【正文】 15 手性分離技術(shù) chiral separation ● 為什么不能把外消旋混合物視為單一的純化合物 ？ ● 為什么手性藥物可能會有不同藥理作用 ？ ● 手性分離的基本策略是什么 ？ ● 三點作用模型原理的基本點是什么？ COOH COOH H H OH OH CH 3 CH 3 HO HO COOH H CH 3 H HOOC H 3 C + o , mp C o 右旋乳酸 d或 (+) , , l或 () 左旋乳酸 o , mp C o 圖 1 乳酸分子的鏡像關(guān)系 手性分子、手性化合物 對映異構(gòu)體 1 手性問題的重要性 手性問題涉及到生命的起源以及各種動植物的生存和演化 。 L. Pasteur指出： “ 如果沒有生命 ， 就不可能產(chǎn)生不對稱分子 ” 。 蛋白質(zhì)和核酸 分子：除甘氨酸殘基不具手性外 ，其余的 氨基酸 都是 L型的 （ D型氨基酸只存在于細菌的細胞壁和某些抗菌素中 ） 。 DNA的五員 糖 則都是 D型 的 。 若采用 L核糖的和D核糖的混合物 ， 就不能形成規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu) 。 生物酶 ， 如用 D型氨基酸來取代其中的 L氨基酸 ，酶的高級結(jié)構(gòu)就要破壞 ， 活性就要降低甚至喪失 。 OCH 2 CHCH 2 NHCH * OH CH 3 CH 3 Propranolol S異構(gòu)體 為治療心臟病藥物心得安 R異構(gòu)體為避孕藥 N N H O O O O * * R(+)苧烯 L()苧烯 * ~ 桔子味 ~ 檸檬味 O OH H O H 2 N NH 2 S天冬酰胺 ~ 甜的 ~ 苦的 R天冬酰胺 NH 2 H 2 N O H O HO Thalidomide R異構(gòu)體為鎮(zhèn)靜藥 （反應(yīng)停） S異構(gòu)體 有致畸胎作用 圖2對映體的不同生理活性 沙利度胺（ Thalidomide） 天使還是魔鬼？ 俗名“ 反應(yīng)停 ”，早期作為懷孕婦女的止嘔藥使用 R(+)沙利度胺為鎮(zhèn)靜止嘔藥 S()沙利度胺有致畸作用 50年代末，在歐洲出現(xiàn)數(shù)千例短肢畸胎新生兒，一度震驚全世界 20世紀 90年代后，許多 國家規(guī)定 ，凡結(jié)構(gòu)中具有不對稱因素的藥物，即“手性藥物”， 必須拆分 其相應(yīng)的立體異構(gòu)體，并 分別研究 其藥理、毒理和藥物代謝性質(zhì)。對已上市的消旋體藥物，要 重新評價 其光學異構(gòu)體的性質(zhì)。對新申報的藥品， 一開始 就要合成其光學異構(gòu)體。 現(xiàn)在，對農(nóng)用化學品以及排放的手性污染物也引起人們的高度重視。 多效唑（ paclobutrazol） 殺菌還是助長 ？ C ( C H 2 ) 3C lO HNNNC ( C H 2 ) 3C lO HNNN(2R,3R)(+) 殺真菌劑 (2S,3S)() 植物增長劑 問題 ：如果只需要殺死真菌，為什么也要 噴灑植物生長劑呢？ 摻假食品和飲料的鑒別 手性選擇指紋圖 ☆ 分析氨基酸可以鑒別摻假果汁 ☆ 比氨基酸更特殊的標記物：蘋果酸，乳酸酯、酒石酸和丁二醇 ☆ 原料中手性選擇指紋圖即可以鑒別“原產(chǎn)地”，也使摻假產(chǎn)品難于蒙混過關(guān) 手性問題的重要性小結(jié) 手性分子具有不同生物活性和光活性 ， 人們對手性化合物的研究和利用越來越重視 。 手性化合物在制藥 (人和動物健康 )、 農(nóng)用化學 、 化妝品 、 香水與香料 、 營養(yǎng)品以及光電子手性液晶等行業(yè)具有廣泛的應(yīng)用前景 。 手性問題不僅是一個化學問題 ， 還牽涉到生命科學 、 環(huán)境科學和材料科學 。 