生物转化技术在现代医药中的应用

关于生物转化技术在现代医药中的应用第一节生物转化与手性药物合成

生物催化剂为高度手性催化剂，催化反应效率高、立体选择性好，反应产物对映体过量率（e.e）有时可达100%，生物催化法是实现手性合成的有效途径，而很多药物的药理活性与毒性与药物手征性结构密切相关。第2页,共130页，2024年2月25日，星期天利用生物转化技术制备手性药物（关键中间体）的一些实例

酶关键中间体制药工业实例脂肪酶抗抑郁药帕罗西汀，脂肪酶拆分得到(S)-

-甲基--乙酰硫代丙酸抗高血压药卡托普利氧化酶选择性氧化得到(R)-

-甲基--羟基丙酸脂肪酶拆分得到(2R,3S)-4-甲氧苯基缩水甘油酸甲酯抗心绞痛和高血压药地尔硫卓脂肪酶拆分得到手性侧链

-氨基-N-苯甲酰基-(2R,3S)-3-苯基异丝氨酸抗肿瘤药紫杉醇脂肪酶拆分消旋体非甾体消炎药（S）-奈普生脂肪酶拆分消旋体非甾体抗炎药（R）-氟比洛芬脂肪酶拆分得到D-泛酸内酯辅助药D-泛酸第3页,共130页，2024年2月25日，星期天单加氧酶（R）-3-（对氯苯基）-4-丁内酯解痉药(R)-（-）-巴氯酚

-胰凝乳蛋白酶拆分得到（R）-3-(对氯苯基)戊二酸甲酯单加氧酶（S）-(+)-ε-内酯维生素类药（R）硫辛酸单加氧酶甾体单加氧酶不对称醇类的酶法拆分β-受体阻滞药美托洛尔、阿替洛尔单加氧酶β-受体阻滞药阿替洛尔单加氧酶β-受体阻滞药普瑞特罗（prenalterol）单加氧酶磷霉素第4页,共130页，2024年2月25日，星期天氧化酶将2,5-二甲基吡嗪中两个不对称甲基中的一个氧化为羧基降糖药格列吡嗪氧化酶维生素类药L-肉碱（维生素BT）水解酶拆分脱氢酶抗高血压新药Omapatrilat、tert-亮氨酸腈水解酶精神振奋药哌醋甲酯腈水合酶抗粗糙病药尼克酰胺（烟酰胺）酰化酶氨苄青霉素第5页,共130页，2024年2月25日，星期天酰化酶氨苄头孢菌素酰化酶6-APA酰化酶乙酰泰乐菌素D-氨基酸氧化酶和戊二酰-7-ACA酰化酶7-ACA酰基转移酶Xemilofiban嘌呤核苷磷酸化酶抗病毒药利巴伟林丙酮酸脱羧酶L-苯基乙酰基甲醇抗支气管药L-麻黄碱抗感冒和抗过敏药D-假麻黄碱黄嘌呤氧化酶抗病毒药阿昔洛韦第6页,共130页，2024年2月25日，星期天氰醇酶手性氰醇沙虫剂溴氰菊酯和氯氟胺氰戊菊酯蛋白酶抗病毒药abacariv脱卤酶降血脂药atorvastatin乙酰内脲酶D-苯甘氨酸、D-氨基酸D-海因酶拆分得到(R)-N-氨甲酰-4-羟基苯苷氨酸酪氨酸-苯酚裂合酶将儿茶酚、丙酮酸和氨缩合L-多巴第7页,共130页，2024年2月25日，星期天一、有关手性合成的几个基本概念1、手性或手征性（chiral或chirality）所谓手征性是指实物与其镜像不能相互重合的性质，如同人的左手和右手的关系，互为镜像，但不能重合。判断分子是否具有手征性，必须考虑它缺少哪些对称因素。通常只要一个分子既没有对称面又没有对称中心时，就可以断定它是手征性分子。造成分子有手征性的一个最通常的因素是含有手性碳原子（常用*C表示），即和四个不同原子或基团相连的碳原子。第8页,共130页，2024年2月25日，星期天2、手性药物（chiraldrug）所谓手性药物是指单一异构体药物。近年来人们对手性药物愈来愈关注的重要原因是它们的治疗活性主要存在于一种异构体，而另一（些）异构体或是无活性的、或是具有不同的药理活性，甚至有严重的毒副作用。第9页,共130页，2024年2月25日，星期天3、对映体、对映异构体（enantiomer）具有一定构造的分子，其原子在空间的排列方式可能不止一种，即可能存在不止一种构型。凡是手性分子，必有互为镜像的构型。这种互为镜像的两种构型叫做对映体。分子的手性是对映体存在的必要和充分的条件。一对对映体的构造相同，只是立体结构不同，因此它们是立体异构体。这种立体异构体就叫做对映异构体。第10页,共130页，2024年2月25日，星期天3、对映体、对映异构体（enantiomer）对映异构和顺反异构一样都是构型异构。要把一种异构体变成构型异构体，必须断裂分子中的两个键，然后对换两个基团的空间位置。而构象异构则不同，只要通过键的扭转，一种构象异构体就可以转变为另一种构象异构体。第11页,共130页，2024年2月25日，星期天4、立体异构体（stereoisomer）其分子由相同数目和相同类型的原子组成，是具有相同的连接方式但原子的空间排列方式不同，即构型不同的化合物。第12页,共130页，2024年2月25日，星期天5、非对映异构体（diastereoisomer）具有二个或多个非对称中心，且其分子相互不为镜像的立体异构体。如D-赤鲜糖和D-苏糖常简称为“非对映体”。第13页,共130页，2024年2月25日，星期天6、不对称合成、手性合成（asymmetricsynthesis,chiralsynthesis）不对称合成常常也被称之为手性合成。最初的定义为，不对称合成是一个用纯手性试剂通过非手性底物的反应形成光学活性化合物（opticallyactivecompound）的过程，即从一个具有对称构造的化合物产生光学活性物质的反应过程。

