微生物藥物學(xué)-第二十三章-生物轉(zhuǎn)化技術(shù)在現(xiàn)代醫(yī)藥中的應(yīng)用-課件

第二十三章

生物轉(zhuǎn)化技術(shù)在現(xiàn)代制藥工業(yè)中的應(yīng)用第一節(jié)生物轉(zhuǎn)化與手性藥物合成第二節(jié)生物轉(zhuǎn)化與手性中間體的制備第三節(jié)生物轉(zhuǎn)化技術(shù)在現(xiàn)代制藥工業(yè)中的應(yīng)用第四節(jié)

生物轉(zhuǎn)化技術(shù)在其他相關(guān)產(chǎn)品中的應(yīng)用第二十三章

生物轉(zhuǎn)化技術(shù)在現(xiàn)代制藥工業(yè)中的應(yīng)用1第一節(jié)生物轉(zhuǎn)化與手性藥物合成

生物催化劑為高度手性催化劑，催化反應(yīng)效率高、立體選擇性好，反應(yīng)產(chǎn)物對映體過量率（e.e）有時(shí)可達(dá)100%，生物催化法是實(shí)現(xiàn)手性合成的有效途徑，而很多藥物的藥理活性與毒性與藥物手征性結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。第一節(jié)生物轉(zhuǎn)化與手性藥物合成2利用生物轉(zhuǎn)化技術(shù)制備手性藥物（關(guān)鍵中間體）的一些實(shí)例

利用生物轉(zhuǎn)化技術(shù)制備手性藥物（關(guān)鍵中間體）的一些實(shí)例3微生物藥物學(xué)-第二十三章-生物轉(zhuǎn)化技術(shù)在現(xiàn)代醫(yī)藥中的應(yīng)用_課件4微生物藥物學(xué)-第二十三章-生物轉(zhuǎn)化技術(shù)在現(xiàn)代醫(yī)藥中的應(yīng)用_課件5微生物藥物學(xué)-第二十三章-生物轉(zhuǎn)化技術(shù)在現(xiàn)代醫(yī)藥中的應(yīng)用_課件6微生物藥物學(xué)-第二十三章-生物轉(zhuǎn)化技術(shù)在現(xiàn)代醫(yī)藥中的應(yīng)用_課件7微生物藥物學(xué)-第二十三章-生物轉(zhuǎn)化技術(shù)在現(xiàn)代醫(yī)藥中的應(yīng)用_課件82、手性藥物（chiraldrug）所謂手性藥物是指單一異構(gòu)體藥物。近年來人們對手性藥物愈來愈關(guān)注的重要原因是它們的治療活性主要存在于一種異構(gòu)體，而另一（些）異構(gòu)體或是無活性的、或是具有不同的藥理活性，甚至有嚴(yán)重的毒副作用。2、手性藥物（chiraldrug）93、對映體、對映異構(gòu)體（enantiomer）具有一定構(gòu)造的分子，其原子在空間的排列方式可能不止一種，即可能存在不止一種構(gòu)型。凡是手性分子，必有互為鏡像的構(gòu)型。這種互為鏡像的兩種構(gòu)型叫做對映體。分子的手性是對映體存在的必要和充分的條件。一對對映體的構(gòu)造相同，只是立體結(jié)構(gòu)不同，因此它們是立體異構(gòu)體。這種立體異構(gòu)體就叫做對映異構(gòu)體。3、對映體、對映異構(gòu)體（enantiomer）103、對映體、對映異構(gòu)體（enantiomer）對映異構(gòu)和順反異構(gòu)一樣都是構(gòu)型異構(gòu)。要把一種異構(gòu)體變成構(gòu)型異構(gòu)體，必須斷裂分子中的兩個(gè)鍵，然后對換兩個(gè)基團(tuán)的空間位置。而構(gòu)象異構(gòu)則不同，只要通過鍵的扭轉(zhuǎn)，一種構(gòu)象異構(gòu)體就可以轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N構(gòu)象異構(gòu)體。3、對映體、對映異構(gòu)體（enantiomer）對映異構(gòu)和順反114、立體異構(gòu)體（stereoisomer）其分子由相同數(shù)目和相同類型的原子組成，是具有相同的連接方式但原子的空間排列方式不同，即構(gòu)型不同的化合物。4、立體異構(gòu)體（stereoisomer）125、非對映異構(gòu)體（diastereoisomer）具有二個(gè)或多個(gè)非對稱中心，且其分子相互不為鏡像的立體異構(gòu)體。如D-赤鮮糖和D-蘇糖常簡稱為“非對映體”。5、非對映異構(gòu)體（diastereoisomer）136、不對稱合成、手性合成（asymmetricsynthesis,chiralsynthesis）不對稱合成常常也被稱之為手性合成。最初的定義為，不對稱合成是一個(gè)用純手性試劑通過非手性底物的反應(yīng)形成光學(xué)活性化合物（opticallyactivecompound）的過程，即從一個(gè)具有對稱構(gòu)造的化合物產(chǎn)生光學(xué)活性物質(zhì)的反應(yīng)過程。

6、不對稱合成、手性合成（asymmetricsynthe146、不對稱合成、手性合成（asymmetricsynthesis,chiralsynthesis）更為廣義的不對稱合成的定義為，一個(gè)反應(yīng)，其中底物分子整體中的非手性單元由反應(yīng)劑以不等量地生成立體異構(gòu)產(chǎn)物的途徑轉(zhuǎn)化為手性單元。也就是說，不對稱合成是一個(gè)過程，它將潛手性（prochiral）單元轉(zhuǎn)化為手性單元，使得產(chǎn)生不等量的立體異構(gòu)產(chǎn)物。6、不對稱合成、手性合成（asymmetricsynthe15一個(gè)成功的不對稱反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)1）高的對映體過量（e.e）；2）用于不對稱反應(yīng)的反應(yīng)劑應(yīng)易于制備并能循環(huán)使用；3）可以制備得到R和S兩種構(gòu)型；4）最好是催化性的合成。迄今，能完成最好的不對稱合成的反應(yīng)劑可以認(rèn)為是生物催化劑，即自然界中的微生物和酶。一個(gè)成功的不對稱反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)1）高的對映體過量（e.e）；167、不對稱放大、手性合成子和手性助劑（asymmetricamplification,chiralsynthon,chiralauxiliary）

