手性药物的合成与生物转化

手性化合物的生物合成与转化手性化合物是指具有非对称结构的化合物，它们具有左旋和右旋两种形式。

生物合成和转化是指生物体利用特定的酶进行化学反应来合成或转化手性化合物。

手性化合物在生物体中的生物合成通常是由酶催化的。

这些酶可以通过识别特定的化学键来对化合物进行对映选择性的催化。

例如，一些酶可以通过识别碳氢键来对映选择性地催化反应。

手性化合物也可以在生物体中进行转化。

例如，微生物可以利用酶进行酶催化氧化反应将非手性化合物转化为手性化合物。

手性化合物在生物体中的生物合成和转化是一个非常复杂的过程，需要多种酶协同作用才能完成。

研究手性化合物在生物体中的生物合成和转化有助于更好的理解生物体的代谢机制，并为合成新药物和生物高分子等提供新的途径。

生物催化原理与应用在手性药物合成领域的进展1.生物催化的特点生物催化是指利用酶或生物有机体（整个细胞、细胞器、组织等）作为催化剂的化学转化过程，也称为生物转化。

生物催化反应具有很高的化学选择性、区域选择性和立体选择性。

通过生物催化不对称合成技术生产手性药物得到的产物具有较高的光学活性、纯度和较高的收率，其中一些可以达到100%[1]。

微生物是生物催化中常见的有机催化剂。

其实质是利用微生物细胞中的酶催化非天然有机化合物的生物转化过程，通过分离纯化转化液可获得所需的产物[2]。

自然界中微生物种类繁多，酶含量丰富，因此微生物可以用于多种生物转化反应。

微生物生物转化反应具有高选择性，特别是高立体选择性的特点，能成功地完成常规化学方法难以实现的反应；反应条件温和，特别适合于制备不稳定化合物。

微生物生物转化可以使用游离细胞或固定化细胞作为催化剂。

到目前为止，微生物生物转化已经实现了一些有机酸、抗生素、维生素、氨基酸、核苷酸和类固醇的工业化生产[3]。

生物催化技术可以大大增加衍生物的多样性，有效地修饰复杂产物的结构，从简单分子中构建新的化合物库。

在这个过程中，经常可以发现新的生理活性物质。

使用生物催化发现先导化合物的优点是：① 广泛的可能反应；② 能够进行方向区域选择和立体选择；③无需基团保护和脱保护，一步反应即可完成；④ 在温和均匀的条件下，一步反应的自动化和再现性很容易实现；⑤ 温和的反应条件保证了复杂多变的分子结构的稳定性；⑥ 高催化活性可以减少催化剂的用量；⑦ 酶的固定化可以使催化剂重复循环使用；⑧ 生物催化剂可以在环境中完全降解。

生物催化过程通常无污染或污染较小，能耗相对较低。

这是一种环境友好的合成方法[4]。

2.手性化合物的理解和发展手性是自然界物质的基本属性，构成生命有机体的分子都是不对称分子，生命中普遍存在的糖为d型、氨基酸为l型、dna的螺旋构象和蛋白质都是右旋，并且生命体内许多内源性化合物，包括与药物发生药动学和药效学相互作用的天然大分子都具有手性。

发布日期：2002-1-1项目简介：在有机化合物分子中因含有一个或多个不对称碳原子而使对映体之间具有不同的物理、化学、生理学和生物化学性质。

在药物中手性对其生物应答关系，如药物在体内的吸收，转运，组织分配，与活性位点作用，代谢和消除都可能有重要影响。

直接关系到药物的药理作用，临床效果，毒副作用，发挥药效时间和药效作用时间等。

两个对映体的药效不同，比如（S）-萘普森的镇痛抗炎活性是（R）-对映体的28倍，治疗前列腺肥大的哈洛，（R）-对映体对肾上腺素能α1受体拮抗活性是（S）-对映体的320倍。