第14页,共130页，2024年2月25日，星期天6、不对称合成、手性合成（asymmetricsynthesis,chiralsynthesis）更为广义的不对称合成的定义为，一个反应，其中底物分子整体中的非手性单元由反应剂以不等量地生成立体异构产物的途径转化为手性单元。也就是说，不对称合成是一个过程，它将潜手性（prochiral）单元转化为手性单元，使得产生不等量的立体异构产物。第15页,共130页，2024年2月25日，星期天一个成功的不对称反应的标准1）高的对映体过量（e.e）；2）用于不对称反应的反应剂应易于制备并能循环使用；3）可以制备得到R和S两种构型；4）最好是催化性的合成。迄今，能完成最好的不对称合成的反应剂可以认为是生物催化剂，即自然界中的微生物和酶。第16页,共130页，2024年2月25日，星期天7、不对称放大、手性合成子和手性助剂（asymmetricamplification,chiralsynthon,chiralauxiliary）

不对称放大是指应用一种具较低对映体纯度的催化剂或试剂制备具较高对映体纯度的产物的过程。手性合成子为一单对映体化合物，以其作为起始原料在反应过程中诱导产生所需的手性化合物。手性助剂为一单对映体化合物，其通过共价键与底物暂时结合，在反应过程中诱导出手性，最后再使共价键断开得到单对映体产物，并回收助剂。第17页,共130页，2024年2月25日，星期天8、外消旋、内消旋和外消旋化

（racemic,meso,racemization）外消旋是指一种物质以两种互为对映体的手性分子的等量混合物形式存在的现象，这种物质即为外消旋体。外消旋体也称为外消旋混合物（racemicmixture）或外消旋物(racemate)，其化合物名称前用dl（不鼓励使用）或

符号（较好）或用前缀rac表示。第18页,共130页，2024年2月25日，星期天8、外消旋、内消旋和外消旋化

（racemic,meso,racemization）内消旋是指一种物质的分子内具有2个或多个非对称中心但又有对称面，因而不能以对映体存在的现象，这种物质即为内消旋体，其化合物用前缀meso表示。外消旋化是指一种对映体转化为两个对映体的等量化合物。内消旋体和外消旋体都没有旋光性，但它们在本质上是不同的。第19页,共130页，2024年2月25日，星期天9、光学（旋光）活性、光学（旋光）异构体和光学纯度（opticallyactive,opticalisomer,opticalpurity）光学活性是指由实验观察到的一种物质将单色平面偏振光的平面向观察者的右边或左边旋转的性质，通常用（+）表示右旋，用（–）表示左旋。光学异构体即为对映体的同义词，现已不常用，因为一些对映体在某些光波长下并无光学活性。光学纯度是指根据实验测定的旋光度，在两个对映混合物中一个对映体所占的百分数。

第20页,共130页，2024年2月25日，星期天10、立体选择性反应和立体专一性反应（stereoselectivereaction,stereospeceficreaction）

如果一个反应不管反应物的立体化学如何，生成的产物只有一种立体异构体（或有两种立体异构体时，其中一种异构体占压倒优势），这样的反应被称之为立体选择性反应。从立体化学上有差别的反应物给出立体化学上有差别的产物的反应被称之为立体专一性反应。所有的立体专一性反应必定是立体选择性反应，但不是所有的立体选择性反应必定是立体专一性反应，因为有些反应物是没有立体结构特征，而生成物是有立体结构特征的。

第21页,共130页，2024年2月25日，星期天11、对映体过量（enantiomericexcess,简称e.e）和对映选择性（enantioselectivity）

对映体过量（e.e）是指在两个对映体混合物中，一个对映体E1过量的百分数，即e.e=[（E1–E2）]/[（E1+E2）]×100%

对映选择性是指一个化学反应（包括生物反应等）产生一种对映体多于相对对映体的程度。第22页,共130页，2024年2月25日，星期天12、D/L、R/S和d/l

D/L为分子的绝对构型，按照与参照化合物D-或L-甘油醛的绝对构型的实验化学关联而指定。D/L标记法应用已久，也比较方便。但是这种标记只能表示出分子中一个手性碳原子的构型，对于含有多个手性碳原子的化合物不合适，有时甚至会产生名称上的混乱。因此，其仅常用于一些常见的和天然的氨基酸或糖，对其它一些化合物目前都采用R/S来表示。第23页,共130页，2024年2月25日，星期天12、D/L、R/S和d/l

