手性药物分析概述-20180806

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手性药物分析 - 浙江大学药学院

手性试剂衍生化法
（chiral derivatization reagent，CDR）原理：（R）-SA → (R)-SE-(R)-SA +（R）-SE （S）-SA → (R)-SE-(S)-SA （手性药物）（衍生试剂）（非对映体产物）利用非对映体产物在普通ODS柱上的保留行为不同达到分离目的。
手性药物分析
姚彤炜主讲
手性现象
手性是自然界的基本属性之一，手性普遍存在，如攀缓和缠绕植物的茎蔓旋向，海螺的旋向，按照右手螺旋定则，它们的缠绕方向绝大部分都是右旋的。 NDA的双螺旋结构是右旋的。组成核酸的核糖和去氧核糖均为左旋的 D 型糖；组成蛋白质的氨基酸都是L-氨基酸（甘氨酸除外）；
Cu 2+
O
OH H
CH3
Hale Waihona Puke Baidu
*
NH2
氧氟沙星
L-苯丙氨酸
手性离子对在流动相中加入手性离子对试剂，与手性药物反应形成非对映体离子对而被分离。常用手性离子对试剂有：奎宁、奎尼丁、 10-樟脑磺酸等。本法主要为正相离子对色谱，常用的固定相为硅胶、氰基柱、醇基柱。
59
手性固定相法（ chiral stationary phase， CSP）将手性试剂通过化学方式键合到固定相上与药物对映体反应形成非对映体复合物，因两非对映体复合物稳定常数的不同而被分离。常用的手性固定相有：

手性药物分析方法研究进展

摘要：近年来，手性药物的分析已成为药学界的一个重要研究课题，并且

不断出现新的检测技术，以满足日益增长的需求。本文将深入探讨近十年来手性

药物的检测技术，以期为临床提供更有效的诊断依据。对比了目前现有的手性药

物检测技术的优点和缺点,并对手性药物分析方法的发展做出了展望。

关键词：手性药物；分析方法；研究进展；

引言：现今，超过半数的药物均具有手性结构，而这些手性药物中两种不同

的对映体之间的生物活性差异十分明显：一种可以产生高效的结果，而另一种则

可能产生低效或者有害的结果。进入人体后两种对映体还可能相互转换，从而使

得许多药物服用后会产生副作用。随着科学技术的不断发展，手性药物的分离技

术已经成为一种必不可少的工具，它可以有效地检测和分析药物的理化性质。本

文将深入探讨几种手性药物的分析技术，并结合相关的研究成果，为读者提供有

效的参考和借鉴。

一、手性药物概述

随着技术的进步，手性药物已经成为一种新型的药物，它们通过将手性中心

引入其分子结构，形成一对相对的对映异构体，这种新型的药物已经被广泛应用

于临床，占比高达40%~50%。手性药物的药理作用可能出现（1）一种特定的对映

体具有显著的药理效果，而另一种则没有；（2）两种对映体的药理效果相似，

但其作用强度不尽相同；（3）两种对映体的药理效果相似，但其作用强度不尽

相同。手性药物的药代动力学特征表明，它们在人体内都具有显著的立体选择性。因此，对于这类药物的分离、质量控制和疗效评估，都具有极其重要的意义。

二、手性药物分析技术

（一）高效液相色谱法（HPLC）

手性和手性药物

生物选择性
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用。
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。
微生物发酵法
利用微生物发酵过程中产生的酶催化反应，选择性合成手性药物的一种对映体。
酶法合成
利用生物体内提取的酶作为催化剂，在温和的条件下选择性合成手性药物的一种对映体。
基因工程法
通过基因工程技术，改变微生物的遗传物质，使其能够产生所需的手性药物。
酶催化法
01
02
03
手性醇的合成
利用氧化还原酶、水解酶等酶的催化作用，将底物转化为手性醇。
手性和手性药物
CONTENTS
目录
• 手性的基本概念 • 手性药物的重要性 • 手性药物的合成方法 • 手性药物的市场与应用 • 手性药物的挑战与解决方案 • 手性药物的未来展望
CHAPTER
01
手性的基本概念
手性的定义
手性是指一个物体不能与其镜像相重合的特性。在化学领域中，手性特指分子在旋转方向上的不对称性。
手性药物的未来发展
新药研发

