手性与手性药物
手性合成与手性药物
手性合成与手性药物【摘要】手性是自然界的基本属性，也是生命系统最重要的属性之一。
作为生命体三大物质基础的蛋白质、核酸及糖等均是由具有手性的结构单元组成。
如组成蛋白质的氨基酸除少数例外，大多是L-氨基酸；组成多糖和核酸的天然单糖大都是D构型的。
因此生物体内所有的生化反应、生理反应无不表现出高度的立体特异性，外源性物质进入体内所引发的生理生化反应过程也具有高度的立体选择性。
手性药物是指分子结构中含有手性中心或不对称中心的药物，它包括单一的立体异构体、两个或两个以上立体异构体的混合物。
手性化合物除了通常所说的含手性中心的化合物外，还包括含有轴手性、平面手性、螺旋手性等因素的化合物。
由于药物作用靶点（如受体、酶或离子通道等）结构上的高度立体特异性，手性药物的不同立体异构体与靶点的相互作用有所不同，从而产生不同的药理学活性，表现出立体选择性。
同样，药物进入体内后与机体内具有高度立体特异性的代谢酶及血浆蛋白或转运蛋白等相互作用，手性药物的不同异构体在体内也将表现出不同的药代动力学特征，具有立体专一性。
更值得注意的是，有些手性化合物在体内甚至可能发生构型变化而改变其药效和毒副作用。
【关键字】手性药物化学医学一，手性含义这种情形像是镜子里和镜子外的物体那样，看上去互为对应。
由于是三维结构，它们不管怎样旋转都不会重合，如果你注意观察过你的手，你会发现你的左手和右手看起来似乎一模一样，但无论你怎样放，它们在空间上却无法完全重合。
如果你把你的左手放在镜子前面，你会发现你的右手才真正与你的左手在镜中的像是完全一样的，你的右手与左手在镜中的像可以完全重叠在一起。
实际上，你的右手正是你的左手在镜中的像，反之亦然。
所以又叫手性分子。
在化学中，这种现象被称之为“手性”(chirality)。
几乎所有的生物大分子都是手性的。
两种在分子结构上呈手性的物质，它们的化学性质完全相同，唯一的区别就是：在微观上它们的分子结构呈手性，在宏观上它们的结晶体也呈手性。
手性和手性药物
手性药物在生物体内的选择性作用是其重要特性之一，某些手性药物只对特定的生物体系产生作用， 而对其他体系的影响较小。
手性药物与药效
手性药物的药效与其手性特征密切相关
手性药物的不同构型可能导致不同的药效，甚至可能产生相反的药理作。
药效的优化
通过合理的手性拆分和选择，可以优化手性药物的药效，提高药物的疗效和安全性。
法规与监管
随着手性药物市场的不断扩大和竞争加剧，各国政府将加强对手性药物的法规和监管，以 确保市场的规范和健康发展。这将为手性药物的未来发展提供更加明确的法规环境和保障 。
CHAPTER
05
手性药物的挑战与解决方案
分离纯化挑战
分离纯化难度大
手性药物中的对映异构体在物理和化学 性质上非常相似，难以通过常规方法进 行分离纯化。
利用手性试剂或手性催化剂，将 外消旋混合物中的一种对映体选 择性地进行反应，从而获得单一 对映体的手性药物。
不对称合成法
通过手性源物质，经过一系列的 化学反应，最终合成出单一对映 体的手性药物。
动力学拆分法
利用动力学拆分原理，通过连续 反应和分离步骤，将外消旋混合 物转化为单一对映体的手性药物 。
生物合成法
靶点验证
针对特定疾病靶点，筛选和验证具有疗效的 手性药物分子，提高药物研发的成功率和效 率。
手性药物的生产技术改进
要点一
绿色合成技术
发展高效、环保的合成方法，降低手性药物生产过程中的 能耗和废弃物产生。
要点二
连续流反应技术
利用连续流反应技术提高手性药物的产量和纯度，降低生 产成本。
手性药物的应用领域拓展
VS
高效分离技术需求
为了获得高纯度的单一对映异构体，需要 发展高效、高选择性的分离技术。
手性药物
我报告的题目是手性技术与手性药物。
首先让我和大家一起来回忆一下药物给人类带来空前灾难的反应停事件。
1953年，联邦德国Chemie制药公司研究了一种名为“沙利度胺”的新药，该药对孕妇的妊娠呕吐疗效极佳，Chemie公司在1957年将该药以商品名“反应停”正式推向市场。