R/S标记法是根据手性碳原子所连接的四个基团的排列顺序来标记手性碳原子构型的一种方法。因此，在化学反应中，如果手性碳原子构型保持不变，产物的构型与反应物的相同，但其“R”或“S”标记却不一定与反应物相同。反之，如果反应后手性碳原子的构型转化了，产物构型的“R”或“S”也不一定与反应物相同。因为经过化学反应，产物的手性碳上所连接的基团与反应物的不一样了，产物和反应物的相应基团的排列次序可能相同也可能不同。“R”或“S”的标记，决定于它本身四个基团的排列次序，而与反应时的构型是否保持不变无关。第24页,共130页，2024年2月25日，星期天12、D/L、R/S和d/l

d或l是指物质右旋或左旋，是按照实验测定的将单色平面偏振光的平面向右或向左旋转而定，目前常用（+）表示右旋，用（–）表示左旋。

第25页,共130页，2024年2月25日，星期天13、拆分（resolution）拆分是指将外消旋体分离成旋光体的过程。外消旋体是有一对对映体等量混合而成。对映体除旋光方向相反外，其它物理性质都相同，因此，虽然外消旋体为两种化合物的混合物，但用一般的物理方法，如蒸馏、重结晶等不能把一对对映体分离开来，必须用特殊的方法才能把它们拆开。目前常用的一些方法包括有以下几种。第26页,共130页，2024年2月25日，星期天化学拆分法：这个方法应用最广。其原理是将对映体转变为非对映体，然后分离。外消旋体与无旋光性的物质作用并结合后，仍是外消旋体。但是若使外消旋体与旋光性物质作用并结合后，则原来的一对对映体变成了两种互不对映的衍生物。于是外消旋体变成了非对映体的化合物。非对映体具有不同的物理性质，可以用一般的分离方法把它们分开。最后再把分离所得的两种衍生物分别变回原来的旋光物质，即达到了拆分的目的。这种拆分法最适合于酸或碱的外消旋体的拆分。目前已经开发了许多光学异构体分离用的介质。第27页,共130页，2024年2月25日，星期天生物拆分法：某些微生物或它们所产生的酶。对于对映体中的一种异构体有选择性的分解作用。利用微生物或酶的这种性质可以从外消旋体中把一种旋光体拆分出来，但在拆分过程中，外消旋体至少有一半被消耗掉了。第28页,共130页，2024年2月25日，星期天诱导结晶拆分法：在外消旋体的过饱和溶液中，假如一定量的一种旋光体的纯晶体作为晶种。由于溶液中这种旋光体的含量较高，且在晶种的诱导下优先结晶析出。将这种结晶滤出后，则另一种旋光体在滤液中相对较多。再加入外消旋体制成过饱和溶液，于是另一种旋光体优先结晶析出。如此反复进行结晶，就可以把一对对映体完全分开。第29页,共130页，2024年2月25日，星期天选择吸附拆分法：用某种旋光物质作为吸附剂，使之选择性地吸附外消旋体中的一种异构体，以达到拆分的目的。近年来开发用于分离光学异构体的拟移动床色谱就是根据这种原理设计的。第30页,共130页，2024年2月25日，星期天逆流萃取拆分法：在萃取液中使用合适的手性助剂，以逆流萃取的方法可以使外消旋体混合物对映体得到分离。第31页,共130页，2024年2月25日，星期天其它拆分法：近年来正在不断开发各种新的对映体拆分技术包括所应用的设备的开发。第32页,共130页，2024年2月25日，星期天14、外消旋体转换（racemicswitch）即从已知的外消旋体药物开发单一异构体药物。这对该品种的原开发商而言可籍此延长产品的专利保护期。对其它厂商而言是一条获得新产品的捷径，因为其相对风险小投入少。第33页,共130页，2024年2月25日，星期天二、开发手性药物的意义美国FDA于1992年公布了手性药物指导原则称：制药厂商必须确定外消旋体及各立体异构体的特性、作用效果、质量、纯度，比较各异构体的体外系统和（或）人体中的药理活性，如异构体之间药物动力学特性有差异的需分别测定相关的数据。第34页,共130页，2024年2月25日，星期天二、开发手性药物的意义另外，鼓励开发已经上市的外消旋体药物的单一异构体，即如果发现单一异构体的疗效提高、副作用减轻或具有新的药理作用，就可以扩大适应症范围，并可望延长专利保护期。FDA还正在考虑给此类单一异构体部分以新化学实体的待遇，享受一定期限的市场独占权。第35页,共130页，2024年2月25日，星期天

市售的单一异构体和外消旋体药物

世界市售药物制备方法手征性销售形式总数非手性手性单一异构体外消旋体原料药总数（1850）生物或半合成52365175098全合成132779952861467第36页,共130页，2024年2月25日，星期天二、开发手性药物的意义

药物的手征性问题在制药工业界愈来愈受到重视。对单一异构体药物，即俗称为手性药物的关注有许多理由。最重要的一点是药物的作用靶点——生物体的酶和细胞表面受体是手性的。外消旋体药物的两个对映体在体内以不同的途径被吸收、活化或降解后，就与具有不同手征性特性的靶点结合，从而出现这两种对应体可能有相同的药理活性，或者是一种可能是活性的，另一种可能是无活性的甚至是有毒性的，或者是两者可能有不同程度或不同性质的活性。第37页,共130页，2024年2月25日，星期天些药物或化合物异构体的不同药理活性或其它特性药物或化合物名称构型生物学特性沙利度安（thalidomide）R催眠镇静S强致畸作用氯霉素（chlonamphenicol）R,R广谱抗菌作用S,S无活性心得安（propanolol）R无活性Sβ-阻滞剂索他洛尔（sotalol）DIII-型抗心律失常Lβ-阻滞剂乙胺丁醇（ethambutol）R,R致盲S,R抗结核第38页,共130页，2024年2月25日，星期天他莫西芬（tamoxifen）E雌激素Z抗雌激素活性、治疗乳腺癌萘普生（naproxen）R肝脏毒性S抗炎酮洛芬（ketoprofen）R解热镇痛S镇痛抗炎氨氯地平（amlodipine）S(-)抗心绞痛、高血压、充血性心力衰竭R(+)治疗和预防动脉粥样硬化苯并吗啡（Benzomorphia）-止痛，不成瘾+弱止痛，成瘾苯并吡喃二醇（Benzopyryldiol）-强致癌性+无致癌性第39页,共130页，2024年2月25日，星期天香芹酮R留兰香香味S芜妥香味天冬酰胺S苦味R甜味噻吗洛尔R肾上腺素能阻断剂S无活性日本丽金龟性信息素R,Z捕获雄性昆虫的数量大S,Z捕获雄性昆虫的能力大大降低第40页,共130页，2024年2月25日，星期天二、开发手性药物的意义在生物体系中，立体异构识别是很明显的。一般就手性化合物而言，可能有四种不同的生物学效应：只有一种异构体具有所希望的生物活性，而另一种没有显著的所希望的生物活性。只有一种异构体具有所希望的生物活性，而另一种不具有所希望的生物活性。只有一种异构体具有所希望的生物活性，而另一种具有不希望的生物活性。两种异构体具有不同药理作用的生物活性。