手性药物及其开发与应用

王丹李亚综述何浪审校

1 手性药物

手性药物(chiral drug)是指其分子立体结构和它的镜像彼此不能够重合,将互为镜像关系而又不能重合的一对药物结构称为对映体(enantiomer)。对映体各有不同的旋光方向：左旋、右旋、外消旋，分别用(-)、(+)、(±)符号表示。药物分子的手性标记通常采用R/S序列标记法。对于氨基酸、肽类、糖类、环多元醇及其衍生物的立体命名，也用D、L或俗名表示[1]。过去多数化学药品是由等量的左旋(S型)和右旋(R型)两种对映体组成的外消旋体，只含有单一对映体即光学纯度较高的药物，与外消旋药物相比，具有疗效好、不良反应小等特点。

2 手性药物的作用机制

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模一样，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[2]。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，如自然界存在的糖为D–构型，氨基酸为L–构型，蛋白质和DNA的螺旋构象都是右旋的。所以，当手性药物、农药等化合物作用于这个不对称的生物界时，两个异构体表现出来的生物活性往往是不同的，甚至是截然相反的：即一个异构体对疾病起作用，而另一个异构体的疗效甚微或不起作用，有的甚至还有不良作用。

手性药物的药理作用是通过与体内大分子之间的严格手性匹配与分子识别而实现的[3～4]，也就是在人体内药物通过与具有特定物理形态的受体反应起作用。药物的两种立体异构体中，只有一种更适合与受体或活性部位结合。如果两种立体异构体都能适合受体，结合将是不太紧密的，因而药物将会不太活泼。通常，一种同分异构体有选择地结合，而另一种具有较小的或无活性。

第二十五章手性药物

▪ 从立体化学上有差别的反应物给出立体化学上有差别的产物的反应被称之为立体专一性反应。
▪ 所有的立体专一性反应必定是立体选择性反应，但不是所有的立体选择性反应必定是立体专一性反应，因为有些反应物是没有立体结构特征，而生成物是有立体结构特征的。
11、对映体过量（enantiomeric excess, 简称 e.e）和对映选择性（enantioselectivity）
▪ D/L标记法应用已久，也比较方便。但是这种标记只能表示出分子中一个手性碳原子的构型，对于含有多个手性碳原子的化合物不合适，有时甚至会产生名称上的混乱。
▪ 因此，其仅常用于一些常见的和天然的氨基酸或糖，对其它一些化合物目前都采用R/S来表示。
12、D/L、R/S和d/l
▪ R/S 标记法是根据手性碳原子所连接的四个基团的排列顺序来标记手性碳原子构型的一种方法。因此，在化学反应中，如果手性碳原子构型保持不变，产物的构型与反应物的相同，但其“R”或“S”标记却不一定与反应物相同。反之，如果反应后手性碳原子的构型转化了，产物构型的“R”或“S”也不一定与反应物相同。因为经过化学反应，产物的手性碳上所连接的基团与反应物的不一样了，产物和反应物的相应基团的排列次序可能相同也可能不同。 “R”或“S”的标记，决定于它本身四个基团的排列次序，而与反应时的构型是否保持不变无关。
12、D/L、R/S和d/l

手性药物

2.1 药物的手性：立体化学术语－1
• 分子中的结构基团在空间三维排列不同的化合物称为立体异构体。
• 在空间上不能重叠，互为镜像关系的立体异构体称为对映体（enantiomer）。这一对化合物就像人的左右手一样，称为具有手性（chirality）。即 “手性” 用来表征有旋光性的分子三维结构特征。
• 当一个不对称分子不能与自己的镜像相重叠，并且有使偏振光振动面旋转的性质时，称作手性分子。
2.1 药物的手性：立体化学术语－2
• 分子的手性是由于分子中含有手性中心（chiral center）、手性轴（chiral axis）或手性面（chiral plane）所致。
• 当药物分子中四面体碳原子上连接有4个互不相同的基团时，该碳原子被称为不对称中心或手性中心。
OH CH3
因分子中两个萘环之间存在阻转异构现象，具有手性轴，有左、右旋对映体。
药物的手性因素－3
• 螺旋手性（Spiral Chirality）：左手螺旋和右手螺旋因旋转方向不同，不能重叠在一起。非平面性环状化合物可以认为是螺旋的一部分，因而产生对映体。
1,4-Benzodiazepines
• 近数十年来发现了许多特异性的催化剂，使不对称有机合成蓬勃发展，能选择性地导向一种对映体的产生；另外，随着现代分析技术的进步，手性分离方法也不断涌现，技术上使供应单一手性药物成为可能。

什么叫手性药物_手性药物是什么

手性药物可能你连听都没听过，更不可能知道什么叫手性药物，那么你知道什么叫手性药物吗?下面是店铺为你整理的什么叫手性药物的相关内容，希望对你有用!

