第13章 手性药物.pptVIP

酰胺水解 酰胺水解是制备广泛用于手性药物合成的光学活性氨基酸的重要途径。 常用于催化酰胺水解的酶主要有氨基酰胺酶、氨基酰化酶、乙内酰脲酶等。 图12 氨基酰胺酶催化氨基酰胺水解拆分 氨基酰胺酶又称氨肽酶，存在于动物肾脏、胰腺和多种微生物，尤其是假单胞菌、红球菌、分支杆菌和曲霉属的微生物中。它能催化外消旋氨基酸酰胺不对称水解生产L-氨基酸，L-氨基酸和未水解的D-氨基酸酰胺的溶解度不同，可据此将它们分离，得到光学纯度较高的L-氨基酸。通过氨基酰胺酶催化酰胺水解制备光学活性的氨基酸具有许多优势，如前体物很容易得到；可用微生物细胞作催化剂，价格便宜，且避免很复杂的分离纯化酶的过程；可制备高对映体纯度的L-α-氨基酸和D-α-氨基酸。 图13 酰化酶催化消旋体L-N-酰基氨基酸水解拆分 氨基酰化酶能选择性地催化L-N-酯酰氨基酸水解，生成L-氨基酸。霉菌、细菌、放线菌等微生物细胞菌产氨基酰化酶，该酶也能以猪肾为原料提取。氨基酰化酶催化的酰胺水解反应不但可用于多种光学活性氨基酸，如L-蛋氨酸、L-苯丙氨酸、L-色氨酸、L-缬氨酸等的生产，还能用于半合成抗生素，如氨苄青霉素的合成。1969年，日本田边制药公司首次采用固定化氨基酰化酶进行DL-氨基酸的工业规模的拆分，连续生产L-氨基酸，生产成本仅为采用游离酶生产成本的60%左右,开创了固定化酶工业化生产的先河。 乙内酰脲酶也称海因酶，能催化5-取代乙内酰脲水解得到的N-氨甲酰基-α-氨基酸可通过亚硝酸或氨甲酰酶催化水解转变为α-氨基酸。由于既有L-氨甲酰酶，又有D-氨甲酰酶, 且乙内酰脲酶和氨甲酰酶的底物范围均很广，通过这些酶的作用，可将许多不同结构的5-取代乙内酰脲转化为光学纯的氨基酸。该法已在光学活性的非天然L-α-氨基酸和D-α-氨基酸的生产中得到广泛应用。如图14所示。例如，D-苯甘氨酸、D-对羟基苯甘氨酸、L-对氯苯丙氨酸等均可采用该法制备。 图14 海因酶催化海因水解制备氨基酸 氨解反应 近年来的研究表明,许多水解酶类,如脂肪酶、蛋白酶等,不仅可以催化水解反应,而且能够在非水介质中催化其逆反应，例如，它们能催化以氨、胺或者肼为非天然酰基受体的酯或酸的氨解反应，形成酰胺。 与传统的化学法相比, 通过酶促酯或酸氨解的途径使之酰胺化具有条件温和、专一性强、催化效率高的优点。 酶促酯氨解反应的机理为：酶活性中心丝氨酸残基中的羟基亲核进攻酯中的羰基碳，形成酶-酰基中间体,之后亲核试剂氨、胺或者肼进攻酶-酰基中间体，形成产物酰胺，酶同时恢复其原形。所形成的产物酰胺广泛应用手性药物的合成。 近年来，人们对有机介质中酶促酯的氨解反应进行了广泛研究。来自Candida antarctica type B (Novozym 435)的脂肪酶因具有耐高浓度氨的能力而能有效地催化酯的不对称氨解,在有机溶剂中生成稳定的酰胺。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,这不但能实现产物的在线分离,而且有利于平衡向产物形成的方向移动。 酶促酯氨解反应可用于外消旋氨基酸的动力学拆分。 例如，Ｄ-苯甘氨酸是氨苄青霉素、头孢氨苄和头孢拉定等药物的重要侧链，利用脂肪酶催化外消旋苯甘氨酸甲酯对映体选择性氨解反应可制备高光学纯度的Ｄ-苯甘氨酸。研究发现。在反应体系中添加一些盐或表面活性剂能有效地提高酶的氨解活性和对映体选择性。 在离子液-叔丁醇混和反应介质中，Novozym 435能高效地催化对羟基苯甘氨酸甲酯与氨基甲酸铵不对称氨解反应，其反应速度和对映体选择性均显著高于不含离子液体反应体系中的相应值（图15）(Lou WY, Zong MH, Wu H, et al. Green chemistry, 2005, 7(7): 500-506 )。 图15 含离子液体介质中脂肪酶促对羟基苯甘氨酸酯不对称氨解反应 酯化反应 酯化，这一受热力学限制不可能在水介质中发生的反应，可在非水介质中被多种酶，如脂肪酶、蛋白酶等催化。该反应在有机合成中特别有用，因为这些酶可催化大量不同类型的有机化合物的酯化，并具有高度立体选择性。 图16 脂肪酶PSL催化外消旋醇不对称酯化（或酰化） 酶促酯化反应在手性合成中已有许多应用。例如, C.rugosa脂肪酶能高对映选择性地催化外消旋-2-羟基壬酸与正丁醇在甲苯中发生酯化反应，所获产物的光学纯度很高，可用于合成抗微生物制剂(4R, 7S)-7-甲氧基十四烷-4-烯酸。 以酸酐为酰基供体进行醇的酰化反应具有很多优点，如避免逆反应、有利于反应体系中水含量的控制。在有机介质中，当脂肪酶催化酸酐与外消旋醇进行酯化反应时，后者可被拆分。酶催化醇与外消旋环状酸酐或内消旋环状酸酐的酯化反应，能对映选择性地打开环状酸酐的环，是制备高光学纯度