手性药物拆分技术研究进展—

药物分析实验论文手性药物拆分技术研究进展
专业制药工程
班级制药工程101班
姓名苏阳
学号 3100822018
二零一三年七月
目录
手性药物拆分技术研究进展 (1)
摘要 (1)
1. 结晶法 (2)
2. 组合拆分 (5)
3. 复合拆分技术 (5)
4. 色谱拆分技术 (6)
5. 手性液－液萃取拆分法 (9)
6. 膜分离法 (9)
7. 酶法拆分技术 (10)
8. 总结与期望 (10)
手性药物拆分技术研究进展
苏阳
（西安理工大学应用化学系，西安 710048）
【摘要】手性药物在当今世界的药物市场上发展十分迅猛，其根本原因即为当下很多手性药物都具有非常高的药理活性，在对抗一些恶性疾病上发挥着重要的作用。

而由于手性物质的不同对映体对生物体的生理活性有差异，这种差异不但遏制了手性药物的发展，更让人们付出了极大的代价。

基于此，手性药物的合成、分离又变得火热起来。

本文目的即在于综述前人对手性药物的分离方法，如色谱法、结晶法等，总结各种方法的优缺点，并关注当今世界前沿的拆分新技术，以求让手性药物能更好地为人类服务。

关键词：手性药物；拆分分离；外消旋体；
Advances in the chiral drug resolutions
SU Yang
(Faculty of Applied Chemistry, Xi’an University of Technology, Xi’an 710048
China)
Abstract There is a fast development of chiral drugs in the modern medicine market throughout the world, for the essencial reason that so many chiral drugs have a high performance in treating diseases, which other ingredients can’t replace. Whereas the chiral substances, which is called raceme, contain two different enantiomorphs that have distinctive effect on our body. Based on the condition, the essay is to trace the approaches that have discovered for separation as well as the lastest technology of chiral drugs’split. All in all, my aim is to make a clear summary of every way for its disadvantages or drawback and make the full use of the chiral medicine.
Key Words: chiral drug; separation ; raceme;
所谓手性，是指其分子的立体结构与它的镜像彼此不能互相重合的性质；而对映体则是指互为镜像关系且不能重合的一对分子。

在自然界中，存在各种各样的手性现象，如蛋白质、氨基酸等维持生命活动的重要基础物质[1]。

而一些药物的分子结构中含有手性原子，并且其药理活性与手性结构有极大联系，这样的药物成为手性药物，其在药物中占较大比例，如甾体、维生素、生物碱等类药物。

据统计，在研发成功的1200种新药中，有820余种是具有手性的，占到了世界新药开发的68%以上[2]。

据报道，当下人们所使用的手性药物中，大约有65%是由外消旋体或中间体的拆分得到的。

原因在于手性药物各对映体的药理活性、毒性及代谢机理都可能存在较大差异，美国FDA在1992年就发布了手性药物指导原则，该原则要求各医药企业在手性药物研发上，必须明确量化每一对映异构体的药效作用和药理作用，并且当两种异构体有明显不同作用时，必须以光学纯的药品形式上市。