不對稱放大是指應(yīng)用一種具較低對映體純度的催化劑或試劑制備具較高對映體純度的產(chǎn)物的過程。手性合成子為一單對映體化合物，以其作為起始原料在反應(yīng)過程中誘導(dǎo)產(chǎn)生所需的手性化合物。手性助劑為一單對映體化合物，其通過共價(jià)鍵與底物暫時(shí)結(jié)合，在反應(yīng)過程中誘導(dǎo)出手性，最后再使共價(jià)鍵斷開得到單對映體產(chǎn)物，并回收助劑。7、不對稱放大、手性合成子和手性助劑（asymmetric178、外消旋、內(nèi)消旋和外消旋化

（racemic,meso,racemization）外消旋是指一種物質(zhì)以兩種互為對映體的手性分子的等量混合物形式存在的現(xiàn)象，這種物質(zhì)即為外消旋體。外消旋體也稱為外消旋混合物（racemicmixture）或外消旋物(racemate)，其化合物名稱前用dl（不鼓勵使用）或

符號（較好）或用前綴rac表示。8、外消旋、內(nèi)消旋和外消旋化

（racemic,meso,188、外消旋、內(nèi)消旋和外消旋化

（racemic,meso,racemization）內(nèi)消旋是指一種物質(zhì)的分子內(nèi)具有2個(gè)或多個(gè)非對稱中心但又有對稱面，因而不能以對映體存在的現(xiàn)象，這種物質(zhì)即為內(nèi)消旋體，其化合物用前綴meso表示。外消旋化是指一種對映體轉(zhuǎn)化為兩個(gè)對映體的等量化合物。內(nèi)消旋體和外消旋體都沒有旋光性，但它們在本質(zhì)上是不同的。8、外消旋、內(nèi)消旋和外消旋化

（racemic,meso,199、光學(xué)（旋光）活性、光學(xué)（旋光）異構(gòu)體和光學(xué)純度（opticallyactive,opticalisomer,opticalpurity）光學(xué)活性是指由實(shí)驗(yàn)觀察到的一種物質(zhì)將單色平面偏振光的平面向觀察者的右邊或左邊旋轉(zhuǎn)的性質(zhì)，通常用（+）表示右旋，用（–）表示左旋。光學(xué)異構(gòu)體即為對映體的同義詞，現(xiàn)已不常用，因?yàn)橐恍τ丑w在某些光波長下并無光學(xué)活性。光學(xué)純度是指根據(jù)實(shí)驗(yàn)測定的旋光度，在兩個(gè)對映混合物中一個(gè)對映體所占的百分?jǐn)?shù)。

9、光學(xué)（旋光）活性、光學(xué)（旋光）異構(gòu)體和光學(xué)純度（opti2010、立體選擇性反應(yīng)和立體專一性反應(yīng)（stereoselectivereaction,stereospeceficreaction）

如果一個(gè)反應(yīng)不管反應(yīng)物的立體化學(xué)如何，生成的產(chǎn)物只有一種立體異構(gòu)體（或有兩種立體異構(gòu)體時(shí)，其中一種異構(gòu)體占壓倒優(yōu)勢），這樣的反應(yīng)被稱之為立體選擇性反應(yīng)。從立體化學(xué)上有差別的反應(yīng)物給出立體化學(xué)上有差別的產(chǎn)物的反應(yīng)被稱之為立體專一性反應(yīng)。所有的立體專一性反應(yīng)必定是立體選擇性反應(yīng)，但不是所有的立體選擇性反應(yīng)必定是立體專一性反應(yīng)，因?yàn)橛行┓磻?yīng)物是沒有立體結(jié)構(gòu)特征，而生成物是有立體結(jié)構(gòu)特征的。

10、立體選擇性反應(yīng)和立體專一性反應(yīng)（stereoselec2111、對映體過量（enantiomericexcess,簡稱e.e）和對映選擇性（enantioselectivity）

對映體過量（e.e）是指在兩個(gè)對映體混合物中，一個(gè)對映體E1過量的百分?jǐn)?shù)，即e.e=[（E1–E2）]/[（E1+E2）]×100%

對映選擇性是指一個(gè)化學(xué)反應(yīng)（包括生物反應(yīng)等）產(chǎn)生一種對映體多于相對對映體的程度。11、對映體過量（enantiomericexcess,2212、D/L、R/S和d/l

D/L為分子的絕對構(gòu)型，按照與參照化合物D-或L-甘油醛的絕對構(gòu)型的實(shí)驗(yàn)化學(xué)關(guān)聯(lián)而指定。D/L標(biāo)記法應(yīng)用已久，也比較方便。但是這種標(biāo)記只能表示出分子中一個(gè)手性碳原子的構(gòu)型，對于含有多個(gè)手性碳原子的化合物不合適，有時(shí)甚至?xí)a(chǎn)生名稱上的混亂。因此，其僅常用于一些常見的和天然的氨基酸或糖，對其它一些化合物目前都采用R/S來表示。12、D/L、R/S和d/l

D/L為分子的絕對構(gòu)型，按照與2312、D/L、R/S和d/l

R/S標(biāo)記法是根據(jù)手性碳原子所連接的四個(gè)基團(tuán)的排列順序來標(biāo)記手性碳原子構(gòu)型的一種方法。因此，在化學(xué)反應(yīng)中，如果手性碳原子構(gòu)型保持不變，產(chǎn)物的構(gòu)型與反應(yīng)物的相同，但其“R”或“S”標(biāo)記卻不一定與反應(yīng)物相同。反之，如果反應(yīng)后手性碳原子的構(gòu)型轉(zhuǎn)化了，產(chǎn)物構(gòu)型的“R”或“S”也不一定與反應(yīng)物相同。因?yàn)榻?jīng)過化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)物的手性碳上所連接的基團(tuán)與反應(yīng)物的不一樣了，產(chǎn)物和反應(yīng)物的相應(yīng)基團(tuán)的排列次序可能相同也可能不同?！癛”或“S”的標(biāo)記，決定于它本身四個(gè)基團(tuán)的排列次序，而與反應(yīng)時(shí)的構(gòu)型是否保持不變無關(guān)。12、D/L、R/S和d/l