第41页,共130页，2024年2月25日，星期天引起对对映体可能表现有不同的药理作用

或毒副作用关注的原因可以从在20世纪60年代欧洲发生的一个悲剧来说明：即外消旋的沙利度胺曾是有力的镇静剂和止吐药，尤其适合在早期妊娠反应中使用。不幸的是，有些曾服用这种药的孕妇产下了畸形的婴儿。因此，很快就发现它是极强烈的致畸剂。进一步的研究表明，其致畸作用是由该药的（S）-异构体所引起的，而(R)-异构体被认为即使在高剂量时在动物中也不会引起畸变。

第42页,共130页，2024年2月25日，星期天引起对对映体可能表现有不同的药理作用

或毒副作用关注的原因另外一个有趣的例子是治疗帕金森氏病的L-多巴(DOPA)在体内的活性形式是通过脱羧作用形成无手征性的多巴胺。但由于多巴胺不能跨越“血脑屏障”进入作用部位，因而必须服用前药L-多巴。再由体内的酶将其催化脱羧形成活性态的多巴胺。然而，多巴脱羧酶是专一性的，只对L-多巴的（-）对映体发生脱羧作用。因此，必须服用L-(-)-多巴，否则，L-（+）-多巴可能会在体内积聚而发生危险。目前，通过使用一系列不对称合成方法，可以工业规模制备L-(-)-多巴。

第43页,共130页，2024年2月25日，星期天沙利度胺和L-多巴的异构体结构

第44页,共130页，2024年2月25日，星期天第45页,共130页，2024年2月25日，星期天第46页,共130页，2024年2月25日，星期天第47页,共130页，2024年2月25日，星期天第48页,共130页，2024年2月25日，星期天第49页,共130页，2024年2月25日，星期天一些处于不同阶段从外消旋体转换为单一异构体药物的开发状况

序号药品中英文名称开发厂商所处阶段药理作用适应症或用途单一异构体特点1R-安非他酮R-bupropionSepracorUSAP多巴胺激动剂、肾上腺受体激动剂戒烟药口干、失眠等副作用减轻2（-）-西替利嗪（-）-cetirizineSepracorUSAP组胺H1受体拮抗剂鼻炎、抗过敏提高疗效、减轻中枢神经系统副作用3右异环磷酰胺DexifosfamideChirosci-enceUKPDNA拮抗剂、DNA合成抑制剂抗肿瘤剂量限制性副作用（脑病）减轻4S-多沙左嗪S-doxazosinSepracorUSAPα1肾上腺受体拮抗剂良性前列腺增生疗效为R-体的2~9倍，较少产生烈性低血压52R,4S-伊曲康唑2R,4S-TraconazoleSepracorUSAP细胞壁合成抑制剂、甾醇去甲基酶抑制剂真菌感染提高疗效、减轻副作用第50页,共130页，2024年2月25日，星期天6R-酮洛酸R-ketorolacSepracorUSAP前列腺素合成抑制剂镇痛提高疗效、减轻心血管副作用7S-兰索拉唑S-lansoprazoleSepracorUSAPH+、K+转移ATP酶抑制剂胃-食道反流性疾病提高疗效、减轻副作用8西沙比利NorcisaprideSepracorUSAP毒蕈碱拮抗剂、5-羟色胺3拮抗剂、5-羟色胺4激动剂止吐、过敏性肠综合症等减少心血管副作用9R-昂丹司琼R-ondanstronSepracorUSAP5-羟色胺拮抗剂呕吐、恶心减轻心血管副作用、提高疗效10(-)-潘托拉唑(-)-pantoprazoleSepracorUSAPH+、K+转移ATP酶抑制剂胃-食道反流性疾病为pantoprazole的活性代谢产物，提高疗效第51页,共130页，2024年2月25日，星期天11S-西布曲明S-sibutramineSepracorUSAP5-羟色胺摄入抑制剂、肾上腺素能摄入抑制剂、多巴胺摄入抑制剂减肥改善抗胆碱能的副作用12Z-tamoxifenKymedUKP雌激素拮抗剂、转移生长因子β1激动剂抗肿瘤（乳腺癌）减少E-型几何异构体（为雌激素）的危险性13曲马朵TramadolPurduePharmaUSAP5-羟色胺摄入抑制剂、肾上腺素能摄入抑制剂镇痛顺式异构体第52页,共130页，2024年2月25日，星期天14S-左比克隆S-zopicloneSepracorUSACGABA受体激动剂、氯离子通道激动剂催眠减少副作用、对胃分泌影响较小15S-西酞普兰S-citalopramLundbeckDemarkI5-羟色胺摄入抑制剂抑郁症仅S-异构体有该活性，故可以减少剂量16S-胺磺必利S-amisulprideSynthelaboFranceI多巴胺D1/D2拮抗剂精神病作用于边缘叶区D1

