Enantioselectivity
其它酶催化的立 体选择性反应
一些手性药物 中间体的合成
脂肪酶催化的酯化 反应制备手性合成子
氰醇的手性合成及 氰醇裂解酶的应用
立体选择性 生物催化
光学纯2-芳基 丙酸的制备
全细胞生物催化剂 的立体选择性反应
信息素、萜类 甾体等的合成
酵母介导的立体 选择性生物催化
手性识别的原因：接受体或酶的活性位点对不同对映体， 匹配度不一样。
• BMS-210 620(3)的合成中间体 〔R)-醇(2)可由Spiwmonas paucirrtobilis SC16113菌株 催化还原1制得。反应釜中加人 树脂使产物的回收过程简单有效。
• 3- 吡啶乙醇胺 (6) 也是一 种肾上腺能受体激动剂， 一条实用的合成路线就 是 利 用 酵 母 菌 Candida sorbophila 催 化 不 对 称 还原 4 得到关键的手性 3吡啶乙醇胺中间体 5 ，达 到 75% 的 产 率 和 99.5% 以 上 的 ee 值 。当 用 啤 酒 醉 母 还 原 时 只 得 到 了 70%80%的ee值。
•
托莫西汀 (Tomoxetine,17)是首 例去甲肾上腺素再摄取抑制剂， 是一种抗抑郁药，其(R)-(+)-异 构体药效比其对映体高9倍。 氟西汀 (Fluoxetine,18) 也是一 种强效的抗抑郁药，而且其对许 多病症，如焦虑、酒精中毒、慢 性痛、肥胖、善饥以及厌食等均 有很好疗效。 利用啤酒酵母催化不对称还原苯 甲酸乙酸乙酯(13)或3-氯苯丙酮 (15)得到相应的手性醇再经化学 转化径基的构型翻转分别制得两 种对映体产物。利用固定化的白 地 霉 菌 株 Ceotrichum sp.G.38 催 化 还 原 13 得 到 (S)-14 合 成 了 (R)-氟西汀(18)。
同时，必需水的含量与溶剂的极性有直接的关系。极 性溶剂易与酶争夺必需水，但当增加水的含量时，酶也可以 在极性较大的溶剂中保持一定的活力。
CRL催化2－溴丙酸的酯化反应
Br Br Br
CRL RacCOOH
n-BuOH hexane RCOBu COOH
S-
溶剂含水量％ 0
初速度 11
选择性E 17
2001年 诺贝尔奖 一半授予美国科学家William S.Knowles和日本科学 家野依良治 另一半授予美国科学家K.Barry Sharpless
三位获奖科学家的贡献就在于他们找到了立体选择性合成的方法和催化剂， 可以高效快速地合成一种手性分子而不生成另一种，这为开发具有新特性的分 子和物质开创了一个全新的领域。目前人们已根据他们的研究成果研制出了抗 生素、消炎药和心脏病药等许多药物。
Examples
环磷酰胺(Cyclophosphamide)是一种常见的抗肿瘤药，目前仍以外消旋体 上市，其左旋体和右旋体均有抗肿瘤作用，但左旋体的抗肿瘤作用是右旋体的 两倍。 1R，2R(-)氯霉素(Chioramphenico1)有抗菌活性，其他异构体则无效。
手性药物两种对映体的不同药理作用
奈必洛尔是一种降压药，它的右旋体为B-受体 阻滞剂，而左旋体能降低外周血管阻力。并对心 脏有保护作用，因此以外消旋体给药为佳。
盐酸曲马多(Tramado1)的左旋体和右旋体的镇 具有互补作用 痛作用的机理分别是激动吗啡受体和抑制单胺递 质再摄取，有协同作用，应用其消旋体使其镇痛 作用增强。
1.3 相关术语及分析方法
第四章
手性药物的 酶促合成与酶促拆分
Enzymatic Synthesis and Enzymatic resolution of Chiral Drugs
2006.3
本章内容
§1 手性药物概述 §2 手性药物的生物催化合成 §3 手性药物的酶促拆分 §4 本章总结
§1 手性药物概述
1.1 手性与手性药物

有机溶剂的极性
溶剂的极性对酶的催化活力也有较大的影响。一般 认为酶在非极性溶剂中的活力较高。logP越大，疏水 性越强，酶的活力越大。 但是过于增大溶剂的疏水性，酶的活力反而降低。 这可能是因为溶剂的疏水性太强，疏水性的底物不容 易从溶剂中扩散到酶分子的周围，导致酶的活力降低。 同时也有资料表明，若溶剂的分子结构和底物的 结构相似时，溶剂会作为酶活性中心的抑制剂而降 低酶的活力。
OMe CF3 O N H O N H O OMe CF 3 O N H O CF3 O OMe
Yield 97% 橙色诺卡菌 ee >99.9%
OMe CF 3 OH N O N H O CF3
OMe
OH
H3C N
CH3.HCຫໍສະໝຸດ SQ31765钙拮抗剂类抗心绞痛药， 橙色诺卡菌（Nocardia salmonicolor）可以立体选择还原酮。
2.2 非水介质中的生物催化反应
反应介质
水 水溶性 有机溶剂 反相胶束体系 水不溶性 水 有机溶剂＋水 双液相 超临界流体体系 离子液体体系
水
有机溶剂＋水 均一相