R/S標(biāo)記法是根據(jù)手性碳原子2412、D/L、R/S和d/l

d或l是指物質(zhì)右旋或左旋，是按照實(shí)驗(yàn)測定的將單色平面偏振光的平面向右或向左旋轉(zhuǎn)而定，目前常用（+）表示右旋，用（–）表示左旋。

12、D/L、R/S和d/l

d或l是指物質(zhì)右旋或左旋，是按2513、拆分（resolution）拆分是指將外消旋體分離成旋光體的過程。外消旋體是有一對對映體等量混合而成。對映體除旋光方向相反外，其它物理性質(zhì)都相同，因此，雖然外消旋體為兩種化合物的混合物，但用一般的物理方法，如蒸餾、重結(jié)晶等不能把一對對映體分離開來，必須用特殊的方法才能把它們拆開。目前常用的一些方法包括有以下幾種。13、拆分（resolution）拆分是指將外消旋體分離成旋26化學(xué)拆分法：這個(gè)方法應(yīng)用最廣。其原理是將對映體轉(zhuǎn)變?yōu)榉菍τ丑w，然后分離。外消旋體與無旋光性的物質(zhì)作用并結(jié)合后，仍是外消旋體。但是若使外消旋體與旋光性物質(zhì)作用并結(jié)合后，則原來的一對對映體變成了兩種互不對映的衍生物。于是外消旋體變成了非對映體的化合物。非對映體具有不同的物理性質(zhì)，可以用一般的分離方法把它們分開。最后再把分離所得的兩種衍生物分別變回原來的旋光物質(zhì)，即達(dá)到了拆分的目的。這種拆分法最適合于酸或堿的外消旋體的拆分。目前已經(jīng)開發(fā)了許多光學(xué)異構(gòu)體分離用的介質(zhì)?；瘜W(xué)拆分法：這個(gè)方法應(yīng)用最廣。其原理是將對映體轉(zhuǎn)變?yōu)榉菍τ丑w27生物拆分法：某些微生物或它們所產(chǎn)生的酶。對于對映體中的一種異構(gòu)體有選擇性的分解作用。利用微生物或酶的這種性質(zhì)可以從外消旋體中把一種旋光體拆分出來，但在拆分過程中，外消旋體至少有一半被消耗掉了。生物拆分法：某些微生物或它們所產(chǎn)生的酶。對于對映體中的一種異28誘導(dǎo)結(jié)晶拆分法：在外消旋體的過飽和溶液中，假如一定量的一種旋光體的純晶體作為晶種。由于溶液中這種旋光體的含量較高，且在晶種的誘導(dǎo)下優(yōu)先結(jié)晶析出。將這種結(jié)晶濾出后，則另一種旋光體在濾液中相對較多。再加入外消旋體制成過飽和溶液，于是另一種旋光體優(yōu)先結(jié)晶析出。如此反復(fù)進(jìn)行結(jié)晶，就可以把一對對映體完全分開。誘導(dǎo)結(jié)晶拆分法：在外消旋體的過飽和溶液中，假如一定量的一種旋29選擇吸附拆分法：用某種旋光物質(zhì)作為吸附劑，使之選擇性地吸附外消旋體中的一種異構(gòu)體，以達(dá)到拆分的目的。近年來開發(fā)用于分離光學(xué)異構(gòu)體的擬移動床色譜就是根據(jù)這種原理設(shè)計(jì)的。選擇吸附拆分法：用某種旋光物質(zhì)作為吸附劑，使之選擇性地吸附外30逆流萃取拆分法：在萃取液中使用合適的手性助劑，以逆流萃取的方法可以使外消旋體混合物對映體得到分離。逆流萃取拆分法：在萃取液中使用合適的手性助劑，以逆流萃取的方31其它拆分法：近年來正在不斷開發(fā)各種新的對映體拆分技術(shù)包括所應(yīng)用的設(shè)備的開發(fā)。其它拆分法：近年來正在不斷開發(fā)各種新的對映體拆分技術(shù)包括所應(yīng)3214、外消旋體轉(zhuǎn)換（racemicswitch）即從已知的外消旋體藥物開發(fā)單一異構(gòu)體藥物。這對該品種的原開發(fā)商而言可籍此延長產(chǎn)品的專利保護(hù)期。對其它廠商而言是一條獲得新產(chǎn)品的捷徑，因?yàn)槠湎鄬︼L(fēng)險(xiǎn)小投入少。14、外消旋體轉(zhuǎn)換（racemicswitch）33二、開發(fā)手性藥物的意義美國FDA于1992年公布了手性藥物指導(dǎo)原則稱：制藥廠商必須確定外消旋體及各立體異構(gòu)體的特性、作用效果、質(zhì)量、純度，比較各異構(gòu)體的體外系統(tǒng)和（或）人體中的藥理活性，如異構(gòu)體之間藥物動力學(xué)特性有差異的需分別測定相關(guān)的數(shù)據(jù)。二、開發(fā)手性藥物的意義美國FDA于1992年公布了手性藥物指34二、開發(fā)手性藥物的意義另外，鼓勵開發(fā)已經(jīng)上市的外消旋體藥物的單一異構(gòu)體，即如果發(fā)現(xiàn)單一異構(gòu)體的療效提高、副作用減輕或具有新的藥理作用，就可以擴(kuò)大適應(yīng)癥范圍，并可望延長專利保護(hù)期。FDA還正在考慮給此類單一異構(gòu)體部分以新化學(xué)實(shí)體的待遇，享受一定期限的市場獨(dú)占權(quán)。二、開發(fā)手性藥物的意義另外，鼓勵開發(fā)已經(jīng)上市的外消旋體藥物的35