/D2受体和突触多巴胺受体17左维拉帕米LevoverapamilChiroscienceUKII钙通道拮抗剂心绞痛、高血压、心律失常较右旋体作用强10倍18DexecadotrilBioprojectFranceII脑啡肽酶抑制剂腹泻acetorphan的R-异构体，第二代脑啡肽酶抑制剂19S-氟西汀S-fluoxetineSepracorUSAII5-羟色胺摄入抑制剂、5-羟色胺2C拮抗剂偏头痛、抑郁、厌食，减肥半衰期较短，对更换治疗剂有利第53页,共130页，2024年2月25日，星期天20R,R-福莫特罗R,R-formoterolSepracorUSAIIβ2肾上腺素受体激动剂哮喘起效快、持续时间长，减轻心脏毒性21R-酮洛酚R-ketoprofenSepracorUSAII环氧化酶抑制剂、前列腺素合成酶抑制剂、血小板凝集抑制剂抗炎镇痛、牙周炎减轻胃肠道副作用，对出血时间无影响22S-奥昔布宁S-oxybutyninSepracorUSAII乙酰胆碱拮抗剂泌尿系统疾病、尿失禁解痉作用与外消旋体或R-异构体相同，但抗毒蕈碱活性较后两者低60~100倍23托莫西汀（R-型）TomoxetineLillyUSAII肾上腺素能递质摄入抑制剂注意力分散、多动症起效快、无明显的镇静作用第54页,共130页，2024年2月25日，星期天24右氯谷胺DexloxiglumideRattaResearchItalyIIICCKA抑制剂过敏性肠综合症、便秘、消化不良、胃-食道反流性疾病较外消旋体及左消旋体有效，毒性降低25左西孟丹LevosimendanOrionPharmaFinlandIII肌钙蛋白钙结合激动剂（增强肌肉收缩）心力衰竭26洛布卡韦LobucavirBristol-MyersSquibbUSAIIIDNA聚合酶抑制剂单纯性疱症病毒、巨细胞病毒及HIV感染本品具有药理活性，外消旋体33054已中止开发27d-哌甲酯d-methyphenidateCelgeneUSAIII不明儿童注意力分散提高疗效，减少剂量第55页,共130页，2024年2月25日，星期天28帕戈克隆PagocloneRhone-PoulencRorerFranceIIIGABA受体激动剂惊恐、焦虑已中止开发的(+)-异构体5903729潘拉唑PerprazoleAstraSwedenIIIH+、K+转移ATP酶抑制剂胃-食道反流行疾病、溃疡奥美拉唑的单一异构体，吸收迅速、生物利用度高30R-沙丁胺醇R-salbutamolSepracorUSAPRβ2肾上腺素受体激动剂哮喘S-型异构体无支气管扩张作用31左布比卡因LevobupivacaineChiroscienceUKR神经钠通道拮抗剂镇痛、局部麻醉心脏毒性为外消旋体的1/332右布洛酚DexibuprofenGebroBroschekAustraliaL(1996奥地利)环氧化酶抑制剂、前列腺素合成酶抑制剂、血小板凝聚拮抗剂关节炎效果较外消旋体好，副作用降低第56页,共130页，2024年2月25日，星期天33右酮洛酚DexketoprofenChiroscienceUKL(1996西班牙)环氧化酶抑制剂、前列腺素合成酶抑制剂、血小板凝聚拮抗剂抗炎、镇痛疗效提高，安全性更佳（R-型为解热镇痛药）34右雷佐生DexrazoxaneICRTUKL(1992意大利)微管抑制剂抗肿瘤（乳腺癌）为雷左生（xrazoxane）的(+)-对映体35右美沙芬DextromethorphanMedevaUKL（1983加拿大）神经递质拮抗剂镇咳36右谷氧芬DextropropoxyphanNycomedAmershamNorwayL(1982美国)鸦片样mu受体激动剂镇痛37左旋咪唑LevamisoleJohnson&JohnsonUSAL(1983爱尔兰)驱虫、免疫刺激剂驱虫、抗乙型肝炎外消旋体tetramisole（四咪唑）为驱虫药第57页,共130页，2024年2月25日，星期天38左卡巴斯汀LevocabastineJohnson&JohnsonUSAL(1991丹麦)组胺H1受体拮抗剂过敏性鼻炎外消旋体为卡巴斯汀(cabastine)39左羟丙哌嗪LevodropropizineDompeItalyL(1988意大利)组胺拮抗剂镇咳减低副作用40左氧氟沙星LevofloxacinDaiichPharmacuticalJapanL(1994日本)DNA拓扑异构水解酶抑制剂呼吸道、泌尿道、皮肤、全身感染毒性降低41左莫普洛尔LevomoprololAstraSwedenL(1981意大利)β-肾上腺素受体拮抗剂抗高血压、抗心绞痛外消旋体为莫普洛尔42左炔诺酮LevonorgestrelScheringAGGermanyL(1985瑞典)雌二醇17-β脱氢酶刺激剂、雌甾酮磺基转移酶刺激剂女性避孕药外消旋体为炔诺酮第58页,共130页，2024年2月25日，星期天43左舒必利LevosulpirideKnollGermanyL(1988意大利)多巴胺拮抗剂胃肠道疾病（呕吐、食欲不振）44舍曲林SertralinePfizerUSAL(1992美国、加拿大)5-羟色胺摄入抑制剂抑郁症、强迫症、惊恐症、肥胖症IS-cis异构体第59页,共130页，2024年2月25日，星期天第二节生物转化与手性中间体的制备

