脂肪酶在催化合成光学活性药物中的应用

一国外医药抗生索分册年月第。卷第纽期脂肪酶在催化合成光学活性药物中的应用‘彭立凤“赵汝淇综述河北师范大学化学系,石家庄摘要脂肪酶作为天然的手性催化剂具有高立体选择性、作用底物广泛、催化反应条件温和的特点,在不对称合成、光学活性化合物及天然产物的合成领域具有广泛的用途。利用酶对对映体的识别作用,不仅可有效地通过酣水解或醇酸化反应拆分外消旋药物及其合成中间体,获得光学纯的酸、醇或醋,而且可催化前手性底物反应,直接构建光学活性药物的手性中心,如内酷化合成大环内酷药物等。本文介绍了脂肪酶的催化特性及在合成光学活性药物中的应用。关键词脂肪酶光学活性药物不对称合成动力学拆分药物在生物体内的一系列作用如在膜间的传递、与受体的结合、对酶的抑制等与其构型密切相关。不同对映体所表现的生理活性、毒性和代谢过程差异直接影响治疗功效。但回顾过去创制合成药时,并未考虑其光学性质,即使是手性化合物也只以外消旋化合物开发出后就是产品了。因为使用外消旋体而发生悲剧的例子有酞肤亚胺基呢呢反应停。酞肤亚胺基呱吮是抑制妊娠反应的外消旋型药,而结果却造成无手胎儿的出生。年等用手性的高效液相色谱分离出两个光学对映体,结果表明只有与天然谷氨酸有同样的绝对立体结构的一一对映体才有催畸性。这样一来,有关生物学活性与光学异构体之间的关系立刻受到人们的重视,对外消旋药物的光学拆分或光学活性药物的合成也就竞相开展。表和年光学纯药物全世界销售额药物种类按成药计‘亿美元增长率环互…‘夕,土匕门尺目八自,丈毛门性尸协山户曰,口‘口白八心九止上月了」互‘在,只卜代亡之自勺一任办,工马」心血管药抗生索激素药中枢神经药抗炎药抗癌药其它合计。影扣。邪扣一令厂酞肤亚胺基呢呢一十厂疏肤业胺撰呱叹一般说来,将手性药物给予生物体时,对映体之间的差异不仅表现在生物学活性,而且表现在哺乳动物的毒性,体内的吸收、转换、代谢以及清除等方面。因此用光学活性体代替外消旋体时,不但要看药效如何,而且要看是否会减轻生物体内的积累与毒性等副作用。实际上自医药领域手性药物开始应用以来,年就比年销售额增加了环表〔,」。手性药物可以通过以下方法合成外消旋药物的拆分由手性源直接合成由前手性底物不对称合成。酶是天然的手性催化剂,用于光学药物的合成颇具应用潜力,原理基于酶实际上是一个手性分子,和外消旋化合物中的两个对映体以不同的速度进行反应,从而达到动力学拆分的目的如果两个对映体以相同的速度反应,但酶对一个反应中心所产生的构型是相同的,因而结果产生二个非对映体而被拆分戈若一个底物为前手性的,它发生不对称反应而生成光学活性化合物。酶催化产物的光学纯度通常用对映体过量值表示。脂酶催化对映体底物反应的立体选择性可用对映体比率值表示。回塑匕卫迎卫逸立』〔一,」或丝三上塑鱼土鱼』一一」国家自然科学基金及河北省自然科学基金资助项目。彭立凤女,生于年硕士,讲师。国外医药抗生素分册年月第卷第期一二·,不石瓦底物的对映体过量值产物的对映体过量值值越大,酶的选择性越好值为,酶对底物无选择性。近十年来,随着生物技术的发展,酶催化反应作为一种手段被广泛用于有机合成,特别是不对称合成、光学活性化合物及天然产物的合成,并应用于医药、农药和日化等领域。脂肪酶容易得到,反应时不需辅酶,并可在有机溶剂中使用,能作用于碳水化合物、金属有机化合物、有机硅、胺类化合物、过氧化物、磷脂类及核昔类化合物等多种底物,且拆分反应操作简便、条件温和,是应用最广泛的酶,在合成光学活性化合物方面颇具应用潜力比〕。提高酶催化反应速率和选择性的策略尽管酶催化外消旋化合物拆分有许多优势,但酶催化反应速率较慢,且酶催化反应受酶的种类、溶剂效应等的影响。常采用以下方法进行改进。微波照射增加酶催化反应速率和选择性在酶催化转酷化反应中,微波照射是一种简单有效的提高反应速率和立体专一性的方法。如猪胰脂肪酶。,才催化外消旋蔡酚的酞化反应,经微波照射可使反应选择性增加一倍,反应速率增加倍‘〕。丫气丫十‘止’一二。