市售的單一異構(gòu)體和外消旋體藥物

市售的單一異構(gòu)體和外消旋體藥物36二、開發(fā)手性藥物的意義

藥物的手征性問題在制藥工業(yè)界愈來愈受到重視。對單一異構(gòu)體藥物，即俗稱為手性藥物的關(guān)注有許多理由。最重要的一點(diǎn)是藥物的作用靶點(diǎn)——生物體的酶和細(xì)胞表面受體是手性的。外消旋體藥物的兩個(gè)對映體在體內(nèi)以不同的途徑被吸收、活化或降解后，就與具有不同手征性特性的靶點(diǎn)結(jié)合，從而出現(xiàn)這兩種對應(yīng)體可能有相同的藥理活性，或者是一種可能是活性的，另一種可能是無活性的甚至是有毒性的，或者是兩者可能有不同程度或不同性質(zhì)的活性。二、開發(fā)手性藥物的意義藥物的手征性問題在制藥工業(yè)界愈來愈受37些藥物或化合物異構(gòu)體的不同藥理活性或其它特性些藥物或化合物異構(gòu)體的不同藥理活性或其它特性38微生物藥物學(xué)-第二十三章-生物轉(zhuǎn)化技術(shù)在現(xiàn)代醫(yī)藥中的應(yīng)用_課件39微生物藥物學(xué)-第二十三章-生物轉(zhuǎn)化技術(shù)在現(xiàn)代醫(yī)藥中的應(yīng)用_課件40二、開發(fā)手性藥物的意義在生物體系中，立體異構(gòu)識別是很明顯的。一般就手性化合物而言，可能有四種不同的生物學(xué)效應(yīng)：只有一種異構(gòu)體具有所希望的生物活性，而另一種沒有顯著的所希望的生物活性。只有一種異構(gòu)體具有所希望的生物活性，而另一種不具有所希望的生物活性。只有一種異構(gòu)體具有所希望的生物活性，而另一種具有不希望的生物活性。兩種異構(gòu)體具有不同藥理作用的生物活性。

二、開發(fā)手性藥物的意義在生物體系中，立體異構(gòu)識別是很明顯的。41引起對對映體可能表現(xiàn)有不同的藥理作用

或毒副作用關(guān)注的原因可以從在20世紀(jì)60年代歐洲發(fā)生的一個(gè)悲劇來說明：即外消旋的沙利度胺曾是有力的鎮(zhèn)靜劑和止吐藥，尤其適合在早期妊娠反應(yīng)中使用。不幸的是，有些曾服用這種藥的孕婦產(chǎn)下了畸形的嬰兒。因此，很快就發(fā)現(xiàn)它是極強(qiáng)烈的致畸劑。進(jìn)一步的研究表明，其致畸作用是由該藥的（S）-異構(gòu)體所引起的，而(R)-異構(gòu)體被認(rèn)為即使在高劑量時(shí)在動物中也不會引起畸變。

引起對對映體可能表現(xiàn)有不同的藥理作用

或毒副作用關(guān)注的原因可42引起對對映體可能表現(xiàn)有不同的藥理作用

或毒副作用關(guān)注的原因另外一個(gè)有趣的例子是治療帕金森氏病的L-多巴(DOPA)在體內(nèi)的活性形式是通過脫羧作用形成無手征性的多巴胺。但由于多巴胺不能跨越“血腦屏障”進(jìn)入作用部位，因而必須服用前藥L-多巴。再由體內(nèi)的酶將其催化脫羧形成活性態(tài)的多巴胺。然而，多巴脫羧酶是專一性的，只對L-多巴的（-）對映體發(fā)生脫羧作用。因此，必須服用L-(-)-多巴，否則，L-（+）-多巴可能會在體內(nèi)積聚而發(fā)生危險(xiǎn)。目前，通過使用一系列不對稱合成方法，可以工業(yè)規(guī)模制備L-(-)-多巴。

引起對對映體可能表現(xiàn)有不同的藥理作用

或毒副作用關(guān)注的原因另43沙利度胺和L-多巴的異構(gòu)體結(jié)構(gòu)

沙利度胺和L-多巴的異構(gòu)體結(jié)構(gòu)44微生物藥物學(xué)-第二十三章-生物轉(zhuǎn)化技術(shù)在現(xiàn)代醫(yī)藥中的應(yīng)用_課件45微生物藥物學(xué)-第二十三章-生物轉(zhuǎn)化技術(shù)在現(xiàn)代醫(yī)藥中的應(yīng)用_課件46微生物藥物學(xué)-第二十三章-生物轉(zhuǎn)化技術(shù)在現(xiàn)代醫(yī)藥中的應(yīng)用_課件47微生物藥物學(xué)-第二十三章-生物轉(zhuǎn)化技術(shù)在現(xiàn)代醫(yī)藥中的應(yīng)用_課件48微生物藥物學(xué)-第二十三章-生物轉(zhuǎn)化技術(shù)在現(xiàn)代醫(yī)藥中的應(yīng)用_課件49一些處于不同階段從外消旋體轉(zhuǎn)換為單一異構(gòu)體藥物的開發(fā)狀況