随后欧盟和日本也采取了相应的措施[3]。

为了能够尽快抢占国际市场，更为了保障广大群众的用药安全，在新药开发、生产及临床研究等方面建立准确、快速、灵敏有效的药物单一对映异构体的生产方法具有重要意义。

当下，能生产单一对映异构体药物的方法共有三种：①手性源合成法；
②不对称催化合成法；③外消旋体拆分法[4]。

本文主要阐述一下几种广泛使用、具有更高开发潜力的拆分方法。

1.结晶法
使用结晶法来拆分手性药物是一个常用的手段，因为结晶过程的不同，可以分为直接结晶法和间接结晶法。

直接结晶法分为纯自发结晶拆分法、优先结晶法、逆向结晶法和外消旋体的不对称转化和结晶拆分法。

间接结晶法则是形成非对映体的结晶法[5]。

1.1自发结晶拆分法
自发结晶拆分法是指是指当外消旋体在结晶的过程中，自发地形成聚集体。

这种结晶方式是在平衡条件下进行的，不管是在慢速结晶条件还是加晶种诱导的快速结晶条件下，两个对映异构体都以对映结晶的形式等量地自发析出。

由于形成的聚集体结晶是对映结晶，结晶体之间也是互为镜
像的关系，可用人工的方法将两个对映体分开。

最早巴士德报道的拆分方法就是这种方法[6]。

自发结晶方法的先决条件是外消旋体必须能形成聚集体，这样才能利用所生成的结晶体之间互为镜像的关系而将其拆分。

在实际情况下，大概只有5%―10%的有机化合物能形成聚集体。

为了能增加生成这种聚集体的可能性，可将非聚集体的化合物通过衍生化的方法(通常是使其成盐)转变成具有聚集体的特性，对于在常温条件下为液态的化合物也可以采用这样的方法将其转变为具有聚集体性质的固体。

例如α-苯乙醇与3.5-二硝基苯甲酸酯化形成聚集体性质的固体，从而进行拆分，见图一[6]。

1.2优先结晶法
优先结晶法也称诱导结晶法，是在饱和或过饱和的外消旋体溶液中加入其中一种对映异构体的纯晶种，使该对映异构体过量而造成不对称环境，结晶就会按非平衡的过程进行。

优先结晶法是在巴世德的研究基础上发现的。

文献最早的相关报道是使用优先结晶法拆分肾上腺素。

1934年，Duschinsky第一次用该方法分离得到盐酸组氨酸[7]，1963年工业化学家Secor对该方法进行了综述，并引起了广泛关注[8]。

还应当指出的是，优先结晶法仅适用于能形成聚集体的外消旋体，且该聚集体必须有稳定的结晶形式。

聚集体通常在一定温度范围内是稳定的，一旦超过该温度范围则可能形成聚集体的亚稳态形式，如外消旋的3-（3-氯苯基）-3-羟基丙酸。

优先结晶法师一种高效、简单而又便捷的拆分方法，晶种的加入造成两个对映异构体具有不同的结晶速率是该动态过程控制的关键。

得到晶体后，反复的重结晶可以进一步提高产物的光学纯度。

在实际生产中，我们也利用优先结晶法进行循环往复式结晶分离。

其拆分效率的高低用拆分指数（RI）评定[5]。

1.3逆向结晶法
逆向结晶法是指在外消旋体的饱和溶液中加入可溶性的某一种构型的异构体，这种异构体会吸附到外消旋溶液中的同种构型异构体结晶的表面，从而抑制了这种异构体结晶的继续生长，而外消旋体溶液中相反构型的异构体结晶速度就会加快，从而形成结晶析出。

在结晶法拆分过程中，若将优先结晶法中“加入某种单一对映异构体晶体可诱导相同构型结晶生长”的原理和逆向结晶中“加入另一种对映异构体溶液可抑制相同构型的对映异构体生长”的原理结合起来，可以实现结晶拆分的效率最大化。

在这里需要指出，逆向结晶法和优先结晶法并不是矛盾和冲突的。

对于某些物质，加入与其构型相同的单一对映异构体，其加速结晶的效果并不明显，而是用逆向结晶法效果可能更好，两种方法是针对于不同物质而采用的。

1.4外消旋体的不对称转化与结晶拆分
外消旋体的不对称转化有两种情况。

一级不对称转化常发生在非对映异构体之间，二级不对称转化指在平衡混合物中，其中一个对映异构体自发缓慢地结晶或加入光学纯的对映异构体晶种结晶时，由于其结晶速度比平衡速度慢，则溶液中的平衡不断被打破，形成外消旋体的不对称转化和结晶拆分。

这种情况又被称为“结晶诱导的不对称转化”，，如外消旋体季铵盐的拆分；非甾体抗炎药萘普生等的不对称转化等[9]。

1.5通过形成非对映体的结晶法
利用外消旋体的化学性质使其与某一光学活性试剂（拆分剂）作用生成两种肺对应异构体的盐或其他符合产物，然后利用两种非对映异构体的盐的溶解度差异，将他们分离，然后进行脱拆分，从而得到一种单一对映异构体。

