手性药物的拆分技术专业知识.ppt

,文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。,光学异构体和消旋体晶体间区别,对偏振光的折射不同,填充方式不同,(,固体,),光学异构体,填充方式：,P2,1,Mp 108,o,C,d=1.417,外消旋体,填充方式：,Pna2,1,Mp 89,o,C,d=1.390,手性化合物的合成策略,手性化合物,Chiral Compds,消旋体,Racemates,手性源,Chiral pool,前手性底物,Prochiral Substrates,结晶拆分,Crystallization,动力学拆分,Kinetic Resolution,色谱拆分,Chromatography,合成,Synthesis,不对称合成,Asymmetric Syn.,化学催化,Chemocatalysis,生物催化,Biocatalysis,各制备方法应用统计,化学催化不对称合成,生物催化不对称合成,手性源合成,结晶拆分,色谱拆分,(HPLC),实验室规模,M,L,H,H-M,H,中试规模,H-M,M,H,M,M,小规模生产,H-M,H-M,H,H-M,M,大规模生产,H,M,M-L,H-M,H,H,：使用频率高,;M,：中等频率，有一些问题,;L,较少使用，问题较多,拆分技术定义及其分类,拆分,(,resolution,),技术：,将外消旋体中的二个对映异构体分开，得到光学活性产物的一种方法,特点：,操作简便、实用性强、重现性好,核心：,创造,不对称环境,方法学分类：,结晶拆分法,(,物理拆分法、化学拆分法,),动力学拆分法,(,生物催化的动力学拆分,),复合拆分和包合拆分法,色谱拆分法,一 手性药物的,结晶拆分法,(,最常用,),直接结晶法：,利用外消旋体具有形成,聚集体,(conglomerate),的性质，两个异构体分别各自聚结、自发地以纯结晶形式析出,分类：,自发结晶拆分法,优先结晶拆分法,逆向结晶拆分法,外消旋体的不对称转化和结晶拆分法,在光学活性溶剂中的结晶拆分法,间接结晶法：,将外消旋体与光学纯的化合物形成,非对映异构体,，利用非对映异构体的,溶解度差别,，使其中一个异构体结晶析出,1,自发结晶拆分法,(spontaneous resolution),巴士德,(Pasture),结晶酒石酸 左旋体半面结晶向左，右旋体半面结晶向右,自发结晶拆分,:,指外消旋体在结晶的过程中，自发的,形成聚集体,利用所生成的结晶体之间互为镜像的关系而将其拆分,应用条件,：,聚集体特性,(510%),，有晶体形状,应用较少,对非聚集物,(,如液体,),的化合物进行衍生化转变成具有聚集物的特性,对映异构体和消旋体晶体,R,S,RRR,RRR,RRR,SSS,SSS,SSS,RS,RRR,RRR,RRR,SSS,SSS,SSS,RSRS,SRSR,RSRS,RSSR,SSRR,RSRS,聚集体,(conglomerate),消旋体,2,优先结晶法,(preferential crystallization),定义：,在饱和或过饱和的外消旋体溶液中加入其中一个对映异构体的晶种，造成两个对映异构体具有不同的结晶速率，进行拆分,条件：,能形成具有稳定结晶形式聚集体的外消旋体,应用：,1934,年 肾上腺素盐酸组氨酸的拆分,20,世纪,50,年代 氯霉素中间体的拆分,20,世纪,6070,年代，工业用丙烯腈拆分制备,L-,谷氨酸,(1.3,吨,/,年,),氨基酸的拆分,循环优先结晶法,操作：,拆分时，先将外消旋体制成过饱和溶液,加入其中任何一种较纯的旋光体,(,如右旋体,),作晶种,冷却析出右旋体的晶体后，迅速分离,因右旋体的大量析出，使溶液中左旋体的量多于右旋体，再往溶液中加入外消旋体使其成为过饱和溶液,重复如前的操作，则可得大量的左旋体,如此可交叉循环拆分多次,应用：,默克 拆分甲基多巴的硫酸氢盐制备抗高血压药物,L-,甲基多巴,优先结晶法拆分指数及其影响因素,拆分指数,(resolution index,RI),RI=,W,产物,ep W,晶种,/E,过量,RI,1,时，有效,RI,1,时，无效,采用优先结晶拆分法拆分规律,外消旋体的盐,(,如盐酸盐、硫酸盐等,),比形成共价外消旋体更容易通过优先结晶法拆分。