一些處于不同階段從外消旋體轉(zhuǎn)換為單一異構(gòu)體藥物的開發(fā)狀況50微生物藥物學(xué)-第二十三章-生物轉(zhuǎn)化技術(shù)在現(xiàn)代醫(yī)藥中的應(yīng)用_課件51微生物藥物學(xué)-第二十三章-生物轉(zhuǎn)化技術(shù)在現(xiàn)代醫(yī)藥中的應(yīng)用_課件52微生物藥物學(xué)-第二十三章-生物轉(zhuǎn)化技術(shù)在現(xiàn)代醫(yī)藥中的應(yīng)用_課件53微生物藥物學(xué)-第二十三章-生物轉(zhuǎn)化技術(shù)在現(xiàn)代醫(yī)藥中的應(yīng)用_課件54微生物藥物學(xué)-第二十三章-生物轉(zhuǎn)化技術(shù)在現(xiàn)代醫(yī)藥中的應(yīng)用_課件55微生物藥物學(xué)-第二十三章-生物轉(zhuǎn)化技術(shù)在現(xiàn)代醫(yī)藥中的應(yīng)用_課件56微生物藥物學(xué)-第二十三章-生物轉(zhuǎn)化技術(shù)在現(xiàn)代醫(yī)藥中的應(yīng)用_課件57微生物藥物學(xué)-第二十三章-生物轉(zhuǎn)化技術(shù)在現(xiàn)代醫(yī)藥中的應(yīng)用_課件58微生物藥物學(xué)-第二十三章-生物轉(zhuǎn)化技術(shù)在現(xiàn)代醫(yī)藥中的應(yīng)用_課件59第二節(jié)生物轉(zhuǎn)化與手性中間體的制備

手性藥物制備的關(guān)鍵技術(shù)是不對稱合成(asymmetricsynthesis)技術(shù)。多年來，有機(jī)化學(xué)工作者已經(jīng)研究開發(fā)了許多種用化學(xué)的方法進(jìn)行不對稱合成的技術(shù)，但近20多年來，很多長期從事化學(xué)合成研究的工作者對微生物和酶反應(yīng)發(fā)生了興趣，與此同時(shí)，很多長期從事微生物和酶的研究的工作者對如何將此應(yīng)用于有機(jī)合成發(fā)生了興趣，從而使生物催化轉(zhuǎn)化（biocatalytictransformation）成為一種進(jìn)行不對稱合成的重要技術(shù)。第二節(jié)生物轉(zhuǎn)化與手性中間體的制備60應(yīng)用生物催化轉(zhuǎn)化技術(shù)進(jìn)行不對稱合成與

化學(xué)合成法相比較具有的優(yōu)越性有：1）轉(zhuǎn)化底物某一基團(tuán)的專一性強(qiáng)，即對不需要轉(zhuǎn)化的基團(tuán)無需保護(hù)；2）通過對用于某一轉(zhuǎn)化的微生物進(jìn)行菌種選育和轉(zhuǎn)化條件的優(yōu)化，可以得到極高的轉(zhuǎn)化率；3）生物催化轉(zhuǎn)化的反應(yīng)條件溫和且對環(huán)境的污染很小。特別是近年來DNA重組技術(shù)的應(yīng)用和新的轉(zhuǎn)化系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)用，使愈來愈多的原來使用化學(xué)方法進(jìn)行不對稱合成的化合物有可能被生物催化轉(zhuǎn)化的方法來替代。應(yīng)用生物催化轉(zhuǎn)化技術(shù)進(jìn)行不對稱合成與

化學(xué)合成法相比較具有的61一、三元環(huán)和四元環(huán)中間體的制備一、三元環(huán)和四元環(huán)中間體的制備62

環(huán)氧乙烷的生物拆分和frontalin以及baclofen的合成

環(huán)氧乙烷的生物拆分和frontalin以及baclofen63二、五元環(huán)中間體的制備二、五元環(huán)中間體的制備64微生物藥物學(xué)-第二十三章-生物轉(zhuǎn)化技術(shù)在現(xiàn)代醫(yī)藥中的應(yīng)用_課件65微生物藥物學(xué)-第二十三章-生物轉(zhuǎn)化技術(shù)在現(xiàn)代醫(yī)藥中的應(yīng)用_課件66

逆狄爾斯-阿爾德反應(yīng)和海人藻酸的合成

逆狄爾斯-阿爾德反應(yīng)和海人藻酸的合成67三、六元環(huán)中間體的制備三、六元環(huán)中間體的制備68C2不對稱化合物12的酶拆分過程C2不對稱化合物12的酶拆分過程69四、七元環(huán)中間體的制備

對映體純化合物（+）-26和（-）-26的合成

四、七元環(huán)中間體的制備對映體純化合物（+）-26和（-）70第三節(jié)

生物轉(zhuǎn)化在現(xiàn)代制藥工業(yè)中的應(yīng)用一、鈣離子拮抗劑，抗心絞痛和高血壓藥地爾硫卓關(guān)鍵中間體的制備利用來源于S.marcescens的脂肪酶拆分(2RS,3SR)-3-(4-甲氧基苯基)縮水甘油酸甲酯，能夠得到純度很高的(2R,3S)-4-甲氧苯基縮水甘油酸甲酯（其對映體過剩率e.e值高達(dá)98%以上），理論轉(zhuǎn)化率為50%。自從1993年以來，日本Tanabe公司每年生產(chǎn)50噸這樣的關(guān)鍵中間體，用于制備抗心絞痛和高血壓藥。圖所示為用脂肪酶制備關(guān)鍵中間體(2R,3S)-4-甲氧苯基縮水甘油酸甲酯的路線。第三節(jié)

生物轉(zhuǎn)化在現(xiàn)代制藥工業(yè)中的應(yīng)用71利用脂肪酶拆分外消旋體對甲氧基苯苷氨酰甲酯制備地爾硫關(guān)鍵中間體

利用脂肪酶拆分外消旋體對甲氧基苯苷氨酰甲酯制備地爾硫關(guān)鍵中間72二、農(nóng)藥FRONTIER的關(guān)鍵中間體的制備另外一個(gè)利用微生物來源脂肪酶實(shí)現(xiàn)工業(yè)化制備藥物關(guān)鍵中間體的實(shí)例是，BASFAG公司利用假單胞菌DSM8246脂肪酶制備農(nóng)藥FRONTIER的關(guān)鍵中間體，（S）-1-甲氧基-2-氨基丙烷，其不需要的對映體可以被外消旋化后循環(huán)拆分。由于動力學(xué)拆分的最大轉(zhuǎn)化率為50%，因此，通過選擇不同的溶劑系統(tǒng)研究原位外消旋化技術(shù)非常重要。圖所示為利用脂肪酶制備關(guān)鍵中間體（S）-1-甲氧基-2-氨基丙烷的路線。二、農(nóng)藥FRONTIER的關(guān)鍵中間體的制備另外一個(gè)利用微生物73利用脂肪酶制備農(nóng)藥FRONTIER關(guān)鍵中間體(S)-1-甲氧基-2-氨基丙烷利用脂肪酶制備農(nóng)藥FRONTIER關(guān)鍵中間體(S)-1-甲氧74