手性药物的概念

手性(Chirality)是自然界的本质属性之一。作为生命活动重要基础的生物大分子，如蛋白质、多糖、核酸和酶等，几乎全是手性的，这些小分子在体内往往具有重要生理功能。目前所用的药物多为低于50个原子组成的有机小分子，很大一部分也具有手性，他们的药理作用是通过与体内大分子之间严格手性匹配与分子识别实现的。含手性因素的的化学药物的对映体在人体内的药理活性、代谢过程及毒性存在显著的差异。当前手性药物的研究已成为国际新药研究的主要方向之一。

绝大多数的药物由手性分子构成，两种手性分子可能具有明显不同的生物活性。药物分子必须与受体(起反应的物质)分子几何结构匹配，才能起到应有的药效，就如右手只能带右手套一样。因此，往往两种异构体中仅有一种是有效的，另一种无效甚至有害。

手性药物的合成方法

从天然产物中提取是获得手性药物的最基本方法之一但天然的原料是有限的不能够获得大量的低价药物。

外消旋体拆分法的化学拆分需要选择适当的溶剂，更为关键的是找出一个很合适的拆分剂是这是十分困难的。对外消旋底物进行不对称水解拆分制备手性化合物缺点是必需先合成外消旋目标产物，拆分的最高收率不会超过50%。

酶催化手性药物合成与化学法相比，微生物酶转化法的立体选择性强，反应条件温和，操作简便，成本较低，污染少，且能完成一些在化学反应中难以进行的反应。然而，有些生物催化剂价格较高，对底物的适用有一定的局限性。具有高区域和立体选择性、反应条件温和、环境友好的特点。

第5章手性药物

3.拆分参数一个拆分剂的拆分能力可以用拆分参数S表示， S等于产物的化学收率K(收率50%时，K=1)和光学纯度t(光学纯度100%时，t=1）的乘积
式中，Kp和Kn分别是p和n盐的溶解度，C0是起始浓度。
(三)结晶法拆分非对映异构体的新技术 1.特制的拆分剂例如手性磷酸类拆分剂
2.相互拆分早在19世纪末，Marckwald首次提出一种拆分剂的两个对映异构体对同一外消旋体具有相同的作用。如果拆分剂的两个对映异构体均可以得到，那么可以运用Mamkweld 原理，向第一次拆分后的母液中加入拆分剂的另一个对映异构体，即可得到另一个异构体产物。

沙利度胺曾是有效的镇静药和止吐药，尤其适合消除孕妇妊娠早期反应。进一步研究表明，致畸性由其(s)-体所引起，而其(R)-体具有镇静作用，即使在高剂量时也无致畸作用。然而在代谢中(R)-体可转变为(s)-体，所以单独使用(R)-体也有毒副作用。
（二）手性药物的分类
手性对映体药物活性差异有四种情况：
结晶法拆分又分为直接结晶法拆分(direct crystallization resolution)和非对映异构体拆分 (diastereomer crystallization resolution )，分别适用于外消旋混合物和外消旋化合物的拆分。一、结晶法拆分外消旋混合物 (一)外消旋化合物和外消旋混合物一个外消旋体是不是外消旋混合物非常重要，因为只有外消旋混合物才能利用直接结晶法进行拆分。

手性药物

• Polarimetry • Nuclear magnetic resonance (NMR) • Direct enantioselective
chromatography/electrophoresis • Indirect enantioselective
chromatography/electrophoresis
2.3 手性药物作用的立体选择性
• 优对映体（eutomer, Eu）：一对对映体中与受体有较强亲和力或有较高药理活性的一个对映体。
• 劣对映体（distomer, Dis）：一对对映体中与受体有较弱亲和力或有较低药理活性的一个对映体。
• 优劣比（eudismic ratio, ER）：优对映体活性与劣对映体活性的比值，是对映体药理作用的立体特异性的量度。优劣比值越大，立体特异性越高。
• 含有手性特征的药物称作手性药物。
• 对映体在对称的环境中，物理化学性质完全相同；但在非对称的环境中，例如在偏振光中，对映体对偏振光面旋转方向相反；在生物系统中与酶或受体相互作用时，由于蛋白质分子的非对称性，与对映体的识别方向和结合位点不同，导致生物活性的差异。
• 非对映体之间，彼此属于不同结构的化合物，所以物理化学和生物学性质均不相同。
2.1 药物的手性：立体化学术语－4
• 对映体之间，除了使偏振光发生偏转的程度相同而方向相反之外，其他理化性质相同。因此，对映体又称为光学异构体。非对映体则包括了几何异构体和具有光学活性但没有镜像关系的立体异构体。