,溶解度比,(a,x,=S,R,/S,A,，,S,R,和,S,A,分别为外消旋体和一种对映异构体的溶解度,)2,更有利于优先结晶法拆分,适当的搅拌速度对促进晶体的生长有利,所使用晶种的颗粒大小和组成必须均一,尽可能减少溶液中存在的其它粒子和颗粒，以免成为所不期望的晶核影响结晶,3,逆向结晶法,定义,:,在饱和的外消旋体溶液中加入,可溶性某一种构型的异构体,如：,(,R,)-,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。,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,)-(+)-,酒石酸钠铵,条件：,能形成聚集体的化合物,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份并能阻止该晶体的生长,逆向结晶法拆分实例,外消旋体,手性添加物,首先沉淀出的对映体,苏氨酸,(threonine),(,S,)-,谷氨酸，,(,S,)-,谷酰胺，,(,S,)-,天冬酰胺，,(,R,)-,半胱氨酸，,(,S,)-,苯丙氨酸，,(,S,)-,组氨酸，,(,S,)-,赖氨酸，,(,S,)-,天冬氨酸,(,R,)-,苏氨酸,谷氨酸盐酸盐,(glutamic acid hydrochloride),(,S,)-,赖氨酸，,(,S,)-,鸟氨酸，,(,S,)-,组氨酸，,(,S,)-,丝氨酸，,(,S,)-,苏氨酸，,(,S,)-,半胱氨酸，,(,S,)-,络氨酸，,(,S,)-,亮氨酸,(,R,)-,谷氨酸,天冬酰胺,H,2,O,(asparagine monohydrate),(,S,)-,谷氨酸，,(,S,)-,天门冬氨酸，,(,S,)-,丝氨酸，,(,S,)-,赖氨酸，,(,S,)-,谷酰胺，,(,S,)-,鸟氨酸，,(,S,)-,组氨酸,(,R,)-,天冬酰胺,对羟基苯甘氨酸,-,对甲苯磺酸盐,(,p,-hydroxyphenyl)glycine,p,-toluenesulfonate,(,S,)-,苯甘氨酸，,(,S,)-,络氨酸，,(,S,)-,对甲氧基苯甘氨酸，,(,S,)-,色氨酸，,(,S,)-,苯丙氨酸，,(,S,)-,赖氨酸，,(,S,)-,多巴，,(,S,)-,甲基多巴,(,R,)-,对羟基苯甘氨酸,组氨酸盐酸盐,(histidine hydrochloride),(,S,)-,色氨酸，,(,S,)-,苯丙氨酸,(,R,)-,组氨酸,苯基羟基丙酸,(phenyl hydroxy propionic acid),(,S,)-,苯丙乳酸,(,R,)-,苯基羟基丙酸,4,外消旋体的不对称转化和结晶拆分,将拆分和外消旋化的过程同时进行，也有称之为动态动力学拆分,一级不对称转化,:,指在外部手性试剂的作用下，溶液中对映异构体之间的平衡发生移动，产生非等量的关系，形成外消旋体的不对称转化和结晶拆分。这种转化通常发生在非对映异构体之间,二级不对称转化：指在平衡混合物中，其中一个对映异构体自发缓慢的结晶或加入纯对映异构体晶种结晶时，由于其结晶速度比平衡速度慢，则溶液中的平衡不断被打破，形成外消旋体的不对称转化和结晶拆分。这种情况又被称为,“,结晶诱导的不对称转化,”,，是将外消旋体转变成单一纯对映异构体,最适合用于羰基,a,手性碳原子上含有,H,原子的羰基化合物。在碱性条件下，羰基,a,手性碳原子上的,H,通过烯醇化发生外消旋,植物生长调节素,(paclobutrazol),的前体酮的不对称转化和结晶,(,R,)-,3-10,(,S,)-,3-10,H,非甾体抗炎药物萘普生,(naproxen),的不对称转化和拆分,(+)-,萘普生甲酯,87%,收率,萘普生甲酯是一个聚集体,其中一个对映异构体的结晶将同时伴随着另一个对映异构体的消旋化,此外，萘普生的乙胺盐溶液也可以用上述方法拆分，拆分收率达,90%,缩胆囊素拮抗剂消旋和拆分,消旋后与樟脑磺酸,(CAS),成盐析晶,Merck,公司 “一锅煮”法,6,公斤生产规模,氨基酸及其衍生物不对称转化和结晶拆分,一般方法：,通常将氨基酸制备成,N,-,酰基氨基酸，在溶液或熔融的条件下均可发生外消旋化,将氨基酸的氨基和醛类化合物，如丁醛、水杨醛反应形成希夫碱也可促进其外消旋化,5,在光学活性溶剂中的结晶拆分,定义：是指使用光学活性的溶剂或含有一定量的光学活性物质作为共溶质的非手性的溶剂来进行对映异构体的结晶分离,发展及现状：,19,世纪末，,Vant Hoff,等 发现对映异构体在光学活性溶剂中溶解度存在差异,迄今为止，用这一原理仅得到一些对映异构体过量的结晶，未能真正实现拆分的目的,对映异构体在光学活性溶剂中溶解度大致可以分为两大类：,普通含手性的有机化合物。