‘〔,‘目叫卜一,’’门,反式索布瑞醉一一,仪上甲今十一“,占溶剂水乙甲苯异丙醚选择性权六环卜内醇工四袱匕碳溶剂还影响产物的构型,如假单胞菌脂肪酶己。,,,催化外消旋的二氢毗吮二醋衍生物,可得到光学活性的手性化合物,在不同溶剂中可得到不同构型的产物。环己烷令唤,、,下只。’卒。’洲”匕一异丙醚拿”。众。’”‘“’拿。’。’辛“。’“‘“’岁,,,卜,即形卜名一卜酸从供休夕、了、二二叹屯、,本·、勺、,只拿〕,、、微波代射、占产肠砚·七即改变底物的结构提高选择性下列反应通过改变底物侧链烃基的结构,可极大地影响拆分结果“」。、砂、’下。只卜、尸竺上,味十、脂肪酶在合成光学活性药物中的应用外消旋药物的拆分当外消旋药物分子中含有手性轻基、梭基或酷基时,可直接利用酶进行拆分,获得具有所需构型的光学活性药物。卜茶普生一芳基丙酸衍生物是一类重要的非街体抗炎药,临床上广泛用于治疗关节炎等人结缔组织疾病。其中卜对映体具有较高活性。如蔡普生的对映体的体内活性比卜对映体高倍。以具有型立体选择性的,,‘‘乙,。,,飞‘。、。旨肪酶声很容易从外消旋蔡普生甲醋经水解得到光学纯度的卜对映体,其光学纯度产率”·』。印,,一一、七‘一一卜一1CHZSMe刀一CoH一CHZOPh172)152L3溶剂效应改变溶剂系统,可提高酶的手性识别能力。如溶剂对洋葱伯克霍尔德氏菌脂肪酶(Bu,kholde,一iae(’Paciahpase,BCIJ;曾名为洋葱假单胞菌脂肪酶,PCI,)催化反式索布瑞醇的拆分的立体选择性[5.‘〕。匕丫协。。。。、!介碑矛cco。CH,0’~~C日尹产丸/人火夕沪‘5)一茶片」2.1.2(S卜布洛芬用梭酸醋酶和马肝脂酶拆分布洛芬外消旋甲醋制备(S)一布洛芬,产物光学纯度。e98纬[‘OJ。国外医药抗生素分册199,年7月第20卷第络期脂肪酶OOC日3p卜Jg“,4(一,决,()歇。戈,一气从oo日十一伙城0OC、“们一布洛芬‘左)布洛芬呢里{翌等竺嗯一撇叹.、-蜘\井。纵‹瓶户1.里愈扩滋一牡川l·。泽今。/鳅\2.1.3粘多糖类药物索布瑞醇粘液溶解药(一)-(15,SR)反式索布瑞醇可用吸附在硅藻土上的BCL催化拆分外消旋的(士)一反式索布瑞醇酞化物制备(一)-(1S,SR)醋(见1.3节),再经简单的化学水解得到。其纯度ee98%,产率25%。2.1.45一经色胺拮抗剂5一经色胺(5一HT)是一种与精神和神经疾病有关的神经递质,目前至少已发现7种不同5一HT受体。各种拮抗剂和摄人抑制剂与不同受体的亲和性及选择性决定于构型。作为一种抗心率不齐药5一HT:受体的选择性拮抗剂,(R卜对映体可由黑曲霉脂肪酶(A.tPe,育111:‘5nige,一lipase,ANIJ)水解其外消旋乙酷制备L1’〕。(上)一普蔡洛尔采用BCIJ成功地从蔡酚出发制备了(S卜普蔡洛尔和(R卜普蔡洛尔,其ee95%,产率招%。OAC血力份D一vvv~!1(),l)H6.5乳O尹场+2.1.5维生素E维生素E是脂溶性的,制备的关键一步是对其外消旋醋的脂酶水解,得到高活性的d一a-生育酚。ee达99%[,2」。cH记朴价_』竺竺巴0尹资牙人叮.长R神声铆搜黝丫S一(‘)一普蔡洛尔人(卜)一君蔡洛尔2.2药物手性合成中间体的拆分2.2.1日一受体阻断剂p一受体阻断剂是一类重要的心血管药,通式为ArOCH:CH(OH)CH:NHR(Ar=芳基,R=烷基),有普蔡洛尔(propranolol)、倍他洛尔(botaxolol)等二十多个品种,其主要阻断活性在(S)-对映体。(S卜普蔡洛尔[ls」具有治疗高血压、心肌梗塞等疗效,而其(R升对映体则具有抗孕作用,将其拆分后则会使其发挥更佳疗效。化学法生产只能获得外消旋产物普蔡洛尔。。:叙甲代氧丙环.毗呢.洲几;O~5〔、.3h.93%;d:Ae3()或HZO;f:(CH:)ZCHNH:.卜Pr0H;h:(CH3)ZCHNHZb:HC!.日一几Et3N.吕笼卜~9(J仁’,Na()H水溶液;、洲片;。