目前正在研究的一種殺蟲劑關(guān)鍵中間體（S）-4-羥基-3-甲基-prop-2-ynyl-cyclopent-2-enone也是通過脂肪酶催化獲得的目前正在研究的一種殺蟲劑關(guān)鍵中間體（S）-4-羥基-3-甲75三、免疫抑制劑脫氧精胍菌素關(guān)鍵中間體的制備

抗腫瘤抗生素精胍菌素（spergualin）首先從微生物發(fā)酵液中發(fā)現(xiàn)，在用全合成方法制備精胍菌素時(shí)，用酸催化的縮合反應(yīng)導(dǎo)致產(chǎn)生C-11兩個(gè)對映體。用合成方法得到的外消旋體精胍菌素的抗腫瘤活性僅為微生物來源的一半，提示C-11位構(gòu)型的重要性。免疫抑制劑15-脫氧精胍菌素（15-deoxyspergualin）合成的關(guān)鍵中間體，S-(-)-乙酸酯，可以用來源于假單胞菌的脂肪酶對其相應(yīng)的外消旋體進(jìn)行對映體選擇性?；玫?，該反應(yīng)可在甲基乙基酮系統(tǒng)中進(jìn)行，假單胞菌脂肪酶AK為生物催化劑，醋酸乙烯酯為?；瘎?。目的產(chǎn)物S-(-)-乙酸酯的轉(zhuǎn)化率為48%（理論最大值為50%），對映體過剩率為98%，不需要的醇轉(zhuǎn)化率為41%，對映體過剩率為98.5%。三、免疫抑制劑脫氧精胍菌素關(guān)鍵中間體的制備

抗腫瘤抗生素精胍7615-脫氧精胍菌素15-脫氧精胍菌素的化學(xué)結(jié)構(gòu)及其關(guān)鍵中間體S-(-)-乙酸酯的制備路線15-脫氧精胍菌素15-脫氧精胍菌素的化學(xué)結(jié)構(gòu)及其關(guān)鍵中間體77四、選擇性

3-受體激動劑關(guān)鍵中間體的制備選擇性

3-受體激動劑可以用來治療胃腸道疾病、II型糖尿病和肥胖癥等，合成如圖所示的

3-受體激動劑時(shí)所用的單一構(gòu)型的關(guān)鍵中間體，（S）-單酯化合物可以通過豬肝酯酶水解甲基-（4-甲氧苯基）-丙二酸二乙酯獲得（如圖所示）。當(dāng)用乙醇作為反應(yīng)助溶劑，在雙相系統(tǒng)中溫度為10℃時(shí)，其（S）-單酯化合物轉(zhuǎn)化率可達(dá)到96.7%，對映體過剩率可達(dá)到96%。四、選擇性3-受體激動劑關(guān)鍵中間體的制備選擇性3-受體激78

-3受體激動劑

3-受體激動劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)及其關(guān)鍵中間體（S）-單酯化合物的制備路線-3受體激動劑3-受體激動劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)及其關(guān)鍵中間體（S79五、

2-受體激動劑，支氣管擴(kuò)張藥物（R,R）-福莫特羅中間體的制備

目前臨床應(yīng)用的

2-受體激動劑，支氣管擴(kuò)張藥物福莫特羅（formoterol）為外消旋體。最近的研究表明，不同的異構(gòu)體其藥理活性不同，(R,R)-立體異構(gòu)體具有正常的藥理作用。應(yīng)用酶促拆分的方法可以獲得制備（R,R）-福莫特羅的關(guān)鍵中間體：用洋蔥假單胞菌脂肪酶PS-30酶促?；庀w醇化合物12，得到?；a(chǎn)物(S)-13和期望的未反應(yīng)產(chǎn)物（R）-11（得率為46%）；用Candidaantarctica脂肪酶拆分外消旋體化合物14，得到期望的產(chǎn)物（R）-15和未反應(yīng)的產(chǎn)物(S)-16。（R）-15的反應(yīng)總收率為11%，對映體過剩率為96%；當(dāng)在反應(yīng)過程中加入0.15當(dāng)量的三乙胺時(shí)，反應(yīng)至4小時(shí)時(shí)能夠得到42%的轉(zhuǎn)化率和94%的，經(jīng)過水解和層析分離，其收率為21%，對映體過剩率為94%。最后，通過化學(xué)反應(yīng)，將關(guān)鍵中間體（R）-11和（R）-15縮合，得到終產(chǎn)物（R,R）-福莫特羅。五、2-受體激動劑，支氣管擴(kuò)張藥物（R,R）-福莫特羅中間80（R,R）-福莫特羅的制備路線（R,R）-福莫特羅的制備路線81六、抗Alzheimer’s藥物關(guān)鍵中間體的制備

S-2-戊醇是多個(gè)研究中的抗Alzheimer’s藥物（抑制

-淀粉狀蛋白的釋放和/或合成）的關(guān)鍵中間體。利用Candidaantarctica脂肪酶B拆分外消旋體2-戊醇和2-庚醇，能夠得到這一關(guān)鍵中間體。該酶能夠有效地催化這一反應(yīng)，轉(zhuǎn)化率為49%（理論最大轉(zhuǎn)化率為50%），對映體過剩率為99%。在這個(gè)反應(yīng)系統(tǒng)中，琥珀酸酐為最合適的?；瘎?，2-戊醇既是反應(yīng)底物，同時(shí)也是反應(yīng)溶劑。圖所示為利用Candidaantarctica脂肪酶B制備關(guān)鍵中間體S-2-戊醇和S-2-庚醇的路線。六、抗Alzheimer’s藥物關(guān)鍵中間體的制備