溶解度虽有一些差别，但差别并不很大,含手性的有机金属络合物。在含羟基的光学活性溶剂中,(,或含有光学活性的离子化合物的非手性溶剂中,),的溶解度有较大的差异。原因可能是由于手性有机金属络合物的,(+),或,(-),离子与光学活性溶剂有较强的非对映异构体络合物,6,间接析晶法,两种非对映异构体盐溶解度存在差异,应用条件：,所形成的非对映异构体盐中至少有一个能够结晶；,两个非对映异构体盐的溶解度差别必须显著,两个非对映异构体之间不能发生相互作用生成复盐或加成化合物,两种非对映异构体在固态情况下不能发生部分混合形成固体溶液,应用范围：,酸、碱、醇、酚、醛、酮、酰胺及氨基酸的外消旋体,影响因素：,拆分剂的选择,溶剂的选择,非对映异构体的形成和拆分原理,7“,交互拆分”,(reciprocal resolution),和“相互拆分”,(mutual resolution),相互拆分：两对对映异构体，溶解度存在差异，,假设,d,A,d,B/,l,A,l,B,对映体溶解度较小，则可以加入,d,A,d,B(,或,l,A,l,B),晶种，使其中一种同构型的盐优先析出。,此时在溶液中还存在着一个溶解度较小的盐和另一对溶解度较大对映体盐，采用上述加入晶种的结晶方法就可以得到四个光学活性化合物。,不需光学纯的拆分剂，拆分方法更加经济实用。,前提条件是使用拆分剂的逆向拆分必须是可行的。,N,-,苄氧羰酰丙氨酸和麻黄碱的正常拆分、交互拆分及相互拆分,拆分方法类型,待拆分物,拆分剂,非对映异构体产物,溶解度较小的盐,溶解度较大的盐,常规拆,分方法,（,)-Z-Ala,(-)-Eph,(-)-Z-Ala,(-)-Eph,(+)-Z-Ala,(-)-Eph,（,)-Z-Ala,(+)-Eph,(+)-Z-Ala,(+)-Eph,(-)-Z-Ala,(+)-Eph,常规交互,拆分方法,（,)-Z-Ala,(-)-Eph,(-)-Z-Ala,(-)-Eph,(+)-Z-Ala,(-)-Eph,（,)-Eph,(+)-Z-Ala,(+)-Z-Ala,(+)-Eph,(+)-Z-Ala,(-)-Eph,相互拆分方法,a,富含,(+)-Z-Ala,（,)-Eph,(+)-Z-Ala,(+)-Eph,(+)-Z-Ala,(-)-Eph,相互拆,分方法,（,)-Z-Ala,（,)-Eph,(+)-Z-Ala,(+)-Eph,b,(+)-Z-Ala,(-)-Eph,d,(-)-Z-Ala,(-)-Eph,c,(-)-Z-Ala,(+)-Eph,d,a,该方法是用于富含,(+)-Z-Ala,的,Ala,拆分；,b,加入,(+,+),盐为晶种；,c,加入,(-,-),盐为晶种；,d,(+)-Z-Ala(-)-Eph,和,(-)-Z-Ala(+)-Eph,的非对映异构体盐未结晶得到。,麻黄碱,N-,苄氧羰酰基丙氨酸,磷霉素,(fosfomycin),与,(,)-,a,-,苯乙胺的相互拆分,8,半量拆分方法,(,平衡法,),半量拆分法中拆分剂的用量是被拆分化合物量的一半，另一半采用无光学活性的酸和碱。因溶液中存在四种盐的平衡，所以又称之为“平衡法”。,或,优点,:,节约拆分剂的用量，且有时可增大溶解度的差异。,半量拆分方法应用,非甾体抗炎药物萘普生的拆分,抗结核药物乙胺丁醇的中间体,2-,氨基丁醇的拆分,改进：,我国发现用硫酸代替盐酸所得到的效果更好,匈牙利专利报道,2-,氨基丁醇：,D-,酒石酸,4:1,（摩尔比）,甲苯甲醇混合溶剂析晶,得一中性的盐,二份,(+)2-,氨基丁醇与一份酒石酸组成,效果比较好,间接析晶法拆分剂的选择原则,原则,1,（物理和化学性质要求）：,拆分剂必须和被拆分的外消旋体容易形成非对映异构体盐，且易从分离后的非对映异构体中除去,在普通的溶剂中，所形成的两个非对映异构体盐的溶解度差别必须显著。