两年以后，欧洲的医生开始发现，本地区畸形婴儿的出生率明显上升，此后又陆续发现12000多名因母亲服用反应停而导致的海豹婴儿！这一事件成为医学史上的一大悲剧。
后来研究发现，反应停是一种手性药物，是由分子组成完全相同仅立体结构不同的左旋体和右旋体混合组成的，其中右旋体是很好的镇静剂，而左旋体则有强烈的致畸作用。
到底什么是手性药物？用什么技术或方法能够分别获得左旋体和右旋体来进行研究和安全有效地使用呢？这就是今天我要报告的主题——手性技术和手性药物。
要阐明这一主题，首先我们要认识什么是手性药物。
手性药物分子有一个共同的特点就是存在着互为实物和镜像关系两个立体异构体，一个叫左旋体，另一个叫右旋体。
就好比人的左手和右手，相似而不相同，不能叠合。
目前临床上常用的1850多种药物中有1045多种是手性药物，高达62%。
像大家所熟知的紫杉醇、青蒿素、沙丁胺醇和萘普生都是手性药物。
手性是宇宙的普遍特征。
早在一百多年前，著名的微生物学家和化学家巴斯德就英明地预见“宇宙是非对称的……，所有生物体在其结构和外部形态上，究其本源都是宇宙非对称性的产物”。
因此，科学家推断，由于长期宇宙作用力的不对称性，使生物体中蕴藏着大量手性分子，如氨基酸、糖、DNA和蛋白质等。
绝大多数的昆虫信息素都是手性分子，人们利用它来诱杀害虫。
很多农药也是手性分子，比如除草剂Metolachlor，其左旋体具有非常高的除草性能，而右旋体不仅没有除草作用，而且具有致突变作用，每年有2000多万吨投放市场，其中1000多万吨是环境污染物。
Metolachlor自1997年起以单旋体上市，10年间少向环境投放约1亿吨化学废物。
手性药物
种镇痛剂，而左旋丙氧吩则是一种止咳剂，两者表现出完全不同的生理活性。又如 噻吗心安的S-对映体是β-阻断剂，而其R-对映体则用于治疗青光眼。
两种对映体中一种有药理活性，另一种不但没有活性，反而有毒副作用。 一个
典型的例子是20世纪50年代末期发生在欧洲的“反应停”事件，即孕妇因服用酞胺 哌啶酮（俗称反应停）而导致短肢畸胎的惨剧。后来研究发现，酞胺哌啶酮的两种 对映体中，只有(R)-对映体具有镇吐作用，而(S)-对映体是一种强力致畸剂。
手性药物
严格地说，手性药物是指分子结构中存在手性因素的药物。 通常所说的手性药物是指由具有药理活性的手性化合物组成的药物，其中只
含有效对映体或者以有效对映体为主。
药物的药理作用是通过其与体内的大分子之间严格的手性识别和匹配而实现
的，故不同对映体的药理活性有所差异。在许多情况下，化合物的一对对映体 在生物体内的药理活性、代谢过程、代谢速率及毒性等方面均存在显著的差异， 常出现以下几种不同的情况。
动力学拆分法是利用两个对映体在手性试剂或手性催化剂作用下反应速度不 同而使其分离的方法。依手性催化剂的不同，动力学拆分又可分为生物催化动 力学拆分和化学催化动力学拆分。前者主要以酶或微生物细胞为催化剂，后者 主要以手性酸、手性碱或手性配体过渡金属配合物为催化剂。
色谱分离可分为直接法和间接法。直接法又分为手性固定相法和手性流动相 添加剂法。其中手性固定相法应用较多，已发展成为吨级手性药物拆分的工艺 方法。间接法又称为手性试剂衍生化法，是指外消旋体与一种手性试剂反应， 形成一对非对映异构体，再用普通的正相或反相柱分离之。
第四章手性药物制备技术1
2021年7月30日星期五
主要内容
第一节 概述 第二节 外消旋体拆分 第三节 应用前手性原料制备手性药物 第四节 应用手性源制备手性药物
第一节 概 述
一、手性药物与生物活性
〔一〕、手性药物 1、手性和手性药物 手性：物体与镜像不能堆叠的特征。 构型标志法：R/S标志和D/L标志 手性药物：以单一平面异构体存在并注册为药物。
一、结晶法拆格外消旋混合物
〔一〕外消旋化合物和外消旋混合物 外消旋体主要分为两种类型：外消旋化合
物和外消旋混合物。其中外消旋化合物较为罕 见，大约占一切外消旋体的90% 。外消旋化合 物的晶体是R 和S 两种构型对映体分子的完美 有序的陈列，每个晶核包括等量的两种对映异 构体。外消旋混合物是等量的两种对映异构体 晶体的机械混合物，虽然总体上没有光学活性， 但是每个晶核仅包括一 种对映异构体。