（S）-布洛芬口服15分钟后即可起到镇痛作用，而外消旋的布洛芬却需要30分钟，显然在发挥药效时间上有差别。

有时同一药物的两个对映体的药理也不同；如治疗心律失调药物心得安的S（-）对映体的药效是R（+）对映体的100倍，而（R）-对映体不仅药效低，还有降低性功的副作用；氯胺酮作为麻醉剂，只有（S）-对映体有麻醉作用，（R）-对映体却具有兴奋和使心理失调作用，如果使用外消旋体其药效低又有副作用；沙丁胺醇的（R）-对映体具有抗组织胺治疗哮喘作用，而（S）-对映体却具有使气管收缩作用，如果临床上使用外消旋体其治疗效果要很差；更重要的是同一药物的两个对映体的毒副作用不同：如六十年代在欧洲市场销售的抗妊娠反应的镇静药酞胺哌啶酮（反应停）的上市，仅在欧洲就造成成千上万的海豚儿，成为震惊国际医药界的药物事故，现在研究证明只有（R）-对映体有效，而（S）-对映体能引起胎儿畸形，最近的研究又发现（S）-对映体具有抗肿瘤作用；乙胺丁醇是抗结核药物，（SS）-对映体的抗菌活性是（RR）-对映体的200倍，（RR）-对映体不仅活性低且有至失明作用。

这些事实说明手性药物的制备和生产在临床上的应用是多么重要。

因此，一些发达国家正在酝酿制定新的规定：限制外消旋药物的使用；新药要尽可能以单一手性形式上市；外消旋新药申请必须有两种对映体的药理和毒理数据。

1 引言手性制药是医药行业的前沿领域，2001年诺贝尔化学奖就授予分子手性催化的主要贡献者。

自然界里有很多手性化合物，这些手性化合物具有两个对映异构体。

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。

当一个手性化合物进入生命体时，它的两个对映异构体通常会表现出不同的生物活性。

对于手性药物，一个异构体可能是有效的，而另一个异构体可能是无效甚至是有害的。

手性制药就是利用化合物的这种原理，开发出药效高、副作用小的药物。

在临床治疗方面，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。

目前世界上使用的药物总数约为1900 种手性药物占50%以上，在临床常用的200种药物中，手性药物多达114种。

全球2001年以单一光学异构体形式出售的市场额达到1 472亿美元，相比于2000年的1 330亿美元增长了10%以上。

预计手性药物到2010年销售额将达到2 000亿美元。

2、手性药物的制取方法一般可通过从天然产物中提取、外消旋体拆分法获取手性药物，近年来，随着合成法的发展和先进分析技术的出现，越来越多的手性化合物可通过化学合成法得到不对称合成己成为获取手性物质的重要手段，与此同时，随着生物技术的不断进步以及生物技术与有机化学的交叉融合也使得生物合成成为手性药物生产取得突破的关键技术。

2.1 从天然产物中提取在某些生物体中含有具备生理活性的天然产物，可用适当的方法提取而得到手性化合物，某些手性药物是从动植物中提取的氨基酸、萜类化合物和生物碱。

如: 具有极强抗癌活性的紫彬醇最初是从紫彬树树皮中发现和提取的。

2.2 外消旋体拆分法通过拆分外消旋体在手性药物的获取方法中是最常用的方法。

目前为止报道的拆分方法有机械拆分法、化学拆分法、微生物拆分法和晶种结晶法等。

手性药物甲基苯丙胺三种直接结晶法的分析手性化方法包括物理方法，化学方法，生物方法。

物理方法包括结晶法和色谱法。

化学方法包括拆分法和不对称合成。

生物方法包括合成与转化法和拆分法:1：直接结晶法－－－优先结晶法优先结晶方法(preferentialcrytallization)是在饱和或过饱和的外消旋体溶液中加入一个对映异构体的晶种，使该对映异构体稍稍过量因而造成不对称环境，结晶就会按非稍的过程进行，这样旋光性与该晶种相同的异构体就会从溶液中结晶出来。