即其中一个非对映异构体盐能较易地形成而结晶析出,拆分剂必须来源方便，价格低廉，易于制备或获得，在解析以后回收率高,拆分剂本身的化学性质稳定，光学纯度高,原则,2,（化学结构特征要求）：,碱性或酸性基团与手性中心的距离要近,引入多个的极性基团且位于关键官能团的邻近，有利于在与对映异构体成盐时，造成两个以上的接触点，提高了拆分能力,增加拆分剂的酸、碱性，特别是当被拆分的外消旋物是弱酸弱碱时则更为重要,常见药物的拆分实例,手性药物,拆分剂,氨苄西林,(ampicinin),D-,樟脑磺酸,乙胺丁醇,(ethambutol),L-(+)-,酒石酸,氯霉素,(chloramphenicol),D-,樟脑磺酸,右丙氧芬,(propoxyphene),D-,樟脑磺酸,右溴苯那敏,(dexbrompheniramine),D-,苯基琥铂酸,磷霉素,(fosfomycin),a,-,苯乙胺,甲砜霉素,(thiamphenicol),D-(-)-,酒石酸,萘普生,(naproxen),辛可宁,地尔硫,卓,(diltiazem),a,-,苯乙胺,用于手性酸和内酯拆分的拆分试剂,生物碱,萜类化合物,合成的胺类化合物,氨基酸及其碱性的衍生物也用作手性羧酸的拆分剂,用于手性碱拆分的拆分试剂,酒石酸及其酰基衍生物是拆分碱性化合物的常用试剂,是一个多元酸，拆分时使用量与被拆分物摩尔比为,1:1,，得的是非对映异构体的酸式盐,酰基衍生物酸性比酒石酸强,芳酰基的引入提供了额外的作用基团增强了酰基衍生物对被拆分物的非对映体的识别，并且使所形成的非对映体更易结晶,用于手性碱拆分的拆分试剂,脱氧胆酸拆分水溶性比较高的胺，效果比较好,扁桃酸及其衍生物和,Mosher,酸可拆分伯胺、仲胺类化合物,酸性比较强的樟脑磺酸和,(,S,)-(+)-1,1-,联萘基磷酸,(pKa=2.5),可作为难以拆分的叔胺类化合物的拆分剂,用于氨基酸拆分的拆分试剂,在有机合成中，外消旋氨基酸的拆分通常使用其保护的形式，大多数为氨基酰化的产物，如：,N,-,乙酰基、,N,-,甲酰基、,N,-,苯甲酰基、,N,-,对甲苯磺酰基、,N,-,邻苯二甲酰基、,N,-,苄氧羰基、,N,-(,对硝基苯基,),亚磺酰基,外消旋氨基酸的氨基酰化产物成为了酸性化合物，可通过使用碱性拆分剂拆分，如：番木鳖碱、奎宁及麻黄碱,氨基酸可直接用手性酸作拆分剂进行拆分，而不必将氨基酸进行保护，如：可用扁桃酸进行氨基酸的拆分；,10-,樟脑磺酸拆分,2-,叔丁基甘氨酸,用于拆分手性羟基化合物的拆分试剂,含有羟基的化合物有醇、二醇、硫醇、二硫醇和酚,对醇类化合物的拆分通常采用酯衍生化的方法,早期使用邻苯二甲酸酐和醇反应制成邻苯二甲酸单酯，再利用其中一个游离的羧基和手性的碱性拆分剂形成非对映异构体的盐,现在可将醇直接和手性的羧酸反应形成非对映异构体的酯，通过结晶的方法或色谱分离的方法来进行拆分,常用的手性拆分剂有：,扁桃酸及其衍生物和,Mosher,酸、,10-,樟脑磺酸等,二醇化合物含有双羟基，在转变成酯时通常转变为单酯即可,-,莰烷酸还可以用于手性含酚类化合物的拆分,利用手性的异氰酸酯，如：,(,R,)-,萘乙基异氰酸酯和胺类化合物反应形成非对映体的氨基甲酸酯同样可以达到目的。这一方法对难拆分的醇，特别是叔醇的拆分也可以得到较好的结果,用于手性醛和酮拆分的拆分试剂,原理：利用羰基的反应活性将其转变成含共价键的非对映异构体再进行拆分,利用邻位手性二羟基和醛、酮的羰基缩合生成非对映异构体的缩醛或缩酮进行拆分，如酒石酸衍生物和,(,R,R,)-2,3-,丁烷二醇,利用手性的胺、氨基酸酯和肼与醛或酮的羰基形成非对映异构体的希夫碱、腙来进行拆分。如抗生育药物棉酚,(gossypol),的拆分,醛和酮类化合物还可以通过和邻羟基胺或邻二胺反应生成非对映异构体的噁唑烷或咪唑烷,如：麻黄碱,(ephedrine),9,组合拆分,(combinatorial resolution),定义：,采用一组,同一结构类型,的手性衍生物的拆分剂家族,(resolving agent family),代替单一的手性拆分剂进行外消旋化合物的拆分,实验发现，在待拆分的外消旋体溶液中加入一组拆分剂家族后，通常可以很快地沉淀得到非对映异构体盐的结晶，拆分得到的化合物的光学纯度,(,e.e.,),高达,90%,以上，收率几乎达到定量的程度,组合拆分特点,与前述的经典拆分方法相比较：结晶速度快，收率高，纯度也较高,前面提及的“形成非对映异构体”的拆分原理，是采用单一的纯度较高的拆分剂与被拆分的外消旋手性化合物形成一对非对映异构体的盐，利用这一对非对映异构体的溶解度差别，将其分离，达到拆分的目的。