这种方法广泛应用于酸、碱、酚、醛、酮、酰胺以及氨基酸。

之后有人对上述方法进行改进，即采用外消旋体代替试验中原有的光学活性体作为拆分剂，这样拆分剂和待拆分剂均为外消旋体，它们彼此互相拆分，最终实现两组对映异构体的同时拆分成功。

2.组合拆分
所谓的组合拆分，即采用一组统一结构类型的手型衍生物的拆分剂家族代替单一的手型拆分剂进行外消旋化合物的拆分。

这些拆分剂家族是以常用的手型拆分剂为原料经结构修饰得到的衍生物，也可以是含有不同取代基的某一类结构类型的化合物，如α-苯乙胺类的拆分剂家族PE-Ⅰ,PE-Ⅱ,PE-Ⅲ等及邻氨基醇PG，通常均用于酸性化合物的拆分；对位取代的扁桃酸（M），N-取代的苯甘氨酸（PGA），邻位取代的苯丙二醇磷酸酯等，常用于碱性化合物的拆分。

组合拆分法与前述的经典拆分方法相比，具有结晶速度快，收率高，纯度高等优点，研究还发现，拆分剂家族也可以用含有消旋物的混合物进行拆分。

3.复合拆分技术
3.1复合拆分方法
复合拆分法适合于具有π电子的外消旋的烯烃、芳香族类化合物以及富有孤对电子的元素有机化合物。

在拆分过程中，烯烃或芳香族化合物由于存在大π电子，能和含π电子的手性试剂形成电子专业复合物，或与手性金属配合物形成配位体，这些电子专业复合物和金属配位体形成配合物，这些电子转移复合物和金属配位物具有非对映异构体的特点而易于被分离。

有机硫、磷和砷的化合物由于这些元素的电子空轨道或含有的孤对电子，能与Lewis酸或Lewis碱性的手性试剂形成复合物而被分离开。

3.2包合拆分法
包合拆分法是利用非共价键体系的相互作用而使外消旋体与手性拆分剂发生包结，再通过结晶将两个对映体分开。

其原理是利用拆分剂分子中存在的一些空穴，这些空穴能够允许一定形状和大小的被拆分分子包合在其中，形成非对映异构体的包合物来进行分离。

这些具有空穴的主题分子与被拆分的客体分子在分子层面上产生手性匹配和选择。

包合物的形成主要有两种形式：一种是洞穴包合物，另一种是笼状包合物，在洞穴包合物中，手性的底物部分或全部被主体分子的手性洞穴包
合；而在笼状包合物中，客体分子被数个主体分子包合，形成笼状或隧道的形状。

包合拆分形成的基本原理是利用构型不同的客体化合物与主体的空穴之间形成氢键或范德华力的差异，对其中一个对映异构体产生优先包合[5]。

日本的Toda教授首先发现了采用氯化N-苄基辛可尼丁作为包结主体在甲醇中成功拆分外消旋的联二萘酚。

4.色谱拆分技术
色谱法是目前手性药物分析和分离中应用最广最有效的方法之一。

主要应用分为两类：分析级水平和制备级水平。

用于分析领域的色谱拆分法包括气相色谱（GC）、高效液相色谱（HPLC）、超临界流体色谱（SFC）、毛细管电泳（CE）等。

在制备领域中，高效液相色谱的应用较为广泛。

另外，在工业化生产中比较成熟、比较前沿的是模拟移动床（SMB）技术。

4．1 高效液相色谱法
高效液相色谱法在手性药物拆分中的应用是最广泛的。

HPLC 分离药物对映体的方法可分为间接法和直接法，间接法又称为手性试剂衍生化法，直接法包括手性固定相法（CSP）和手性流动相添加剂法（CMPA）。

4.1.1 间接法
间接法是利用手性药物对映体混合物在预处理中进行柱前衍生化，形成一对非对映异构体，根据其理化性质上的差异，使用非手性柱得以分离。

该法分离效果好，分离条件简便，一般的非手性柱可满足要求，但需要高纯度的衍生试剂，操作比较麻烦。

4.1.2 直接法
直接拆分法中的手性流动相添加剂法（CMPA）是在流动相中加入手性添加剂，CMPA法是向流动相中加入手性添加剂，它与溶质常以氢键、离子键或金属离子的配位键生成非对映体缔合物，从而以常规HPLC固定相分离，CMPA 法操作简便, 分析过程中较少发生消旋化, 添加剂选择的范围较宽, 纯对映体易从柱后洗脱中回收；缺点是系统平衡时间较长，添加剂消耗较大。