优先结晶法是一种高效、简单而又快捷的拆分方法，晶种的加入造成两个对映异构体具有不同的结晶速率是该动态过程控制的关键。

延长结晶时间可提高产品的产率，但产品的光学纯度有所下降。

从优先结晶法中得到晶体后，如要进一步提高产物的光学纯度，可经过反复的重结晶实现。

2：直接结晶法－－－逆向结晶法在优先结晶法中，通过加入不溶的添加物即晶种形成晶核，加快或促进与之晶型或立体构型相同的对映异构体结晶的生长。

而逆向结晶法则是在外消旋体的饱和溶液中加入可溶性某一种构型的异构体，添加的(R)—异构体就会吸附到外消旋体溶液中的同种构型异构体结晶体的表面，从而抑制了这种异构体结晶的继续生长，而外消旋体溶液中相反构型的（S）—异构体结晶速度就会加快，从而形成结晶析出。

例如在外消旋的酒石酸钠铵盐的水溶液中溶入少量的(S)—（—）—苹果酸钠铵或(S)—（—）—天冬酰胺时，可从溶液中结晶得到(R，R)—(十)—酒石酸钠铵。

逆向结晶中的添加物必须和溶液中的化合物在结构和构型上有相关之处。

这样所添加的物质才能嵌入生长晶体的晶格中，取代其正常的晶格组分并能阻止该晶体的生长。

逆向结晶是一种晶体生长的动力学现象，添加物的加入造成了结晶速度上的差别。

由于逆向结晶是晶体生长的动力学的现象，因此当结晶时间无限制的延长下去，最终得到的仍是外消旋的晶体。

从化合物的性质上来看，逆向结晶只能用于能形成聚集体的化合物。

手性药物的生物合成与转化
何奕波;陶满庆
【期刊名称】《安徽农业科学》
【年(卷),期】2007(035)033
【摘要】手性药物的生物合成与转化的优点在于反应条件温和,选择性强,副反应少,产率高,产品光学纯度高,无污染.不论在研究开发还是产业化进程上均具有很大优势,国际上一致认为手性生物合成和拆分是首选的手性化技术.综述了脂肪酶、酯酶、转氨酶等在手性药物生产中的应用,并对手性药物生物合成研究的新进展作一简单介绍.
【总页数】3页(P10585-10586,10588)
【作者】何奕波;陶满庆
【作者单位】信阳职业技术学院,河南信阳,464000;信阳职业技术学院,河南信阳,464000
【正文语种】中文
【中图分类】Q503
【相关文献】
1.手性药物与生物转化 [J], 熊航行
2.手性药物与生物转化 [J], 熊航行
3.手性药物的活性分析与生物转化 [J], 吴再坤;钟宏;王微宏;林丹
4.手性药物衍生物合成研究 [J], 张志刚
5.微生物酶转化合成手性药物的研究进展 [J], 马小魁
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手性药物的合成与生物转化摘要：药物分子的立体化学决定了其生物活性，手性已成为药物研究的一个关键因素，生物技术在手性药物合成中具有重要意义，利用酶催化的相关性质，通过酶拆分外消旋体酶法不对称合成等方法合成手性药物，采用定向进化技术酶分子修饰辅酶再生等方法对手性药物合成方法进行改进。

关键词：手性药物生物转化生物合成手性(Chirality) 是自然界的本质属性之一。

构成生命有机体的分子都是不对称的手性分子，生命界中普遍存在的糖为D型,，氨基酸为L型，蛋白质和DNA的螺旋构象又都是右旋的。

手性药物( Chiral drug) 是指有药理活性作用的对映纯化合物。

手性药物的制备方法包括化学制备法和生物制备法，生物转化具有一些化学方法无可比拟的优点：反应条件比较温和；产物比较单一，具有很高的立体选择性（Enantioselectivity）、区域选择性（Regioselectivity）和化学选择性（Chemoselectivity）；并且能完成一些化学合成难以进行的反应。