,但是并不是每一种手性化合物都可以用作拆分剂的,组合拆分试剂,拆分剂家族：,常用的手性拆分剂为原料经结构修饰得到的衍生物,也可是含有不同取代基的某一类结构类型的化合物,也可是含有消旋物的混合物,拆分剂家族组成不同，但各组分的比例相等,拆分剂家族不是各种拆分剂的随机组合，也不是具有相同官能团拆分剂,(,例如手性羧酸如酒石酸、乳酸、苹果酸,),相混合,在拆分剂家族中，各个拆分剂之间有非常强的结构类似性和立体化学的均一性,(,主要指同一的手性和化合物的对映纯度,),组合拆分试剂,1,拆分酸性化合物,a-,苯乙胺类拆分剂家族,PE-I,，,PE-II,和,PE-III,邻氨基醇,PG,组合拆分试剂,2,拆分碱性化合物,酒石酸类衍生物的拆分剂家族,T,和,TA,拆分剂家族,P,，,PGA,和,M,也可用于氨基醇类化合物的拆分,对位取代的扁桃酸,M,N,-,取代的苯甘氨酸,PGA,邻位取代的苯丙二醇磷酸酯,P,等,小结,在结晶拆分中，直接拆分法需要被拆分物能形成聚集物，经过物理手段形成结晶进行分离；,而在形成非对映体的拆分中，一般是利用被拆分物中存在的官能团，如羧基，氨基，羟基，酯基，醛或酮基与手性拆分试剂，如手性羧酸或手性胺，形成离子键或共价键的非对映异构体，再通过结晶进行分离。,但是对于那些结构中不存在明显的、可利用官能团时，结晶拆分方法的应用显然受到一些限制，而新近发展起来的复合拆分和包合拆分正是可以解决这些问题,动力学拆分,二 动力学拆分,(kinetic resolution),定义,:,利用外消旋混合物中二个对映异构体,(A,B),与手性催化剂反应速度的不同，其中反应速度快的对映异构体转化为产物,(P,），而反应速度慢的对映异构体仍以原有的形式,(Q),存在在反应体系中。然后将,P,和,Q,分离，通过这样的方法可以达到拆分的目的。,动力学拆分效率可通过光学异构体比率（,E,）来表示，即反应速度快的异构体和反应速度慢的异构体的反应速度常数,KA,和,KB,的比值,通过动力学拆分得到的对映异构体纯度仍用对映异构体纯度,(enantiomeric excess,ee),来表示，但对于分离得到的未反应对映异构体（,Q,）和产物（,P,）分别用,(eeQ),和,(eeP),表示,动力学拆分的实现,动力学拆分可以通过化学或酶的方法实现,化学催化拆分 更经济,酶催化拆分,E,值更高,分类：,化学方法,化学等量反应方法,化学催化反应方法,酶催化方法,动态动力学拆分法,Sharpless,的烯烃不对称环氧化法（含手性羟基的烯丙醇类化合物）,动力学拆分的化学等量反应方法,条件：,氧化剂：化学等量的过氧化物,催化剂：催化量的酒石酸酯和四异丙氧基钛,收率：,70,90,，,ee 90,化学等量手性助剂动力学拆分萘普生,除虫菊酸,(pyrethroid acid),和芳氧基丙酸也可用此法进行的动力学拆分,(S)-,萘普生,R-,1-(4-,吡啶基,),乙醇,(R,R),-,萘普生,1-(4-,吡啶基,),乙醇酯,酸酐,动力学拆分的化学催化反应方法,化学催化剂,:,为贵金属配合物的催化剂,催化的反应类型：水解、氧化、还原、酰化等,如：,Jacobsen,等 手性,(Salen)Co(I),催化剂催化外消旋末端环氧化合物的水解动力学拆分反应,此方法应用到治疗老年痴呆症的药物,588,的重要中间体,A,和盐酸左旋沙丁胺醇的重要中间体,B,的拆分,动力学拆分的酶催化方法,酶的动力学拆分通常是以脂肪酶、酯酶、蛋白酶等水解酶为手性拆分催化剂,主要用于光学活性的醇、酸、酯的制备,利用酶对对映异构体的识别作用，可有效的拆分外消旋化合物,特点,:,拆分效率和立体选择性高,反应条件温和,环境污染少,缺点,:,反应多数在水相中进行,(,化合物在水中的溶解度低，产物的浓度低,),分离困难较大,;,在水相中酶的特异性难以调节，使水相中酶催化拆分法应用范围受到较大的限制,20,世纪,80,年代 非水相中的酶催化,优点：酶具有高效性，酶促反应可在中性、常温、常压下进行；酶源丰富；具有较好的区域选择性和立体选择性,手性酸药物的酶催化动力学拆分,手性酸类药物制成相应酯，利用酶选择性水解某一对映异构体的酯成手性酸，达到动力学拆分的目的,应用：,外消旋萘普生酯拆分制备,(,S,)-,萘普生,白曲霉菌,(Candidacylindracea),中的脂肪酶,(,收率,:40%,ee98%),(,收率,:45%,ee98%),外消旋布洛芬甲酯拆分制备,(,S,)-,布洛芬,羧酸酯酶,NP,(ee 98%),马肝酯酶,(ee 96%),羧酸酯酶,NP,手性酸药物的酶催化动力学拆分应用,脂肪酶,PS,水解手性羧酸酯拆分得到,(,R,)-,型手性羧酸合成子,合成新型抗高血压药,16-,氟前列腺素,血管紧张素转化酶抑制剂,Cilazapril,白三烯拮抗剂,Ro 233544,的手性合成子,用白曲霉菌脂肪酶、灰链霉菌,(Streptomycesgriseus),脂肪酶、枯草杆菌蛋白酶进行维生素,E,、抗生素,florfenicol,、氯霉素手性羧酸合成子的拆分,手性酸酯药物的酶催化氨解动力学拆分,手性酸酯在脂肪酶的催化作用下可以和氨发生氨解反应，生成相应的酰胺。