沙利度胺〔反响停，Thalidomide，4-5〕
沙利度胺曾是有效的镇静药和止吐药，尤其适宜消弭 孕妇妊娠早期反响。进一步研讨说明，致畸性由其 〔S〕体所惹起，而其〔R〕体具有镇静作用，即使在 高剂量时也无致畸作用。但是在代谢中〔R〕体可转 变为〔S〕体，所以独自运用〔R〕体也有毒反作用。
2.手性药物的位置与开展趋向
我国在1999年由国度经贸委公布的«医药 行业技术开展重点指点意见»中将研讨不对称 分解和拆分技术列为化学原料药的关键消费技 术。这些政策和法规极大地推进着手性药物的 研讨和开展。
手性药物少量增长的时代正在来临，手性
技术的开展和日趋完善，为手性工业的树立和 壮大奠定了基础。以制备和消费手性药物 世
〔二〕拆分剂 1、常用的拆分剂
运用经典拆分法拆分非对映异构体，首要效果是
手性诱导反应合成手性药物的重要途径
手性诱导反应合成手性药物的重要途径手性药物是由手性分子构成的，它们具有极高的生物活性和选择性。
由于手性分子的性质与其立体异构体有着重要的区别，合成手性分子成为了药物合成领域的研究重点之一。
而手性诱导反应则是合成手性药物的重要途径之一，通过选择性引入手性诱导剂，可以实现对手性药物的高度不对称合成。
本文将阐述手性诱导反应在手性药物合成中的重要性以及其应用情况。
一、手性诱导反应的基本原理手性诱导反应是一种通过引入具有手性信息的试剂或催化剂来实现不对称合成的方法。
在手性诱导反应中，手性诱导剂通过与底物的相互作用，使得反应具有高度不对称性。
手性诱导剂可以通过多种手段引入，例如手性配体、手性催化剂等。
这些手性诱导剂与底物之间的相互作用会导致形成特定的立体异构体，从而实现对手性药物的不对称合成。
二、手性诱导反应在手性药物合成中的应用手性诱导反应在手性药物合成中具有广泛应用。
以下将介绍一些典型的手性诱导反应。
1. 锁合反应锁合反应是一种常见的手性诱导反应，通过使用手性诱导剂和底物发生键环形成反应，实现对手性药物的合成。
锁合反应可以利用手性诱导剂的特性，选择性地控制反应的立体构型，从而合成特定的手性药物。
2. 亲核加成反应亲核加成反应是一种重要的手性诱导反应。
在亲核加成反应中，亲核试剂与底物发生加成反应，形成手性产物。
通过选择性引入手性诱导剂，可以控制反应的立体选择性，得到所需的手性产物。
3. 金属催化反应金属催化反应是手性诱导反应的另一种重要形式。
在金属催化反应中，手性催化剂与底物形成配位共价键，并催化底物的转化。
通过合理设计手性催化剂的结构，可以控制反应的立体选择性，实现对手性药物的合成。
4. 生物催化反应生物催化反应是指利用酶或微生物催化底物的转化反应。
酶或微生物具有极高的手性选择性，通过选择性引入手性底物，可以实现不对称合成手性药物。
生物催化反应在实际的药物制备中得到了广泛应用。
三、手性诱导反应的优势和挑战手性诱导反应在手性药物合成中具有明显的优势。
手性药物和手性分离技术在药物研发中的应用
手性药物和手性分离技术在药物研发中的应用在药物研发领域中，手性药物和手性分离技术是两个十分重要的概念。
手性指的是分子具有的立体异构体，即左旋和右旋两种形式。
这种分子异构体的存在对药物的治疗作用和毒副作用有着重要的影响。
因此，对手性药物的研究和合成方法的选择都要考虑这个问题。
手性药物的研究和合成方法在药物研发过程中，科学家们研究的不仅仅是分子本身，还包括分子的立体异构体。
药物分子的立体异构体在体内的代谢、吸收和作用机制等方面均有影响。
例如，地匹哌酮是一种旋光性药物，其中左旋异构体有镇痛作用，右旋异构体则具有镇静和肌肉松弛的作用。
又如西布曲明，虽然是一种非手性药物，但是它本身可以代谢成具有不同药理作用的母化合物。
相对于非手性药物，手性药物的研究和开发则更具有挑战性。
因为手性药物的立体异构体在生物体内会产生不同的作用，所以只有研究出合适的合成方法才能使得手性药物的合成更加有效。
例如利多卡因和布比卡因，都是一种局部麻醉剂，但是分别包含左旋和右旋异构体。