目前，生物转化已涉及羟基化、环氧化、脱氢、氢化等氧化还原反应；水解、水合、酯化、酯转移、脱水、脱羧、酰化、胺化、异构化和芳构化等各类化学反应。

生物合成手性药物法主要包括酶拆分外消旋体法、酶法不对称合成和微生物发酵法。

1 酶法拆分外消旋体合成手性药物近年来随着酶技术的发展，利用酶的高度立体选择性进行外消旋体的拆分从而获得光活性纯的化合物是得到手性药物的重要途径。

酶是由L-氨基酸组成，其活性中心构成了一个部队称环境，有利于对消旋体的识别，属于高度手性的催化剂，催化效率高，有很强的专一性，反应产物的对映体过量百分率（ee）可达100%。

因此，在售性药物合成过程中，用酶拆分消旋体是理想的选择。

D-苯甘氨酸金额D-对羟基苯甘氨酸是生产半合成青霉素和头孢菌类抗生素的重要侧链。

DSM公司（Geleen，荷兰）利用恶臭假单胞菌（Pseydomonas putida）和L-氨肽酶拆分DL-氨基酸酰胺获得了D-苯甘氨酸和D-对羟基苯甘氨酸。

生物催化在手性药物合成中的应用摘要本文介绍了手性药物的重要性，在生物催化合成手性药物中常用的两类催化剂—酶和细胞；结合实例从酶催化的不对称水解反应、不对称还原反应和不对称环氧化反应等反应对不对称催化法合成手性药物作简要概述；展望了不对称催化反应在手性药物合成中的发展方向。

关键字：生物不对称催化、手性药物、合成、应用1 前言生物催化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, 又称生物转化。

生物催化反应具有高度的化学、区域和立体选择性, 适用于医药、食品和农药等精细化工产品的合成制备。

生物催化过程一般无污染或污染较少、能耗相对较低, 是一种环境友好的绿色化学合成方法。

手性是由于碳原子4个化学键上连有不同基团而造成的整个分子的不对称性, 是自然界的基本属性之一；也是生命物质区别于非生命物质的重要标志。

自然界中构成生命体的基础物质核苷酸、氨基酸和单糖以及由它们构成的生物大分子核酸、蛋白质和糖类都具有独特的手性特征。

正是这些基础物质使得生物体能够高度地选择识别特定分子, 进行各种反应。

虽然通过化学合成的方法也能够合成，但是由于化学合成法存在较多副反应、反应选择性较差、转化率小，而且反应周期长，即使合成了手性物质就目前的技术也很难将一对对映体拆分开来，这些都限制了它在工业上的应用。

而利用特异的生物催化方法和生物催化剂能够很容易的合成手性药物且其分离提纯技术也相当纯熟。

因此，可以用生物催化方法合成手性化合物。

这种手性化合物的合成方法又叫做不对称合成, 已经得到了广泛的应用。

2 不对称（手性）生物催化技术简介2.1 手性药物的重要性手性直接关系到药物的药理作用、临床效果、毒副作用、药效发挥及药效时间等。

正是由于药物和其受体之间的这种立体选择性作用,使得药物的一对对映体不论是在作用性质还是作用强度上都会有差别。

在20世纪60年代,欧洲曾以消旋体的反应停( Thalidomide) 作为抗妊娠反应的镇静剂,一些妊娠妇女服用此药后,出现多例畸变胎儿。

手性药物的制备摘要手性化合物对映异构体进入生命体后会表现出不同的药理学立体选择性，进而产生不同的生物活性、毒性及代谢等，因此对手性药物的深入研究必须将其所有的光学对映体在相同条件下同时对照进行生物学评价试验，以确定是以外消旋体还是以其某一光学活性体作为所要上市的新药。