,特点：,适用于化学方法难以合成的不饱和脂肪酸的酰胺,由于许多酰胺在有机溶剂中溶解度低，因此在氨解反应过程中易于从反应体系析出，可实现产物的在线分离，且有利于平衡向产物方向移动,如：,布洛芬的氯乙酯,(,S,)-,布洛芬氯乙酯,(,R,)-,布洛芬酰胺,ee,96%,手性醇药物的酶催化动力学拆分,将手性醇类药物制成相应的酯，利用酶选择性水解某一对映异构体的酯成手性醇，从而达到动力学拆分的目的,应用：,芳氧基苯丙醇胺类,-,受体阻断剂，如普萘洛尔,(propranol),，倍他洛尔,(betaxolol),等药物的拆分,抗肿瘤药物紫杉醇的侧链和,5-,羟色胺拮抗剂主环的动力学拆分,OH,(S)-,普萘洛尔,(R)-,普萘洛尔,手性酰胺类药物的酶催化动力学拆分,工业应用：,青霉素酰化酶,(penicillinacylase,，,PA),拆分合成,6-,氨基青霉烷酸,PA,拆分半合成,-,内酰胺抗生素,PA,拆分氯碳头孢（,loracarbef,）的手性合成子,PA,拆分合成具有抗癫痫和抗惊厥活性的,-,氨基丁酸转氨酶抑制剂的手性合成子,-,氨基丁酸衍生物,外消旋,N,-,苯乙酰基,-,氨基丁酸衍生物,(R)-,对映体,(S)-,对映体（活性）,-,工业生产上大规模制备,L-,赖氨酸,DL-,氨基,-,己内酰胺,D-,型副产物,其它药物的酶催化动力学拆分,腺苷脱氨酶,(Adenosinedeaminase,，,ADA),催化 选择性水解,diaminocarbovir,制备抗病毒活性较高的核苷类药物,(-)-carbovir,公斤规模 固定化酶 胞苷脱氨酶,(Cytidinedeaminase,，,CDA),催化，选择性脱去右旋对映异构体的,4-,氨基，制备强效抗病毒药拉米夫定,(3TC),左旋体,动态动力学拆分,(Dynamic kinetic resolution,DKR),传统的动力学拆分方法不足：,光学纯产物最大收率只有,50%,只有一个对映异构体是所需的，而另一个对映异构体很少有用或几乎无用。这样的缺点从经济学角度和环境因素来看，都是不合适的。,回收底物和产物的对映体纯度受反应转化程度的影响，底物转化为产物的量越多，,e.e.,值越低；,拆分反应选择性与时间有关,动态动力学拆分：,将经典的动力学拆分和手性底物消旋化相结合,在拆分过程中利用某一反应底物在化学条件或酶存在下不稳定易发生消旋化的特点，在动力学拆分的同时，将该底物消旋化，这样可以源源不断地得到所需的化合物,动态动力学拆分应用,非甾体抗炎药物酮洛酸,(Ketorolac),的拆分，,灰色链霉菌,(,Streptomyces griseus,),中提取的蛋白酶拆分外消旋的酮洛酸乙酯，得抗炎活性较强的,S-,(-),-,酮洛酸,外消旋的酮洛酸乙酯,S-,(-),-,酮洛酸,碳酸盐,(pH=9.7),的缓冲液,收率,92%,，,ee 85%,三 复合拆分和包合拆分方法,复合拆分方法,包合拆分,(inclusion resolution),方法,洞穴包合拆分,笼状包合物拆分,包结拆分方法,复合拆分方法,原理：,是利用氢键或范德华力等化学的相互作用而产生的性质差异，达到拆分的目的。,本质上仍属于结晶拆分法，也是化学拆分法的方法之一,应用范围：,具,电子的外消旋烯烃，芳香族化合物,在拆分过程中，烯烃或芳香族化合物由于存在大,电子，能和含,电子的手性试剂形成,电子转移复合物,，或与手性有机金属络合物形成,配位物,，这些,电子转移复合物,和,金属配位物,具有非对映异构体的特点而易于被分离,具孤对电子的元素有机化合物，如有机硫、砷、磷化合物等,硫、磷和砷等的有机化合物由于这些元素的电子空轨道或含有的孤对电子，能与,Lewis,酸性或,Lewis,碱性的手性试剂形成,复合物,而被分离。