手性药物制备的关键技术是不对称合成(asymmetricsynthesis)技术。多年来，有机化学工作者已经研究开发了许多种用化学的方法进行不对称合成的技术，但近20多年来，很多长期从事化学合成研究的工作者对微生物和酶反应发生了兴趣，与此同时，很多长期从事微生物和酶的研究的工作者对如何将此应用于有机合成发生了兴趣，从而使生物催化转化（biocatalytictransformation）成为一种进行不对称合成的重要技术。第60页,共130页，2024年2月25日，星期天应用生物催化转化技术进行不对称合成与

化学合成法相比较具有的优越性有：1）转化底物某一基团的专一性强，即对不需要转化的基团无需保护；2）通过对用于某一转化的微生物进行菌种选育和转化条件的优化，可以得到极高的转化率；3）生物催化转化的反应条件温和且对环境的污染很小。特别是近年来DNA重组技术的应用和新的转化系统的开发应用，使愈来愈多的原来使用化学方法进行不对称合成的化合物有可能被生物催化转化的方法来替代。第61页,共130页，2024年2月25日，星期天一、三元环和四元环中间体的制备第62页,共130页，2024年2月25日，星期天

环氧乙烷的生物拆分和frontalin以及baclofen的合成

第63页,共130页，2024年2月25日，星期天二、五元环中间体的制备第64页,共130页，2024年2月25日，星期天第65页,共130页，2024年2月25日，星期天第66页,共130页，2024年2月25日，星期天

逆狄尔斯-阿尔德反应和海人藻酸的合成

第67页,共130页，2024年2月25日，星期天三、六元环中间体的制备第68页,共130页，2024年2月25日，星期天C2不对称化合物12的酶拆分过程第69页,共130页，2024年2月25日，星期天四、七元环中间体的制备

对映体纯化合物（+）-26和（-）-26的合成

第70页,共130页，2024年2月25日，星期天第三节

生物转化在现代制药工业中的应用一、钙离子拮抗剂，抗心绞痛和高血压药地尔硫卓关键中间体的制备利用来源于S.marcescens的脂肪酶拆分(2RS,3SR)-3-(4-甲氧基苯基)缩水甘油酸甲酯，能够得到纯度很高的(2R,3S)-4-甲氧苯基缩水甘油酸甲酯（其对映体过剩率e.e值高达98%以上），理论转化率为50%。自从1993年以来，日本Tanabe公司每年生产50吨这样的关键中间体，用于制备抗心绞痛和高血压药。图所示为用脂肪酶制备关键中间体(2R,3S)-4-甲氧苯基缩水甘油酸甲酯的路线。第71页,共130页，2024年2月25日，星期天利用脂肪酶拆分外消旋体对甲氧基苯苷氨酰甲酯制备地尔硫关键中间体

第72页,共130页，2024年2月25日，星期天二、农药FRONTIER的关键中间体的制备另外一个利用微生物来源脂肪酶实现工业化制备药物关键中间体的实例是，BASFAG公司利用假单胞菌DSM8246脂肪酶制备农药FRONTIER的关键中间体，（S）-1-甲氧基-2-氨基丙烷，其不需要的对映体可以被外消旋化后循环拆分。由于动力学拆分的最大转化率为50%，因此，通过选择不同的溶剂系统研究原位外消旋化技术非常重要。图所示为利用脂肪酶制备关键中间体（S）-1-甲氧基-2-氨基丙烷的路线。第73页,共130页，2024年2月25日，星期天利用脂肪酶制备农药FRONTIER关键中间体(S)-1-甲氧基-2-氨基丙烷第74页,共130页，2024年2月25日，星期天

目前正在研究的一种杀虫剂关键中间体（S）-4-羟基-3-甲基-prop-2-ynyl-cyclopent-2-enone也是通过脂肪酶催化获得的第75页,共130页，2024年2月25日，星期天三、免疫抑制剂脱氧精胍菌素关键中间体的制备

抗肿瘤抗生素精胍菌素（spergualin）首先从微生物发酵液中发现，在用全合成方法制备精胍菌素时，用酸催化的缩合反应导致产生C-11两个对映体。用合成方法得到的外消旋体精胍菌素的抗肿瘤活性仅为微生物来源的一半，提示C-11位构型的重要性。免疫抑制剂15-脱氧精胍菌素（15-deoxyspergualin）合成的关键中间体，S-(-)-乙酸酯，可以用来源于假单胞菌的脂肪酶对其相应的外消旋体进行对映体选择性酰化得到，该反应可在甲基乙基酮系统中进行，假单胞菌脂肪酶AK为生物催化剂，醋酸乙烯酯为酰化剂。目的产物S-(-)-乙酸酯的转化率为48%（理论最大值为50%），对映体过剩率为98%，不需要的醇转化率为41%，对映体过剩率为98.5%。第76页,共130页，2024年2月25日，星期天15-脱氧精胍菌素15-脱氧精胍菌素的化学结构及其关键中间体S-(-)-乙酸酯的制备路线第77页,共130页，2024年2月25日，星期天四、选择性