第13章-手性药物

图2 手性药物的制备技术分类
根据原料的不同，制备手性药物的方法主要分为四大类，即外消旋体拆分、不对称合成、手性源合成和提取法。
外消旋体拆分
对用一般的制备方法得到的外消旋体进行拆分，可获得单一对映体。拆分法尽管操作烦琐，但一直是制备光学纯异构体的重要方法之一，在很多手性药物的生产中得到应用。其主要可分为结晶法拆分、动力学拆分和色谱分离三大类。
两种对映体具有等同或相近的同一药理活性。如强心药SCH00013的两
种对映体的药理作用相同。
两种对映体中，一种对映体为另一对映体的竞争性拮抗剂。如左旋异丙
肾上腺素是β受体激动剂，而右旋异丙肾上腺素则为其竞争性拮抗剂，且两者与β受体的亲和性相当。
对映体纯手性药物的研制和生产具有十分重要的意义。
与手性药物有关的术语
结晶法拆分又分为直接结晶法拆分和非对映异构体拆分，分别适用于外消旋混合物和外消旋化合物的拆分。前者是在一种外消旋混合物的过饱和溶液中直接加入某一对映体的晶种，使该对映体优先析出；后者是外消旋化合物与另一手性化合物（拆分剂，通常是手性酸或手性碱）作用生成两种非对映异构体盐的混合物，然后利用两种盐的性质差异用结晶法分离之。
性产物的方法。与前两代方法不同的是，其立体化学控制是依赖分子间的相互作用来实现的。
第四代方法为催化剂控制法，它使用催化剂诱导非手性底物与非手性试剂反应，

第5章手性药物

2.选择或设计拆分剂的原则在总结大量实践经验的基础上，得出选择或设计拆分剂的经验性指导原则: (1)在加热、强酸或强碱条件下，拆分剂化学性质稳定，不发生消旋化。 (2)拆分剂结构中若含有可形成氢键的官能团，有利于相应的非对映异构体盐形成紧密的刚性结构。 (3)一般情况下，强酸或强碱型拆分剂的拆分效果优于弱酸或弱碱型拆分剂。 (4)拆分剂的手性碳原子离成盐的官能团越近越好。 (5)合成拆分剂的优点是两个对映体都能得到。 (6)拆分剂可回收，且回收方法简单易行。 (7)同等条件下应优先考虑低分子量拆分剂，这是因为低分子量拆分剂的生产效率高.
3.拆分参数一个拆分剂的拆分能力可以用拆分参数S表示， S等于产物的化学收率K(收率50%时，K=1)和光学纯度t(光学纯度100%时，t=1）的乘积
式中，Kp和Kn分别是p和n盐的溶解度，C0是起始浓度。
(三)结晶法拆分非对映异构体的新技术 1.特制的拆分剂例如手性磷酸类拆分剂
2.相互拆分早在19世纪末，Marckwald首次提出一种拆分剂的两个对映异构体对同一外消旋体具有相同的作用。如果拆分剂的两个对映异构体均可以得到，那么可以运用Mamkweld 原理，向第一次拆分后的母液中加入拆分剂的另一个对映异构体，即可得到另一个异构体产物。
(二)直接结晶法拆分外消旋混合物在一种外消旋混合物的过饱和溶液中，直接加入某一对映体晶种，即可得到该对映体，这种结晶方法叫做直接结晶法。外消旋体中的一个对映体能否优先结晶析出，依赖于熔点图和溶解性图的相关性。也就是，只有当它具有最低的熔点和最大的溶解度时，才是可利用的外消旋体混合物。

手性药物分离与分析技术

随着人类对疾病认识的不断深入和药物研发技术的不断发展，手性药物的研究逐渐成为了医药领域的一个热点问题。手性药物是指分子具有手性中心而存在两种互为镜像的构型，即左旋（L）和右旋（D）两种构型。在人体内，可能只有其中的一种构型具有药理活性，而另一种则可能是无效的，甚至可能产生副作用。因此，精确区分和分离药物中各种构型，对于评价药物疗效和安全性具有至关重要的意义。

目前，手性药物分离与分析技术已经成为了医药领域中一个重要的研究方向。下面我们将详细介绍手性药物分离与分析技术的原理、方法及其应用。

一、手性药物的分类

手性药物根据其药效，可以分为单一构型型药物和混合型手性药物两类。

单一构型型药物：只含有左旋或右旋构型的药物，如糖尿病药物格列喹酮（Gliquidone）。

混合型手性药物：由两种构型的混合物构成，如马来酸氟桂利嗪（Fluoxetine Hydrochloride Maleic Acid）。

二、手性药物的分离与分析

1. 手性分离技术

手性分离是指将混合型手性药物中的左右旋分离出来的技术。常用的手性分离技术主要有晶体分离法、毛细管电泳技术、拆分柱法等等。

晶体分离法是一种通过晶体形成，使手性药物分离的方法。具体原理为：手性药物在特殊的条件下，在熔融状态下形成晶体，左右旋药物晶体体积不同，因此可以通过手工挑选或静置分离出左右旋药物。