:CH〔’‘)(’J.lh;。:B({l_一l;、一()Hg:Na(〕H水溶液.我国华东理工大学生物工程国家重点实验室也进行了类似的研究,庄英萍等L‘斗用PSIJ拆分(土)l一氯3一(卜蔡氧关2一丙醇,酞化剂为醋醉,产物酪的(:。达90%,再经过简单的化学反应即能得到光学纯的普蔡洛尔。国外医药抗生紊分册1999年7月第20卷第4期163表2BCL催化顺一2,3一二经基一3一苯基一丙酸甲酚及其类似物转醋化反应的产率及纯度产物1产物艺产率%比%产率写OO尸O尸介R二HR二CIR之NOZR=CH3R二OCH3445争匕459打38914598山J46吕卜)冬口艺a:(CH3):CHNH:,Na0H水溶液;i一PrOH;e:(CH3)ZCHNHZ尺‘曰一普策洛尔b:NaOH水溶液.OH寸了coc“3翔低佘。HL场F,,。洲OH,,†C--.和团妇、认OH臼CIE以卫ŽXoo曰沁飞伺rC(咤详01心心l’,‘Š几U卜KJ犬.人只记几J认‘口八.、勺!N一伙N”竹九,林.旧一:f”川ŽCJ俨恒妙姗却恤用铜绿假单胞菌、恶臭假单胞菌、食油假单胞菌、诺卡氏菌等将烯丙基醚转化为(S卜(+)一芳基缩水甘油醚,eel00%,并以此合成了2个卜阻断剂(S)-aminoaeylprolol和(S卜美托洛尔(metoprolol)[,5〕。华东理工大学王阳等沁〕用PPI碑成功地拆分了用于合成各种件阻断剂、L一肉碱及其它一些药物的(士卜缩水甘油醋,获得了(S》缩水甘油的前体(R卜缩水甘油丁酸醋,其ee84.3%以上,转化率60%。一甲甲孚中~中件中。*久决o罕心。、产人甲N‘成H,,,(S)一ami,ioacylprolol(S)一关托洛尔坦HBz守气CcoC”’2.2.2合成抗癌药物紫杉酚(toxal)和冠状动脉扩张药地尔硫草(diltia肥m)顺一2,3一二经基一3一苯基一丙酸甲醋(R‘H)和它的类似物(R一CI,R=NOZ,R=CH。,R~OCH3)被BCIJ拆分,产物的产率和光学纯度见表2。其光学纯的形式对合成天然产物和药物如紫杉酚和地尔硫草是非常有用的。底物在转醋化反应中被有效地分解,两个对映体都用于紫杉酚侧链的合成L,’J。紫杉阶侧链2.2.3扁桃酸光学纯的扁桃酸及其衍生物是合成药物的中间体。PSIJ催化外消旋体酞基转移反应,可以不可逆地完全拆分,获得(R卜扁桃酸甲醋。户黑CcoC。:R久。,黯卢·犬。。C日3P片、C00CH3(S)(R)一扁挑胶甲能RoCH;.C:H、,,卜C,H:.cH之仁飞H?承久_又(口.巴上今趁刀Ho价0H‘缀霭’H专隔、cOOC巧CooCH,COOCH,2.2.4核普类药物的合成3,,5气二经基一环氧丙烷腺嗦吟oxetanocin及其碳环类似物具有抗病毒、抗肿瘤和抗细菌活性。产物l(ZR,35)产物2吸25,3R)国外医药抗生素分册1999年7月第20卷第4期二妒OH一丫、人产叮一co,CH,脂肪酶.异辛烷6Q仁,2弓h,。.4llln分子筛‘Jx心t”1飞ocln入岔O。x幻tanocin碳环类似物X二‘’卜l(尺)ee98%由腺嘿吟衍生物(一)一对映体和胸腺呛咤衍生物(一)-对映体经脂肪酶MY拆分可获得高对映选择性的(一)一对映体。BzO砂淤护;护F‘孟‘·、,.JU、产率87坏,产率2%日3。钦B,o几(洲、一092pH7.产率7。%这不仅提供了对碳环类似物伯轻基的保护而且还可实现外消旋体的动力学拆分。含有碳环的。xetanocin的低聚核昔酸可由‘一)一对映体合成哪〕。日铆。性。黔、’O\O比一胸腺喃嘴,胞嗜吮,腺嗓岭,乌嗦吟2.2.5合成大环内醋类化合物用脂酶催化的分子内酿化,还可制备医药上重要的光学活性的大环内醋类化合物,如(一)一pirnophorin[‘,〕。2.2.6其它新型抗高血压药16一氟前列腺素、血管紧张素转化酶抑制剂西拉普利、白三烯拮抗剂Ro233544的手性合成中间体也由脂肪酶PS水解拆分得到[2。习。猪肝脂酶(pigliveresterase,