S-2-戊82抗Alzheimer’s藥物關(guān)鍵中間體S-2-戊醇和S-2-庚醇的制備路線抗Alzheimer’s藥物關(guān)鍵中間體S-2-戊醇和S-2-83七、具有降膽固醇作用的鯊烯合成酶

抑制劑關(guān)鍵手性中間體BMS188494是一個(gè)正在研究開發(fā)中的鯊烯合成酶抑制劑。在該藥物的化學(xué)合成過程中，需要有關(guān)鍵手性中間體S-（+）-二乙酯化合物。利用Geotrichumcandidum脂肪酶，在甲苯溶劑中以異丙烯醋酸酯為酰化劑，催化外消旋體二乙酯化合物67獲得該關(guān)鍵中間體，其轉(zhuǎn)化率為38%（理論最大轉(zhuǎn)化率為50%），對映體過剩率為95%。圖所示為BMS188494的化學(xué)結(jié)構(gòu)以及酶促制備關(guān)鍵手性中間體S-（+）-二乙酯化合物的路線。七、具有降膽固醇作用的鯊烯合成酶

抑制劑關(guān)鍵手性中間體84

鯊烯合成酶抑制劑BMS188494關(guān)鍵手性中間體S-（+）-二乙酯化合物的制備路線鯊烯合成酶抑制劑BMS188494關(guān)鍵手性中間體85八、抗腫瘤藥物紫杉醇關(guān)鍵中間體的制備

紫杉醇是目前唯一已知能夠抑制微管蛋白解聚過程的多環(huán)二萜類藥物。天然的紫杉醇從yewbark中分離獲得，但其產(chǎn)率很低，1公斤紫杉醇需要大約2磅的yewbark（約3000棵樹）。八、抗腫瘤藥物紫杉醇關(guān)鍵中間體的制備

紫杉醇是目前唯一已知能86用半合成的方法制備紫杉醇是

最近幾年研究的一個(gè)熱點(diǎn)其中用酶促方法制備C-13手性側(cè)鏈取得了一定的進(jìn)展：利用來源于洋蔥假單胞菌的脂肪酶PS-300以及來源于假單胞菌SC13856的脂肪酶BMS，能夠?qū)τ丑w選擇性地水解外消旋體醋酸酯cis-3-（乙酰氧）-4-苯基-2-雜氮環(huán)二酮73，至相應(yīng)的(S)-醇74和所期望未反應(yīng)的（R）-醋酸酯75，后者的轉(zhuǎn)化率為大于48%（理論最大轉(zhuǎn)化率為50%），對映體過剩率大于99.5%。用化學(xué)方法還原（R）-醋酸酯75，就可以得到C-13關(guān)鍵手性中間體（R）-醇化合物。用半合成的方法制備紫杉醇是

最近幾年研究的一個(gè)熱點(diǎn)其中用酶促87紫杉醇C-13關(guān)鍵手性中間體（R）-醇化合物的制備路線

紫杉醇C-13關(guān)鍵手性中間體（R）-醇化合物的制備路線88九、法尼基合成酶抑制劑關(guān)鍵中間體的制備

法尼基轉(zhuǎn)移酶抑制劑法尼基合成酶抑制劑關(guān)鍵中間體（R）-77化合物的制備路線九、法尼基合成酶抑制劑關(guān)鍵中間體的制備法尼基89十、生物轉(zhuǎn)化與青霉素和頭孢菌素母核及有關(guān)產(chǎn)品的制備青霉素母核6-APA和半合成產(chǎn)品氨芐青霉素制備過程十、生物轉(zhuǎn)化與青霉素和頭孢菌素母核及有關(guān)產(chǎn)品的制備青霉素母核90十、生物轉(zhuǎn)化與青霉素和頭孢菌素母核及有關(guān)產(chǎn)品的制備頭孢菌素母核7-ADCA和半合成產(chǎn)品頭孢氨芐的制備過程

十、生物轉(zhuǎn)化與青霉素和頭孢菌素母核及有關(guān)產(chǎn)品的制備頭孢菌素母91十一、生物轉(zhuǎn)化HMG-CoA還原酶抑制劑普伐他汀的制備

十一、生物轉(zhuǎn)化HMG-CoA還原酶抑制劑普伐他汀的制備92十二、克拉紅霉素的生物轉(zhuǎn)化

克拉紅霉素為6-O-甲基紅霉素。目前已經(jīng)通過多種化學(xué)合成途徑，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化。但由于在紅霉素分子結(jié)構(gòu)中存在有多個(gè)羥基，因此，為了能夠在6-OH的羥基上進(jìn)行甲基化，需要對C-9位的酮基和糖分子中的多個(gè)羥基進(jìn)行保護(hù)，然后再進(jìn)行脫保護(hù)反應(yīng)，整個(gè)反應(yīng)步驟冗長，且環(huán)境污染大制造成本高。十二、克拉紅霉素的生物轉(zhuǎn)化93十二、克拉紅霉素的生物轉(zhuǎn)化十二、克拉紅霉素的生物轉(zhuǎn)化94N―取代―1―脫氧野尻霉素的合成方法一