毛细管电泳技术是一种利用毛细管中电场对手性药物进行分离的方法。具体原理为：毛细管内置两个电极，引入含有手性药物

的移动相，通电后药物分子自行向一个方向偏转，实现左右旋药物的分离。

手性药物

有机小分子，很大一部分具有手性，它们的药理作用是通过与体内大分子
之间的严格手性匹配与分子识别而实现的［５１。含手性因素的化学药物的对
映体在人体内的药理活性、代谢过程及毒性存在着显著差异［６１
手性药物市场的快速增长激发了人们研究开发单一异构体化合物的积
Leabharlann Baidu
极性。在１９９４年，有一批手性药物市场增长大于５０％，如Ｍｅｒｃｋ的治疗高血压的ＡＣＥ抑制剂赖诺普利、治疗良性前列腺增生的５ａ一还原酶抑制剂非那幽
１９９２年ＦＤＡ发布了手性药物指导原则，新规定要求，所有在美国上市
的消旋体类新药，生产者均需提供报告，说明药物中所含的对映体各自的
药理作用、毒性和临床效果。这意味着申请消旋药物时至少得做３组（如果
是一个手性中心）药理、临床数据，这无疑加大研究费用和工作量。如果开
发的是光学纯药物，只需做一组试验即可，所以选择光学纯药物开发应更
合算。另据报道［［１６１，ＦＤＡ目前正在考虑给对映体一种新的名分，即规定己
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浙江大学硕士学位论文
批准的消旋体药物的单一异构体为新化学实体（ＮＣＥ）。此规定使得已批准消旋体药物的单一异构体形式的开发商获得５年市场独占权，这将更加激发
但从１９９４年起，批准单一对映体药物占世界批准药物总数的一半以上。据

医海泛舟：手性·药物的手性·手性药物

手性是指实物与其镜像的关系，如同人的两只手一样，左手的镜像是右手，二者不能重合。这种实物与其镜像不能重合的性质就叫做手性。如果一种药物具有手性因素，该药物就是手性药物。目前，世界上使用的化学药物总数大约有1900种，手性药物占50％以上。在200种常见的临床药物中，手性药物多达114种。随着手性药物在生命科学领域的广泛应用，手性药物已成为国际医药研究的重要方向。上世纪70年代发展起来的手性催化技术是获得手性药物最先进的方法，但由于构成手性催化剂的手性配体很难合成、严重的毒副作用、繁复的生产过程和高昂的生产费用制约了其中一些药品的推广应用，因而制约了它的进一步发展。因而在简化生产工艺、降低生产成本方面，中国工程院院士、教授张生勇及其团队研究成果取得重大突破。

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。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。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，

手性药物分析课件

文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系本人改正。
手性液相色谱法（HPLC）
间接法: 手性衍生化试剂法（CDR）
首先将对映体经手性试剂衍生，生成非对映异构体后，利用常规HPLC方法分离测定。
适于下列情况的拆分：
不宜直接拆分的化合物。添加某些基团，增加色谱系统选择性。如：手性脂肪胺类
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手性药物的药代动力学
吸收
被动吸收：手性因素无影响。主动转运和易化扩散：可能发生对映体间的竞争性相互作用和吸收的变化
分布
手性药物对映体竞争性的与血浆蛋白、酶或受体结合，都可引起对映体间相互作用及其在分布上的改变。
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常用手性衍生化试剂文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系本人改正。
手性羧酸类
包括：酰氯、磺酰氯、酸酐和氯甲酸酯类。主要用于衍生手性醇、胺和氨基酸。可与化合物直接缩合，或与样品反应后，合成更有利于拆分与检测的衍生物。
手性胺类
主要用于羧酸、N-保护氨基酸、醇类等药物的手性拆分。常用试剂有：苯（萘、蒽）乙胺、二甲氨基萘乙胺、对硝基苯乙胺等。
对映体的作用互补性
如：多巴酚丁胺的左旋体具有α-受体激动剂作用，对β-受体的作用弱，而右旋体为β-受体激动剂，而对α-受体的作用弱，所以外消旋体给药能增加心肌收缩力，但不增加心率和血压。