法拆分手性药物的影响因素包括手性选择剂的种类和浓度、背景电解质的组成(离子强度、离子类型和浓度、PH、有机溶济等)、背景电解质的聚合添加剂以及使用的电压及毛细管温等。随着CE分离机制的不断探索、分离模式技术的发展以及柱制备技术的不断完善，CE在手性药物的拆分、鉴别及定量分析方法研究等方面将具有广阔的发展应用前景I A。3. 4. 5超临界流体色谱(SFC) SFC的制备拆分方法是从20世纪80年代中期迅速发展起来的一项拆分技术，该方法采用超临界状态的二氧化碳做流动相，具有分析时间短、柱平衡快、操作条件易变换等特点19，在手性分离方面，与高效液相色谱、气相色谱、毛细管电泳仪和质谱仪等相互补充，因其具有独特的优越性，将成为超临界COz萃取技术发展的必然趋势Czo 0 2005年，Met-tle:公司推出了具有比较高制备规模的设备Berger SFC Multi-gram III，该设备应用2一Scm直径的柱子，达到200mL / min的流速，比高效液相色谱装置要快5一10倍z o。超临界流体色谱法由于具有体系的豁度低、扩散和传质速率高、拆分得到的产品质量好等特点，在手性药物拆分中具有广泛的应用圈。3. 5膜分离法 膜拆分技术是使流入相中的外消旋药物在渗透压或其它外力作用下进入膜相，并通过膜相中载体的选择性作用，使其中的一种对映体通过膜相，来达到拆分效果的方法。此技术是近几年刚发展的节能技术，对其的研究还处于起步阶段，但由于自身的连续性和能量有效等众多优点，被广大相关研究人员所青睐。根据膜分离和手性拆分的要求，用于手性药物拆分的膜需具备较高对映体选择性、膜通量大、通量及选择性应稳定等特点zo。膜分离技术根据膜状态的不同分为液膜手性分离和固膜手性分离两种方法，前者是基于选择性萃取;后者是基于对映体间亲和性的差异z4。3. 6电泳技术 毛细管电泳技术(CE)是80年代以来新兴的手性分离技术，特点是高效，快速，简便，适用于药物，生物大分子医学等领域25。毛细管电泳技术以高压电场为驱动力，以毛细管为分离通道，依据样品中各组分之间淌度和分配行为上的差异而实现分离。用CE拆分药物对映体需加入各种不同的手性选择剂才能达到分离的目的tz。目前常用手性选择剂有:CD、冠醚、胆酸盐、手性混合胶束、手性选择性金属络合物、蛋白和糖等7种类型回。4结语 手性药物不仅具有技术含量高、疗效好、副作用小的优点，而且与创制新药相比，开发手性药物相对要风险小，周期短，耗资少，成果大，不仅具有重大的科学价值，同时也蕴藏着巨大的经济效益。手性药物的科学研究价值与广阔的市场前景己引起了医学界的高度重视，迫切需要手性合成、手性拆分等新方法、新技术的不断发展。手性技术是化学工业和制药行业中的前沿学科zA，其发展必将在医药工业中发挥巨大的作用。