3-受体激动剂关键中间体的制备选择性

3-受体激动剂可以用来治疗胃肠道疾病、II型糖尿病和肥胖症等，合成如图所示的

3-受体激动剂时所用的单一构型的关键中间体，（S）-单酯化合物可以通过猪肝酯酶水解甲基-（4-甲氧苯基）-丙二酸二乙酯获得（如图所示）。当用乙醇作为反应助溶剂，在双相系统中温度为10℃时，其（S）-单酯化合物转化率可达到96.7%，对映体过剩率可达到96%。第78页,共130页，2024年2月25日，星期天

-3受体激动剂

3-受体激动剂的化学结构及其关键中间体（S）-单酯化合物的制备路线第79页,共130页，2024年2月25日，星期天五、

2-受体激动剂，支气管扩张药物（R,R）-福莫特罗中间体的制备

目前临床应用的

2-受体激动剂，支气管扩张药物福莫特罗（formoterol）为外消旋体。最近的研究表明，不同的异构体其药理活性不同，(R,R)-立体异构体具有正常的药理作用。应用酶促拆分的方法可以获得制备（R,R）-福莫特罗的关键中间体：用洋葱假单胞菌脂肪酶PS-30酶促酰化外消旋体醇化合物12，得到酰化产物(S)-13和期望的未反应产物（R）-11（得率为46%）；用Candidaantarctica脂肪酶拆分外消旋体化合物14，得到期望的产物（R）-15和未反应的产物(S)-16。（R）-15的反应总收率为11%，对映体过剩率为96%；当在反应过程中加入0.15当量的三乙胺时，反应至4小时时能够得到42%的转化率和94%的，经过水解和层析分离，其收率为21%，对映体过剩率为94%。最后，通过化学反应，将关键中间体（R）-11和（R）-15缩合，得到终产物（R,R）-福莫特罗。第80页,共130页，2024年2月25日，星期天（R,R）-福莫特罗的制备路线第81页,共130页，2024年2月25日，星期天六、抗Alzheimer’s药物关键中间体的制备

S-2-戊醇是多个研究中的抗Alzheimer’s药物（抑制

-淀粉状蛋白的释放和/或合成）的关键中间体。利用Candidaantarctica脂肪酶B拆分外消旋体2-戊醇和2-庚醇，能够得到这一关键中间体。该酶能够有效地催化这一反应，转化率为49%（理论最大转化率为50%），对映体过剩率为99%。在这个反应系统中，琥珀酸酐为最合适的酰化剂，2-戊醇既是反应底物，同时也是反应溶剂。图所示为利用Candidaantarctica脂肪酶B制备关键中间体S-2-戊醇和S-2-庚醇的路线。第82页,共130页，2024年2月25日，星期天抗Alzheimer’s药物关键中间体S-2-戊醇和S-2-庚醇的制备路线第83页,共130页，2024年2月25日，星期天七、具有降胆固醇作用的鲨烯合成酶

抑制剂关键手性中间体BMS188494是一个正在研究开发中的鲨烯合成酶抑制剂。在该药物的化学合成过程中，需要有关键手性中间体S-（+）-二乙酯化合物。利用Geotrichumcandidum脂肪酶，在甲苯溶剂中以异丙烯醋酸酯为酰化剂，催化外消旋体二乙酯化合物67获得该关键中间体，其转化率为38%（理论最大转化率为50%），对映体过剩率为95%。图所示为BMS188494的化学结构以及酶促制备关键手性中间体S-（+）-二乙酯化合物的路线。第84页,共130页，2024年2月25日，星期天

鲨烯合成酶抑制剂BMS188494关键手性中间体S-（+）-二乙酯化合物的制备路线第85页,共130页，2024年2月25日，星期天八、抗肿瘤药物紫杉醇关键中间体的制备

紫杉醇是目前唯一已知能够抑制微管蛋白解聚过程的多环二萜类药物。天然的紫杉醇从yewbark中分离获得，但其产率很低，1公斤紫杉醇需要大约2磅的yewbark（约3000棵树）。第86页,共130页，2024年2月25日，星期天用半合成的方法制备紫杉醇是

最近几年研究的一个热点其中用酶促方法制备C-13手性侧链取得了一定的进展：利用来源于洋葱假单胞菌的脂肪酶PS-300以及来源于假单胞菌SC13856的脂肪酶BMS，能够对映体选择性地水解外消旋体醋酸酯cis-3-（乙酰氧）-4-苯基-2-杂氮环二酮73，至相应的(S)-醇74和所期望未反应的（R）-醋酸酯75，后者的转化率为大于48%（理论最大转化率为50%），对映体过剩率大于99.5%。用化学方法还原（R）-醋酸酯75，就可以得到C-13关键手性中间体（R）-醇化合物。第87页,共130页，2024年2月25日，星期天紫杉醇C-13关键手性中间体（R）-醇化合物的制备路线

第88页,共130页，2024年2月25日，星期天九、法尼基合成酶抑制剂关键中间体的制备

法尼基转移酶抑制剂法尼基合成酶抑制剂关键中间体（R）-77化合物的制备路线第89页,共130页，2024年2月25日，星期天十、生物转化与青霉素和头孢菌素母核及有关产品的制备青霉素母核6-APA和半合成产品氨苄青霉素制备过程第90页,共130页，2024年2月25日，星期天十、生物转化与青霉素和头孢菌素母核及有关产品的制备头孢菌素母核7-ADCA和半合成产品头孢氨苄的制备过程