,复合拆分剂,TAPA,TAPA,：,a-(2,4,5,7-,四硝基,-9-,芴亚氨氧基,),丙酸,手性的含,电子的酸,TAPA,是具有共平面结构的多硝基芳烃，能和富电子的稠环芳烃或芳烃形成,电子复合物或,电子转移复合物，这些复合物颜色较深，有较好的晶形和熔点,可用于拆分手性中心过分拥挤或结构中存在阻旋的结构，难以用常规方法折分的芳香醚类、芳香酯类，以及磷酸酯类化合物，特别适用于拆分缺乏官能团的烃类,还可用于拆分碱性较弱的含有手性侧链芳胺、芳杂化合物、芳烃,包合拆分,(inclusion resolution),方法,原理：,利用拆分剂分子,(,主体分子,),中存在的一些空穴，这些空穴能够允许一定形状和大小的被拆分分子,(,客体分子,),包合在其中，形成,非对映异构的包合物,，利用构型不同的客体化合物与主体的空穴之间形成氢键和范德华引力能力的差异，对其中一个对映异构体产生优先包合来进行分离。,这些具有空穴的主体分子与被拆分的客体分子在分子,-,分子体系层次产生手性匹配和选择。,包合拆分,形成形式及影响因素,影响主体分子和客体分子之间手性匹配和选择性因素：,(1),主体分子和客体分子之间有紧密的结合能力，是产生对映选择性的必备条件。,(2),主体分子和客体分子之间有较好的相容性，即主体分子空穴的手性和客体分子的手性产生一种锁,匙关系。,(3),客体分子必须有一定的柔性，以便使自身能够较好地进入主体分子的空穴中。,包合物的形成主要有两种形式：,一种是洞穴包合物,(cavitates),另一种是笼状包合物,(clathrates),洞穴包合拆分剂,环糊精,环糊精,(cyclodextrin),是包合物拆分中使用最广泛的试剂,环糊精存在手性，当它与外消旋化合物作用时，通过手性匹配和识别作用，产生非对映异构体差异,用于非甾体抗炎药非诺洛芬,(fenoprofen),的拆分,还能用于拆分羧酸酯、亚磺酸酯等,洞穴包合拆分剂,环状大环醚化合物,拆分剂：具有大环结构的手性的环状多元醚,(,冠醚,),和环糊精，可在分子中形成洞穴,环状大环醚化合物用来分离萘普生,萘普生和萘普生甲酯都可以和,环状大环醚化合物,形成包合物。但后者形成的包合要比前者的包合物稳定,因萘普生分子结构中,-COO,-,与,环状大环醚化合物,中的,N,+,形成离子对的结合能力，不如形成,-,电子复合物的结构能力强，形成非对映异构体包合物的差异也不如,-,电子复合物,笼状包合物拆分,笼状包合物的形成通常是客体分子被多个主体分子所包围，形成晶体时，晶格中好像是由主体分子组成的隧道，而被包围的客体分子，恰好处于这个隧道之中,产生笼状包合物的主体分子有,脲,三邻百里香酚酸交酯,(tri-,o,-thymotide,TOT),笼状包合物拆分剂,脲,脲是非手性化合物，,在常规条件下结晶时，由于分子间氢键的存在，通常产生具有紧密结构的四方晶系晶体。,但当有客体分子存在时，则形成对映结构的结晶，呈六方晶系。,这种对映结构的六方晶系结晶中，具有长长的螺旋状隧道结构，而将客体分子包合于其中，形成隧道包合物。由于是螺旋性隧道结构，由此有左螺旋和右螺旋之分。所以尽管脲分子本身不具手性，但形成的隧道呈螺旋状，所以可以用来拆分手性化合物。,应用范围：,主要用于拆分手性的线状烷烃分子，而分子的手性中心是由体积比较小的取代基所形成的,(,如,CH3,Cl,Br,NH2,SH,OH,环氧等,),脲和烷烃之间是通过范德华力的相互作用而形成稳定的分子结构。,包结拆分方法,(inclusion resolution),是近二十年来发展起来的一种新的拆分方法,包结拆分方法与包合拆分相类似，但又不完全一样,基本原理：,是利用手性的主体化合物,(host molecule),可以通过弱的分子间作用力，如氢键或分子间,-,作用力，选择性地与外消旋的客体化合物,(guest molecule),中的一个对映异构体形成,稳定的超分子络合物,，即包结络合物,(inclusion complex),析出，从而达到使对映异构体分离的目的。,包结络合物形成的原因：,要求主体化合物与客体分子间形成有效的且较强的分子识别能力。,由于包结拆分中使用的主体化合物是手性分子，被识别的客体化合物是一对手性对映异构体，其识别过程是手性的识别过程。