手性分離和分析的重要性 ★ 獲取單一對映體化合物 ★ 對于涉及分子手性分析的領(lǐng)域要采用高對映體選擇性的分析方法 手性分離的特殊性 在非手性環(huán)境中 ， 對映體的物理化學性質(zhì) （ 如熔點 、 沸點 、 折射率 、 蒸氣壓 、 溶解度 、 紅外 、 核磁譜和質(zhì)譜等 ） 大都相同 ， 這就造成對映體分離的困難 。 2 獲得單一對映體的途徑 手性源(chiral pool) 合成 前手性底物 不對稱合成 外消旋體 拆分 防止“外消旋化” “立體選擇性”反應(yīng)，如手性催化、手性誘導(dǎo)、生物催化 結(jié)晶法 衍生法 酶法 色譜法 ● 天然手性庫 ： 從自然界存在的光活性化合物提取得到 ， 如氨基酸 、 羥基酸 、 糖 、 生物堿和萜類等為原料 ， 采用保持原構(gòu)型 、 轉(zhuǎn)化或手性轉(zhuǎn)換等方法合成手性化合物 ● 不對稱合成 ： 采用手性輔助基 、 手性配體 、手性催化劑對前手性底物進行選擇性反應(yīng) ● 外消旋體拆分 ： 常規(guī)合成方法得到外消旋體產(chǎn)物 ， 如何將它們進一步分離 3 外消旋體拆分方法 等量對映體的混合物 ， 其旋光性相互抵消 ， 沒有旋光能力 ， 稱為 外消旋體 。 將外消旋體分為對映體的過程 ， 叫做 對映體拆分 （ resolution） 。 廣義地講 ，對不等量對映體混合物進行分離 ， 也屬于對映體拆分的范疇 。 結(jié)晶拆分法 ▲ Pasteur分離酒石酸對映體 1849年 ， Pasteur首次分離酒石酸對映體 ， 就是利用外消旋的酒石酸銨鈉在 27℃ 以下結(jié)晶時 ， 形成的晶體是 “ 外消旋混合物 ” ， 兩個對映體的半面晶外觀不一樣 。 Pasteur借助 放大鏡 ， 用 鑷子 將兩種酒石酸銨鈉晶體分開 。 這就是 歷史上有名的第一個對映體拆分實驗 。 圖 3 酒石酸銨鈉晶體外型 這一方法雖然古老，但在一些特定的場合還有用處，如“手性金屬配合物”。 接種晶體拆分法 在一個外消旋混合物的熱飽和溶液中加入其中的一個純對映體的晶種 ， 然后冷卻 ， 則同種的對映體將附在晶體上析出； 濾去晶體后 ， 母液重新加熱 ， 并補加外消旋體使之達到飽和 ， 冷卻使另一對映體析出 。 這樣交替進行 ， 可方便地獲得大量純對映體結(jié)晶 。 在沒有純對映體晶種的情況下 ， 有時用結(jié)構(gòu)相似的其它手性化合物 （ 有時甚至非手性化合物 ） 作晶種 ， 也能獲得成功 。 （ 為什么 ？ ） 晶體形成時的有規(guī)律的定向排列，可能自然形成一手性環(huán)境。 D,L氯霉素的母體氨基醇的結(jié)晶拆分示意圖 D,L氨基醇水溶液 D氨基醇， 80℃ 冷至 20℃ D氨基醇晶體 母液 80℃ 濃縮 冷至 20℃ L氨基醇晶體 母液 生物拆分法 生物酶 、 微生物 、 細菌等生物源具有非常專一的反應(yīng)特性 。 利用酶可以選擇性地使外消旋體中的一個對映體發(fā)生反應(yīng) ， 如降解 ， 從而達到拆分的目的 。因此 ， 這一方法也稱為 “ 生物化學拆分法 ” 。 1858年 ， Pasteur就觀察到：外消旋酒石酸在酵母或青霉的存在下進行發(fā)酵 ， 天然的 （ +） 酒石酸銨逐漸被消耗 ， 而經(jīng)過一段時間之后 ， 從發(fā)酵液中分離出純的 （ ） 酒石酸銨 。 這是微生物代謝了天然的（ +） 酒石酸 ， 而留下了 （ ） 酒石酸 。 圖 5 D,L－苯基甘氨酸外消旋體的酶拆分 生物拆分特點 ：立體專一性強、拆分效率高和生產(chǎn)條件溫和。目前， 酶法拆分已從水溶液向有機介質(zhì)發(fā)展 。 C H 3H O HHH2NN H 2D, L苯基甘氨酸 (PG) (CH 3 C) 2 O O D, L乙酰 PG L氨肽酶 LPG D乙酰 PG 水解 / H + DPG D, LPG H2SO4 / 加熱 (外消旋化