王立艳等[9]采用C18反相HPLC柱，利用流动相中加入手性选择剂羧甲基-β-CD的方法实现了盐酸氯丙那林对映体的拆分。

当今手性固定相法（CSP）发展异常迅速，目前已开发的商品化手性固
定相有多糖类、蛋白类、环湖精类、冠醚类等，其中多糖类衍生物手性识别能力强，方法也较成熟。

具体原理是由担体键合高光学纯度的手性异构体制作而成。

在拆分中CSP直接与对映体相互作用，而其中一个生成具有不稳定的短暂的对映体复合物，造成在色谱柱内保留时间不同，从而达到分离的目的 [11]。

郭娜等［12］采用羟丙基-β-环糊精为手性流动相添加剂,拆分了奥昔布宁对映体，分离度为 1.54。

HPLC 法用于对映体药物的拆分，具有多种途径，各具特色，可相互补充，但距离大规模工业化生产还有相当大的距离。

4.2 薄层色谱(TLC)法
TLC法产生于20世纪30年代，如今已发展了高效TLC法、离心TLC 法及梯度展开等技术。

高效薄层板的理论塔板数高(可达5000)，加上现代化的检测手段, 使得TLC法拆分对映体成为可能。

目前可用于TLC拆分的CMPA法主要有添加手性离子对试剂、添加β-CD及其衍生物于展开系统，可用于TLC拆分的CSP有CD、纤维素及其衍生物、手性氨基酸金属配体交换及手性试剂浸渍性固定相。

罗丹等[13]分别建立了以D-10樟脑磺酸铵为CMPA以及以β-CD固载固定相法拆分美托洛尔对映体的2种TLC方法。

手性药物的TLC 拆分法具有操作简便、设备简单、分离效率高、分析速度快、色谱参数易调整等特点, 在对映体的分离中具有实用意义, 但由于其灵敏度不高, 故目前主要用于定性分析手性药物。

4.3 气相色谱法
GC法始于20世纪60年代，其原理是通过选择适当的吸附剂作固定相(通常是手性固定相)，使之选择性地吸附在外消旋体中的一种异构体，从而达到快速分离手性药物的目的。

GC手性固定相按照拆分机制可分为三类: ①基于氢键作用的手性固定相；②基于配位作用的手性金属配合物固定相；
③基于包含作用的环糊精衍生物固定相。

研究表明，手性固定相与异构体之间的作用有氢键作用、偶极结合作用和三点作用。

但由于所用的色谱柱主要为填充柱，要求样品能够气化并具有较高的热稳定性，因而限制了它的使用[14]。

GC法分离手性药物最大的特点是简单快速、灵敏、重复性和精度高，对于可挥发的热稳定手性分子，可表现出明显优势，但同样也存在着一些固有的局限性，如要求被分离的样品具有一定的挥发性和热稳定性，与液
相色谱比较，气相色谱要实现制备比较困难。

4.4 毛细管电泳拆分法
20世纪80年代以来，CE作为一种手性色谱分离技术迅速发展起来。

CE法以高压电场为驱动力，毛细管为通道和载体，依据样品中各组分之间的迁移率和分配系数的差异而实现分离。

CE法为拆分极性大、热稳定性差和挥发性手性药物提供了经济有效的手段；且由于它具有高效、高分辨率、分离速度快、仅需微量试样、仪器操作简单、操作模式多等特点，在手性药物分离中具有诸多优势而被广泛应用于药物、生物、临床医学等领域[15]。

CE法共有6种分离模式：毛细管区带电泳（CZE）、毛细管凝胶电泳( CGE)、毛细管等速电泳(CITP)、毛细管等电聚焦(CIEF)、毛细管电色谱(CEC)和胶束电动毛细管色谱（MEKC）。