如果选用不当的合成方法，则可能导致对药物活性产生负面的影响。
手性药物研发的过程中，科学家们还需要了解药物的作用机理，因为立体异构体可能会影响药物的作用方式。
在很多情况下，开发出合适的手性药物需要经过试错，这也是制约手性药物研发的一个难题。
不过，随着科技的发展，研究人员也在不断努力尝试开发新的方法，以提高手性药物合成的效率和质量。
手性分离技术手性分离技术是一种将药物分子的立体异构体分离开来的方法。
手性分离技术通常包括晶体分离、手性色谱和毒用抗体等方法。
晶体分离法：利用晶体的尺寸限制，选择适当的晶体使其中只能产生一种立体异构体的晶体被保留下来，而另一种立体异构体因无法晶化而被分离出来。
这种方法是一种比较简单有效的手性分离方法，但是由于该方法对晶体的选择和合成条件有较高的要求，所以选用晶体分离法时需要较为谨慎。
手性色谱法：利用液相色谱或气相色谱系统进行手性分离。
手性、手性分子和手性药物
手性和手性பைடு நூலகம்子
手性定义 手性的发展
手性模型 手性介绍
手性原则 手性药物
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催化剂
在化学合成中，这两种分子出现的比例是相等的，所以对于医药公司来说，他们每生 产一公斤药物，还要费尽周折，把另一半分离出来。科学家用一种叫做“不对称催化 合成”的方法解决了这一问题。这个方法可以广泛地应用于制药、香精和甜味剂等化 学行业，给工业生产一下子带来了巨大的好处，这项研究也获得了2001年度的诺贝尔 化学奖。毫无疑问，这个成果具有重要意义。
∙1995年3月，美国《科学》杂志报道在洛杉矶召开的“生物分子手性均一起源”的国 际会议上，与会的物理、化学、天文学家大多数认为，“没有手性就没有生命”， “手性起源先于生命”而不是生命自然选择了手性。
手性原则
2006年6月16日出版的英国《自然》刊发文章称，美国研究 人员发现，物质的固（体）-液（体）相平衡可能参与了生物 分子手性的形成。比如，氨基酸固（体）-液（体）相的平衡， 可以由刚开始时的小小的不平衡导致严重偏向一种手性形式， 即左旋或右旋。而这种现象出现在水溶液中，因而也可以解 释生命起源以前的左手性和右手性，即为何左右手性数量相 当的分子为何会转变成生物分子偏爱一种手性。而物质世界 中有活性作用的分子常常是左旋，如左旋糖苷。
手性药物
反应停
在手性药物未被人们认识以前，欧洲一些医生曾给孕妇服用没有经过拆分的消旋体药 物作为镇痛药或止咳药，很多孕妇服用后，生出了无头或缺腿的先天畸形儿，有的胎 儿没有胳膊，手长在肩膀上，模样非常恐怖。仅仅4年时间，世界范围内诞生了1.2万 多名畸形的“海豹婴儿”。这就是被称为“反应停”的惨剧。后来经过研究发现，反 应停的R体有镇静作用，但是S-对映体对胚胎有很强的致畸作用。
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手性与手性药物
【摘要】近年来，手性药物的临床意义引起人们的广泛关注，手性药物的开发已成为国际研究的热点。
本文对手性和药物手性的概念、研究的实际意义以及手性药物研究现状进行阐述，说明手性药物具有广阔的市场前景。
【关键词】手性；手性药物
Abstract：Recently,clinical sigmificance of chiral drug attracts wide attention.Exploration of chiral drug was an heated discussion of internatiomal research.The paper expounded the concept of chirality and drug ,chiral actual meaning of research,and progresses on the research of chiral drug,showed that market foreground of chiral drug was extensive.