水饱和有机溶剂 均一相
水分散相 有机溶剂连续相
有机溶剂分散相 水连续相
水＋有机溶剂 二连续相
水和有机溶剂组成的各种反应系统
反应介质的影响
沙利度胺(Thalidomide,反应停)事件
震动了医学界，当时以消旋体用作缓解妊娠反 应药物，但后来在欧洲发现曾服用此药的孕妇产下 四肢呈海豚状的畸形儿。近期研究表明，两个对映 体都有镇静作用，原因出自代谢转化产物。S(-)沙 利度胺的二酰亚胺进行酶水解，生成邻苯二甲酰谷 胺酸，后者可渗入胎盘，干扰胎儿的发育造成畸胎， 而R(+)异构不产生相同的代谢产物，因而不致畸。
d. 3-吡啶乙醇胺
e. (R)-地诺帕明(Denopamine)
• (R)- 地 诺 帕 明 (Denopamine, 9) 是 首 例 具有口服活性和长效治 疗心脏病的药物，利用 一 株 高 还 原活 力 的 白 地 霉 菌 株 Geotrichum sp. G. 38 还 原 α - 羰 基 羧 酸 酯 (7) ，得到相应光学纯 的羟基酸 (8) 成功合成了 （9）。
手性：英文名chirality，源为希腊文cheir，手或handedness， 是用来表达化合物分子结构不对称的术语。人的手是不对称的， 左手和右手相互不能叠和，彼此是实物和镜像的关系。这种关系 在化学中称为“对映关系”。具有对映关系的两个物体互为“对 映体”。
2001年10月10日瑞典皇家科学院在斯 德哥尔摩宣布：
•
值得说明的是溶剂在提高选择性的同时并不一定会使反应速率增加，也可能使 反应速率变慢。一个非常慢的反应即使有很高的选择性，也难有实际用途，而 一个快速反应即使对映体选择性稍差，也有可能得到高光学纯度的产物。所以 在选择拆分介质时，对酶的催化活力，对映体选择性和反应速率三者要兼顾。
PSL脂肪酶催化潜手性二氢吡啶二羧基酯类衍生物的选择性水解
手性药物：
药物的药理作用是通过与体内的大分子之间严格的手性 识别和匹配而实现的. 虽然对映异构体药物的理化性质基本相同，但由于药物 分子所作用的受体或靶位是由氨基酸、核苷、膜等组成的手 性蛋白质和核酸大分子等，后者对与之结合的药物分子的空 间立体构型有一定的要求。因此，对映异构体在动物体内往 往呈现出药效学和药动学方面的差异。鉴于此，美国食品药 品监督管理局规定，今后研制具有不对称中心的药物，必须 给出手性拆分结果，欧盟也提出了相应的要求。
在不同的有机溶剂中，酶具有 不同的立体选择性，相同的酶在不同的 有机体系反应所得产物的构型相反。
有机相含水量
有机溶剂中酶的催化作用，水仍然是必需的基本条件。 酶蛋白分子周围紧密结合着一层水，成为必需水。在绝对无 水的体系中，酶不表现催化活性。 酶在有机相中必需水的含量有一个最佳值，当有机溶 剂中必需水的含量超过最佳含水量时，酶容易形成聚集体而 变得不稳定，且催化活力降低。酶在不同的有机溶剂中保持 一定的活力所需必需水的含量并不相同。
对映体组成测定方法
比旋光度，核磁共振，气相色谱，液相色谱等
手性固定相法 手性液相色谱 手性气相色谱 毛细管电泳手性分离 手性超临界流体色谱 Daicell 公司 Chiracel 柱 Chiralcel OD Chiralpak AD 手性流动相添加法 手性试剂衍生化法
1.4 总结
手性药物光学异构体间表现出的药动学和药效差异显著，所 以，研究一个手性药物时。仅对其外消旋体或某一个光学异 构体进行生物学评价是不够的。必须对其所有的对映体分别 进行生物学评价。在此基础上再确定是以外消旋体还是以其 某一个光学异构体作为所要上市的新药。 美国FDA 于1992年3月公布了一系列准则。以指导这类药物的 开发。要求对含有手性中心的药物，分别作每个旋光异构体 的毒理和药理临床实验及其活性强度、质量和纯度的测定。 证明它们都无任何有害作用，甚至对已上市的外消旋体药物 也要按如此要求补做研究工作，完善其研究资料。 因而近年来手性药物的研究开发倍受关注。单一对映体药物不 断上市。已有许多手性药物经“手性转换”以单一对映体代 替了过去的消旋体。
b. 肉碱(L-Carnitine)
• 肉碱(L-Carnitine) 6已在工业中得到应用(图2)。L-肉碱又称维生素BT， 其异构体对人体有营养保健，减肥健美的作用，而D-肉碱无生理活性且 对L-肉碱有拮抗作用。利用酵母菌Bakers’Yeast催化不对称还原得到目 标产物。
c. BMS-210 620
• 有机溶剂通过影响底物、产物在水相和有机相中的分配， 从而影响它们在酶必需水层中的浓度来改变酶催化反应速度 • 有机溶剂直接与 酶必需水作用，强极性有机溶剂可溶解大量水，有夺走 必需水的趋势，导致酶失活
• 有机溶剂对酶的直接影响

有机溶剂使底物基态能级下降或使酶－底复合物能级升高 有机溶剂分子进入酶活性中心，降低中心内部极性并加强底物与酶 之间形成的氢键 有机溶剂侵入会造成酶的三级结构变化，间接改变酶活性中心结构