除CIEF外，其他5种分离模式均已被成功应用于手性药物对映体的拆分。

其中，CZE是目前应用最广泛和最简单的分离手段，其主要是依据溶质电泳迁移速率的差异进行分离。

剧仑等[16]以β-CD为CMPA，用CZE法对手性药物佐匹克隆进行了拆分研究。

随着CE分离机制的不断探索、分离模式技术的发展以及柱制备技术的不断完善，CE在手性药物的拆分、鉴别及定量分析方法研究等方面将具有广阔的发展应用前景。

4.5 超临界流体色谱拆分方法（SFC）
SFC是20世纪80年代中期迅速发展起来的一项对映体拆分技术，它以接近或超过临界温度和临界压力的高压流体做流动相的一种色谱技术。

SFC法采用超临界流体为流动相，具有检测方式和固定相种类多样等特点，在手性分离方面具有诸多优越性：①超临界流体的黏度接近气体，过程阻力较小，可采用细长色谱柱以增加柱效。

超临界流体的扩散系数介于液体和气体之间，具有较好的传质速度;②超临界流体的密度与液体相似，因而具有强的溶解能力，适于分离难挥发和热稳定性差的物质，这是GC所不及的;③SFC法具有类似HPLC梯度淋洗的特点。

目前，SFC在手性分离上，
为流动相，主要采用CSP法。

杨亦文等[17]以Kromasil CHI-TBB柱为CSP，CO
2
用超临界流体色谱法拆分了布洛芬对映体.
SFC在手性药物的分离应用中，具有简单快速、高效、操作条件易于变换等特点，可有效弥补HPLC和GC在拆分手性药物方面的不足。

4.6 模拟移动床色谱
SMB技术是 Broughton 在1961年的一个专利中提出来了，它吸取了固定床和移动床工艺各自优点设计而成的。

其基本原理是将多根色谱柱串联在一起，每根色谱柱均设有物料的进出口，并通过操作开关阀组沿着有机溶剂流动相的循环流动方向定时切换，从而周期性改变物料的进出口位置，来模拟固定相与流动相之间的逆流移动，实现组分之间的连续分离。

它保持了移动床连续操作、分离效果好的优点，又避免了固体真正逆流的困难，具有周期短、成本低、分离效率高、流动相循环使用和自动化连续操作等优势，现在已被国际上公认为规模制备拆分手性药物的最有效手段从而提高了分离效率。

危凤等［18］以八根5 cm×10 cm多糖类纤维素三苯基氨基甲酸酯 (TPCC)涂敷型手性固定相色谱柱，以乙醇/正己烷为流动相，拆分了手性药物奥美拉唑，e.e.值达96%以上, 回收率大于95%，年产量 82.5 kg。

但是这种技术有着投资高的缺点，如何获得高效、低价的手性固定相是 SMB 法能够广泛使用的关键。

5.手性液－液萃取拆分法
手性液－液萃取拆分法是将传统的溶剂萃取技术应用于外消旋体的拆分，与传统萃取分离不同的是，除待拆分的外消旋体外，两互相接触的液相至少有一相含有旋光性的手性选择体。

萃取过程中，手性选择体依靠极化、诱导和氢键等多种分子间作用力或配位键与对映体生成两种非对映体，这两种非对映体具有不同的理化特性，存在一定的自由能差，从而将外消旋体分开。

它具有生产能力大、分离效果好、回收率高、设备简单、易实现自动化与连续化等优点，萃取过程一般在常温、常压下进行。

阎建辉等［19］研究了布洛芬对映体在含有疏水性L－酒石酸酯的 1 ,2－二氯乙烷溶液及甲醇水溶液两相中的萃取分配行为，结果发现L－酒石酸酯对布洛芬Ⅱ对映体的萃取能力要大于对布洛芬Ⅰ对映体的萃取能力。