第91页,共130页，2024年2月25日，星期天十一、生物转化HMG-CoA还原酶抑制剂普伐他汀的制备

第92页,共130页，2024年2月25日，星期天十二、克拉红霉素的生物转化

克拉红霉素为6-O-甲基红霉素。目前已经通过多种化学合成途径，实现了产业化。但由于在红霉素分子结构中存在有多个羟基，因此，为了能够在6-OH的羟基上进行甲基化，需要对C-9位的酮基和糖分子中的多个羟基进行保护，然后再进行脱保护反应，整个反应步骤冗长，且环境污染大制造成本高。第93页,共130页，2024年2月25日，星期天十二、克拉红霉素的生物转化第94页,共130页，2024年2月25日，星期天N―取代―1―脱氧野尻霉素的合成方法一

十三、

α-糖苷酶抑制剂米格列醇和伏格列波糖的生物转化

（一）利用生物转化技术制备米格列醇关键中间体的主要方法第95页,共130页，2024年2月25日，星期天十三、

α-糖苷酶抑制剂米格列醇和伏格列波糖的生物转化

（一）利用生物转化技术制备米格列醇关键中间体的主要方法N―取代―1―脱氧野尻霉素的合成方法二第96页,共130页，2024年2月25日，星期天

N―取代―1―脱氧野尻霉素的合成方法三第97页,共130页，2024年2月25日，星期天方法三具有的优点：1）转化液经离心除去菌体，无需分离纯化出中间体，就可进行下一步合成；2）无需基团保护，成本大大降低，且避免因去除保护剂而造成的回收率下降；3）中间体6－(取代胺基)－6－脱氧－α－L－sorbofuranose具有较高的溶解度和稳定性，不易被降解。第98页,共130页，2024年2月25日，星期天（二）利用生物转化技术制备伏格列波糖关键中间体的方法第99页,共130页，2024年2月25日，星期天十四、抗高血压药物Omapatrilatt的生物转化第100页,共130页，2024年2月25日，星期天GlucoseacidGlucoseNADHNAD+GlutamateDehydrogenaseGlucoseDehydrogenase2－Hydroxytetrahydropyran2－carboxylicacid，sodiumsalt2－Keto－6－hydroxyhexanoicacid，sodiumsalt3L－6－Hydroxynorleucine2NH3第一种方法：利用牛肝谷氨酸脱氢酶将2-keto-6-hydroxyhexanoicacid（化合物3）还原胺化为L-6-hydroxynorleucine（化合物2）。第101页,共130页，2024年2月25日，星期天+H2O2+NH3H2O+O2GlucoseacidGlucoseNADHNAD+GlucoseDehydrogenaseT.variabilisD－aminoacidoxidaseGlutamateDehydrogenaserac

－6－Hydroxynorleucine2－Keto－6－hydroxyhexanoicacid，sodiumsalt3L－6－Hydroxynorleucine2O2+CataslaseNH3L－6－Hydroxynorleucine2第二种方法：为了避免上述制备2-酮酸化学合成的过程太长，利用来自于猪肾或Trigonopisvariabillis

的D-氨基酸氧化酶处理外销旋的6-hydroxynorleucine第102页,共130页，2024年2月25日，星期天1211BMS-199541-01Compound11DCCDTT,NaOMeR=Benzyloxycarbonylort－ButoxycarbonylCH3SO3H13SOCl2CH3OHCO2AmmoniumformateNADHNAD+FormatedehydrogenasePhenylalanisedehydrogenaseNH3利用生物转化方法将化合物6转化为化合物5的过程第103页,共130页，2024年2月25日，星期天DithiothreitolorTributylphosphineACIDGlutamateOxidaseS.nourseiα-ketoglutarateGlutamateL-lysineε-aminotransferaseS.paucimobiliorrecE.coil利用L-赖氨酸ε-氨基转移酶生物转化二肽化合物BMS-201391-01至产物BMS-199541-01的过程第104页,共130页，2024年2月25日，星期天第四节

生物转化在其他有关工业中的应用一、生物转化与单一构型氨基酸的制备（一）生物转化与L-型氨基酸制备第105页,共130页，2024年2月25日，星期天目前工业规模制备各种L-型氨基酸的方法L-氨基酸名称化学方法分离提取方法发酵方法生物转化方法丙氨酸++精氨酸++天冬氨酸++胱氨酸+半胱氨酸*+谷氨酸（+）+第106页,共130页，2024年2月25日，星期天组氨酸++异亮氨酸++亮氨酸+懒氨酸++甲硫氨酸+苯丙氨酸（+）（+）（+）+脯氨酸+（+）丝氨酸++苏氨酸++色氨酸++酪氨酸+缬氨酸+（+）+第107页,共130页，2024年2月25日，星期天（二）生物转化与D-型氨基酸的制备最近，日本学者在多种微生物中发现了一种新型的D-脱氨基甲酰酶（N-氨基甲酰-D-氨基酸酰胺水解酶），这种酶能够立体专一性地水解N-氨基甲酰-D-氨基酸，如Blastobactersp.A17p-4能够同时产生D-脱氨基甲酰酶和D-乙内酰脲酶。因此，用这二步酶促反应有可能将DL-5(p-羟基苯基)乙内酰脲进行立体专一性地水解，以及随之水解D-氨基甲酰衍生物至D-p-羟基苯甘氨酸。第108页,共130页，2024年2月25日，星期天从DL-5(p-羟基苯基)乙内酰脲生产D-p-羟基苯甘氨酸的化学和酶促过程第109页,共130页，2024年2月25日，星期天涉及到乙内酰脲水解反应的有关酶的作用过程第110页,共130页，20