,包结拆分法的拆分剂,拆分剂主体化合物结构类型：,双羟基化合物 如联二萘酚,(BINOL),，,2,2-,二羟基,-9,9-,联二蒽，,(4,R,5,R,),和,(4,S,5S)-4,5-,二,(,二苯基羟甲基,)-2,2-,二甲基,-1,3-,二氧戊环,(TADDOL),等；,烃类化合物,酰胺类化合物,4,色谱拆分,背景介绍：,此法是近年来文献中报道最多的方法,仅用于手性化合物的分离、分析和纯度测定,从制备的角度出发，色谱拆分的容量大多也只有克级至百克级水平,最多仅可用于产量较小、价格比较昂贵、且用其他方法难以拆分的药物,制备色谱拆分,各种各样的技术已用于制备色谱拆分,分批洗脱色谱法,(elution batch chromatography),（最常用）,闭环循环色谱法,(closed loop recycling chromatography,，,CLRC),模拟流动床色谱法,(simulated moving bed chromatography,SMB),超,(,亚,),临界流体色谱的制备拆分方法,仅限于比较贵重的手性药物的制备拆分,闭环循环色谱法,(CLRC),原理图,馏份收集器,(24V,电磁阀,),循环模式：,-,洗脱模式：,样品注入：,-,-,-,-,-,1958,年,Martin,提出,在封闭的循环中进行洗脱色谱的高效制备拆分,适用于部分溶解的化合物的拆分,适于较大量消旋体的拆分,优点：,溶剂消耗量相对少；,劳动强度低,无须频繁添加流动相；,相同时间内产量较高；,可以用较小尺寸的色谱柱达到相同的目的；,不足：,需要价格昂贵的手性固定相,有机溶剂消耗多,生产规模相对还较小,检测器,泵,样品溶液,避孕药物,CGS16920,的拆分曲线,无需太多的努力就可以将分析量的拆分扩大到制备量,制备出的量足够药物开发阶段试验使用,模拟流动床色谱法,(Simulated moving bed chromatography)SMB),模拟流动床色谱法是迅速发展起来的可用于大规模制备光学纯化合物的一个强有力的工具。,它也被人们认为是最有发展前途的制备拆分方法。,是模拟固定相和流动相相对运动的一种连续色谱法。,通过将洗脱液和混合物不断地添加到拆分系统中进行分离并不断地回收已分离的化合物,流动相和固定相的相对运动通过如下途径来模拟：,将固定相分为若干个连成循环的色谱柱，每个柱子的顶端都安装有阀门用于添加洗脱液、加入和取出残留物以及拆分出的组分。输入和输出线经过一段时间后就要从一根柱转换到流动相方向上的下一根，这样就相当于固定相在向流动相相对的方向运动。一个循环完成后，各条线都达到最初的位置，重复进行相同的操作就可以完成拆分工作,特点：,节约了手性制备拆分的成本,(,尤其是流动相消耗上只需分批洗脱色谱法的,10%),用此法可大批量生产单一对映体化合物,固体 液体,残余液,进料,提取液,洗脱液,模拟流动床色谱法原理图,手性药物的模拟流动床色谱拆分,手性药物,固定相,容量,备注,参考文献,(,+,)-,苏氨酸,(,+,)-Threonine,Chirosolve L-proline,30g,102,(,+,)-hetrazepine,微晶纤维素三乙酸酯,(CTA),119g/h kg CSP,每克对映体,94ml,流动相,103,(,+,)-,吡喹酮,(,+,)-praziquantel,纤维素三乙酸酯,4.7g/h kg CSP,每克对映体,56ml,流动相,104,(,+,)-,曲马多,(,+,)-tramadol,Chiralcel AD,50g/h kg CSP,每克对映体,500ml,流动相,105,(,+,)-,联萘酚,(,+,)-binaphthol,Pirkle-type 3,5-DNBPG,2000g/day,106,(,+,)-,普萘洛尔,(,+,)-propranolol,Chiralcel OD,3.83g/h L CSP,每克对映体,200ml,流动相,107,(,+,)-,愈创甘油醚,(,+,)-guaifenesin,Chiralcel OD,10.0g/h kg CSP,每克对映体,380ml,流动相,108,(,+,)-,福莫特罗,(,+,)-formoterol,Chiralcel OJ,1.2g/h kg CSP,每克对映体,515ml,流动相,108,超,(,亚,),临界流体色谱的制备拆分方法,(supercritical&subcritical fluid chromatography,SFC),从,20,世纪,80,年代中期迅速发展起来,用液态的二氧化碳作为流动相,液态的二氧化碳粘度较低，可以迅速将产物洗出,二氧化碳无毒，价格便宜，适合于大量生产,不足：,