6. 膜分离法
膜法手性分离技术包括液膜手性分离和固膜手性分离两种方法。

前者是基于选择性萃取；后者是基于对映体间亲和性的差异。

液膜手性分离不
但克服常规手性液－液萃取的不足，而且具有较大的萃取传质效率和较低的传质单元高度。

而致密固膜克服了液膜不稳定性等缺点。

膜分离作为一种低能耗、室温操作且易于工业化和生产连续化的手性分离技术得到了广泛的关注。

目前流行的一种中空纤维膜萃取技术，是膜分离与液－液萃取相结合的新型分离技术，即萃取剂与料液分别在膜两侧流动，其传质过程是在分隔料液和萃取相的微孔膜表面进行的。

如Hadik P 等［20］用多孔聚丙烯中空纤维膜对 D, L-乳酸和 D, L-丙氨酸进行了拆分。

同样，膜分离法的缺点是膜的寿命远达不到工业化要求。

7. 酶法拆分技术
酶的活性中心是一个不对称结构，这种结构有利于识别消旋体。

在一定条件下，酶只能催化消旋体中的一个对映体发生反应而成为不同的化合物，从而使两个对映体分开。

反应产物的e.e.值可达100%。

随着酶固定化、多相反应器等新技术的日趋成熟，越来越多的酶已用于外消旋体的拆分。

徐刚等［20］通过对不同来源酶的筛选,找到了 Novozym 435和 Alcaligenes sp两种选择性较好的酶,有效拆分制备了(S)-2-氯-1-(2-噻吩)-乙醇，产率为48.6％，e.e.值为98.5％。

酶催化立体选择性强、反应条件温和、操作简便、副反应少、产率高、成本低，且不会造成环境污染，这些都使得用酶拆分外消旋体成为理想的选择。

酶法拆分外消旋体仍然有其局限性,如菌种筛选困难、酶制剂不易保存、产物后处理工作量大，以及通常只能得到一种对映体等缺点。

尽管如此，利用微生物进行手性药物的合成及对映体的拆分仍是当前研究热点。

8. 总结与期望
从上述各种拆分手性药物的方法中，我们可以看到前人所作出的不懈努力。

对于外消旋体的拆分，每种方法各有特色，当下的拆分科技也呈现出百花齐放的形式。

就目前来说，在药物对映体分析应用中，采用的主要手段是 GC 和HPLC，但其手性柱费用高、易污染，且手性衍生化常带进副产物，故以上
方法仍需进一步改进。

工业上则是广泛使用结晶法，但同样存在着操作繁琐、拆分效率低、拆分剂消耗大等工业上致命的缺陷，不符合“环境友好型”的发展理念。

事实上，若能将复合拆分和包合拆分技术应用于工业领域，其成本低廉、规模生产等显著优点将能为手性药物高效分离带来更大的贡献。

随着理论和技术的日趋完善，SFC 和 SMB 在手性药物拆分的应用上将得到进一步发展。

酶法操作简便，十分高效，，但因酶制剂品种有限、不易保存、易污染、价格昂贵等条件制约而受到限制。

相反，膜与液－液萃取技术结合却是一种很有潜力的手性分离技术。

伴随着人们对各种对映体拆分机制更为深入的研究，手性拆分技术必将更加完善、更加成熟、更好地服务社会。

关于这学期的药物分析实验，我们的收获颇多。

在完成九项实验后，我们体会到了药物分析的具体流程、各种分析方法，如红外、紫外等。

在老师的认真指导下，我们的实验能力有了提高，对实验的认识更加深刻，同时也为明年的大四学年毕业设计打下了基础。

但同时，实验也有些许不如人意的地方，如四个人做一个实验反而手忙脚乱，如果能变为两个人一组说实验，效果可能会更好。

同时，每组同学中都不乏有实验做失败的情况，针对这些情况，我们并没有时间补做，换句话说，课时稍少，九个实验做起来十分紧张，让我们也倍感压力。

在课下讨论时，我会发现一些同学对实验的原理搞不清楚，大家果真还是按部就班地“听命”于步骤表，为了做实验而做实验，这是不正确的观念和行为。

【参考文献】
[1] 李根荣,李志良. 手性药物拆分技术研究进展[J]. 中国新药杂质, 2005, 14（8）：969-973.
[2] 张艳艳,尤启东. 动态拆分技术在手性药物拆分中的应用[J]. 中国药科大学学报, 201, 42（1）：1-8.
[3] 王倩茹. 体内药物手性拆分的研究进展[J]. 亚太传统医药, 2010, 6（5）：149-151.。