手性药物的制备是手性药物研究及应用的基础和关键，手性技术的发展使得制备大量单一对映体成为可能。

关键词手性药物制备途径新进展1 手性药物按其对映异构体的生理作用一般分成如下几种类型：（1）对映异构体具有完全不同的药理作用。

如：其中一个异构体是药物而另一异构体为毒物或另一类药物。

乙胺丁醇构型有抗结核菌作用，而其对映（R·R）构型有致盲作用；多巴（Dopa 3）（S）—异构体用于治疗帕金森症（S）一异构体有严重的毒副作用。

（2）异构体中一个有活性，另一个则没有活性，活性异构体的药理活性是外消旋体的2倍。

如氯霉素左旋体有杀菌作用，右旋体无药效。

(3)对映体性质类似，但活性强弱不同的药理作用。

新型优良的非甾体类抗炎镇痛药荼普生，其（S）—异构体是（R）—异构体活性的35倍；普荼洛尔的两个异构体都有β-阻滞作用，但S（-）异构体比R（+）异构体作用强100倍。

（4）两个异构体都具有近似的定性和定量的药理作用。

如：异丙嗪二个异构体有相同的抗组织胺的活性和毒性。

2 获取手性药物的途径一般可从生物体中、酶催化和外消旋体拆分法获取手性药物，近年来，随着合成方法的发展和先进分析技术的出现，越来越多的手性化合物可通过化学合成方法得到，不对称合成已成为获取手性物质的重要手段，也成为最有希望、最具活力的研究领域。

2.1 从天然物中提取在某些生物体中含有具备生理活性的天然产物，可用适当的方法提取而得到手性化合物，某些手性药物是从动植物中提取的氨基酸、萜类化合物和生物碱。

如：具有极强抗癌活性的紫彬醇最初是从紫彬树树皮中发现和提取的，现已实现了不对称合成。

手性化合物的合成和分离方法研究进展摘要：手性问题与我们的生活密切相关，它涉及到生命、动植物、药物、食品、香料、农药等诸多领域，本文介绍了手性化合物的一些用途，合成和分离方法及发展方向。

手性化合物的制备已成为当前国内外较热门的研究课题之一。

本文从非生物法和生物法两个方面较全面地综述了手性化合物的制备方法, 希望为相关研究者提供参考。

关键词：手性化合物；手性药物；制备；生物合成1.1用途手性化合物(chiral compounds)是指分子量、分子结构相同，但左右排列相反，如实物与其镜中的映体。

人的左右手、结构相同，大姆至小指的次序也相同，但顺序不同，左手是由左向右，右手则是由右向左，所以叫做“手性”。

也就是指一对分子。

由于它们像人的两只手一样彼此不能重合，又称为手性化合物。

判断分子有无手性的可靠方法是看有没有对称面和对称中心[1]。

手性问题与我们的日常生活密切相关。

天然存在的手性化合物品种很多，并且通常只含有一种对映体，手性问题还牵涉到农业化学、食品添加剂、饮料、药物、材料、催化剂等诸多领域。

它的研究已经成为科学研究和很多高科技新产品开发的热点。

在过去20年里，手性研究具有戏剧性的发展，已从过去的少数几个专家的学术研究发展到大面积科学研究的需要，在一些领域并已带来了巨大的经济效益。

物质的手性已经变成越来越需要考虑的问题，其对我们的日常生活正在起到越来越重要的作用。

手性化合物主要从天然来源、不对称合成和外消旋体拆分3个方面得到。

由天然来源获得手性化合物，原料丰富，价廉易得，生产过程简单，产品的纯度一般都较高，因此很多量大的产品都是从天然物中获得。

在药物工业中由于对手性药物的要求不断增加，其大大激发了不对称有机合成的发展，使一些生物技术、生物催化剂也迅速扩展到该领域产生纯的的手性中间体和手性产品[2]。

1．生物制药在合成中引入生物转化在制药工业中已成为关键技术。

如Merck公司开发的酰胺酶抑制剂西司他丁的生产就是一个实例。