十三、

α-糖苷酶抑制劑米格列醇和伏格列波糖的生物轉(zhuǎn)化

（一）利用生物轉(zhuǎn)化技術(shù)制備米格列醇關(guān)鍵中間體的主要方法N―取代―1―脫氧野尻霉素的合成方法一十三、

α-糖苷酶抑95十三、

α-糖苷酶抑制劑米格列醇和伏格列波糖的生物轉(zhuǎn)化

（一）利用生物轉(zhuǎn)化技術(shù)制備米格列醇關(guān)鍵中間體的主要方法N―取代―1―脫氧野尻霉素的合成方法二十三、

α-糖苷酶抑制劑米格列醇和伏格列波糖的生物轉(zhuǎn)化

（一96

N―取代―1―脫氧野尻霉素的合成方法三

N―取代―1―脫氧野尻霉素的合成方法三97方法三具有的優(yōu)點(diǎn)：1）轉(zhuǎn)化液經(jīng)離心除去菌體，無需分離純化出中間體，就可進(jìn)行下一步合成；2）無需基團(tuán)保護(hù)，成本大大降低，且避免因去除保護(hù)劑而造成的回收率下降；3）中間體6－(取代胺基)－6－脫氧－α－L－sorbofuranose具有較高的溶解度和穩(wěn)定性，不易被降解。方法三具有的優(yōu)點(diǎn)：1）轉(zhuǎn)化液經(jīng)離心除去菌體，無需分離純化出中98（二）利用生物轉(zhuǎn)化技術(shù)制備伏格列波糖關(guān)鍵中間體的方法（二）利用生物轉(zhuǎn)化技術(shù)制備伏格列波糖關(guān)鍵中間體的方法99十四、抗高血壓藥物Omapatrilatt的生物轉(zhuǎn)化十四、抗高血壓藥物Omapatrilatt的生物轉(zhuǎn)化100GlucoseacidGlucoseNADHNAD+GlutamateDehydrogenaseGlucoseDehydrogenase2－Hydroxytetrahydropyran2－carboxylicacid，sodiumsalt2－Keto－6－h(huán)ydroxyhexanoicacid，sodiumsalt3L－6－Hydroxynorleucine2NH3第一種方法：利用牛肝谷氨酸脫氫酶將2-keto-6-hydroxyhexanoicacid（化合物3）還原胺化為L-6-hydroxynorleucine（化合物2）。GlucoseacidGlucoseNADHNAD+Glu101+H2O2+NH3H2O+O2GlucoseacidGlucoseNADHNAD+GlucoseDehydrogenaseT.variabilisD－aminoacidoxidaseGlutamateDehydrogenaserac

－6－Hydroxynorleucine2－Keto－6－h(huán)ydroxyhexanoicacid，sodiumsalt3L－6－Hydroxynorleucine2O2+CataslaseNH3L－6－Hydroxynorleucine2第二種方法：為了避免上述制備2-酮酸化學(xué)合成的過程太長，利用來自于豬腎或Trigonopisvariabillis

的D-氨基酸氧化酶處理外銷旋的6-hydroxynorleucine+H2O2H2O+O2GlucoseacidGlucose1021211BMS-199541-01Compound11DCCDTT,NaOMeR=Benzyloxycarbonylort－ButoxycarbonylCH3SO3H13SOCl2CH3OHCO2AmmoniumformateNADHNAD+FormatedehydrogenasePhenylalanisedehydrogenaseNH3利用生物轉(zhuǎn)化方法將化合物6轉(zhuǎn)化為化合物5的過程1211BMS-199541-01Compound11DC103DithiothreitolorTributylphosphineACIDGlutamateOxidaseS.nourseiα-ketoglutarateGlutamateL-lysineε-aminotransferaseS.paucimobiliorrecE.coil利用L-賴氨酸ε-氨基轉(zhuǎn)移酶生物轉(zhuǎn)化二肽化合物BMS-201391-01至產(chǎn)物BMS-199541-01的過程DithiothreitolorTributylphos104第四節(jié)

生物轉(zhuǎn)化在其他有關(guān)工業(yè)中的應(yīng)用一、生物轉(zhuǎn)化與單一構(gòu)型氨基酸的制備（一）生物轉(zhuǎn)化與L-型氨基酸制備第四節(jié)生物轉(zhuǎn)化在其他有關(guān)工業(yè)中的應(yīng)用105目前工業(yè)規(guī)模制備各種L-型氨基酸的方法目前工業(yè)規(guī)模制備各種L-型氨基酸的方法106微生物藥物學(xué)-第二十三章-生物轉(zhuǎn)化技術(shù)在現(xiàn)代醫(yī)藥中的應(yīng)用_課件107（二）生物轉(zhuǎn)化與D-型氨基酸的制備最近，日本學(xué)者在多種微生物中發(fā)現(xiàn)了一種新型的D-脫氨基甲酰酶（N-氨基甲酰-D-氨基酸酰胺水解酶），這種酶能夠立體專一性地水解N-氨基甲酰-D-氨基酸，如Blastobactersp.A17p-4能夠同時(shí)產(chǎn)生D-脫氨基甲酰酶和D-乙內(nèi)酰脲酶。因此，用這二步酶促反應(yīng)有可能將DL-5(p-羥基苯基)乙內(nèi)酰脲進(jìn)行立體專一性地水解，以及隨之水解D-氨基甲酰衍生物至D-p-羥基苯甘氨酸。（二）生物轉(zhuǎn)化與D-型氨基酸的制備最近，日本學(xué)者在多種微生物108從DL-5(p-羥基苯基)乙內(nèi)酰脲生產(chǎn)D-p-羥基苯甘氨酸的化學(xué)和酶促過程從DL-5(p-羥基苯基)乙內(nèi)酰脲生產(chǎn)D-p-羥基苯甘氨酸的109涉及到乙內(nèi)酰脲水解反應(yīng)的有關(guān)酶的作用過程涉及到乙內(nèi)酰脲水解反應(yīng)的有關(guān)酶的作用過程110微生物藥物學(xué)-第二十三章-生物轉(zhuǎn)化技術(shù)在現(xiàn)代醫(yī)藥中的應(yīng)用_課件111N-氨基甲酰氨基酸水解酶（脫氨基甲酰酶）的催化反應(yīng)N-氨基甲酰氨基酸水解酶（脫氨基甲酰酶）的催化反應(yīng)112利用乙內(nèi)酰脲酶和脫氨基甲酰酶制備光學(xué)活性氨基酸的各種過程利用乙內(nèi)酰脲酶和脫氨基甲酰酶制備光學(xué)活性氨基酸的各種過