Key words:Chirality;Chiral drug.
1 手性
手性是自然界的普遍特征。
构成自然界物质的一些手性分子虽然从原子组成来看是一摸一样，但其空间结构完全不同，他们构成了实物和镜像的关系，也可比喻成左右手的关系，所以叫做手性分子［1］。
在生命的产生和演变过程中，自然界往往对一种手性有所偏爱，如自然界中，糖的构型为D-构型，氨基酸为L-构型，蛋白质和DNA的螺旋构象又都是右旋的，等等。
因此，分子手性在自然界生命活动中起着极为重要的作用。
人类的生命本身就依赖于手性识别。
如人们对L一氨基酸和D一糖类能够消化吸收，而其对映体对人类没有营养价值，或有副作用。
人们对手性的研究可以追溯到1874年第一位化学诺贝尔奖获得者Jhvan［2］。
当时他就提出了具有革命性的理论化学分子为三维结构，一些化合物存在两种构像，且两者互为镜像。
1886年，科学家报道了氨基酸类对映体引起人们味赏感受的差别。
1956年Pfeifer根据对映体之间药理活性的差异，总结出：一个药物的有效剂量越低，光学异构体之间药理活性的差异就越大。
即在光学构体中，活性高的异构体与活性低的异构体之间活性比例越大，作用于某一受体或酶的专一性越高，作为一个药物它的有效剂量就越低。
20世纪50年代中期，反应停(沙利度胺，Thalidomide)作为镇静剂，有减轻孕妇清晨呕吐的作用而被广泛应用。
结果在欧洲导致1.2万例胎儿致残，即海豹婴。
于是1961年该药从市场上撤消。
后来发现沙利度胺R型具有镇静作用，而S型却是致畸的罪魁祸首。
研究人员进一步研究发现沙利度胺任一异构体在体内都能转变为相应对映体，因此无论是S型还是R型，作为药物都有致畸作用。
1984年荷兰药理学家Ariens极力提倡手性药物以单一对映体上市，抨击以消旋体形式进行药理研究以及上市。
他
的一系列论述的发表，引起药物部门广泛的重视。
2001年诺贝尔化学奖授予了3位美日科学家，表彰他们在手性催化氢化反应和手性催化氧化反应领域所做出的重大贡献。
目前，研究和发展新的手性技术，借此获得光学纯的手性药物，已成为许多实验室和医药公司追求的目标。
2 药物的手性
据统计，1800个药物，具有手性中心的就有1026种，占57％。
现在市场上只有61种药物是以单对映体形式存在，其余均为外消旋体(左、右旋各半)混合形式。
研究表明，不同的对映体在人体内的药理，代谢过程，毒性和疗效存在着显著差异［2－5］，大致有以下几个类别：
2.1 对映体之间有相同或相近的某一活性
如丙氧芬右旋具有镇痛作用，左旋具有镇咳的作用，二者作用相似。
而普萘洛尔左旋体和右旋体具有杀灭精子的作用，其对映体均可作为避孕药，作用相同。
抗凝血药华法林(Warfarin)以外消旋体供药，研究发现其S－(-)异构体的抗凝血作用比R－(+)体强2 6倍，但S－(-)异构体在体内消除率亦比R－(+)体大2—5倍，所以，实际抗凝血效力相似。