手性有机酸的研究、生产及发展趋势

手性药物前体的国内外研究进展

——手性有机酸的研究、生产和发展趋势

孙志浩

（江南大学，生物工程学院生物制药研究室，无锡，214036）

1 前言

手性药物是当前国内外新药研究的热点，手性、手性技术成了新药研制中的重要关键词。特别是2001年度的诺贝尔化学奖给了研究手性化学的3位得主。国内也报道：中科院上海有机所等单位承担的国家自然科学基金“九五”重大项目“手性药物的化学与生物学研究”通过了验收，项目总评为特优，达到了国际先进水平，代表了我国在手性药物的化学与生物学研究的最高水平。最近，国家自然科学基金委重大项目“手性与手性药物研究中的若干科学问题研究”，拟资助经费800万元。说明手性与手性药物研究是一个前沿研究领域，研究手性关键技术是发展手性药物的切入点。

有专家认为，国外在手性药物的开发与研究方面已取得了可喜成绩，但我国目前还没有一个真正属于自己创新的手性药物进入临床和生产阶段。因此建议必须结合国情，力求有所突破。认为首先要提高手性制备技术，研究实用的手性合成方法，特别是发展生物催化制备技术。建议将研究及开发手性催化剂、手性骨架、手性中间体等作为重点，研究及开发理想的光学结晶剂、不对称化学触媒、手性辅料、手性溶剂、手性酸、手性碱等，使之能以较低的生产成本，大量生产商品化手性药物。

大约在80年代。科学家提出一种新思路，即对含有数十万乃至数十亿个化合物的化学库进行同步合成和筛选，这一方法称为组合化学。短短十多年时间，组合化学就已经显示了它旺盛的活力，成为化学、药物和材料科学研究中的一个热点。最近提出组合生物催化，将生物催化和组合化学结合起来，即从某一先导化合物出发，用酶催化或微生物转化的方法产生化合物库。这是药物研究领域中继组合化学之后的又一新技术。目的之一是增加库中化合物的多样性，提高库的质量。有机酸——是手性合成的基本材料之一。作为手性药物的重要手性合成子，手性砌块，手性试剂，拆分剂，在组合化学化合物库中具有举足轻重的地位。

本文介绍几种有代表性的手性有机酸的研究、生产和发展趋势。由于作者知识面的局限，这里提到的仅限于与生物催化有关的几种有机酸。

2 α-羟基酸

主要有α-羟基丙酸（乳酸）、α-羟基丁二酸（苹果酸）、αβ-二羟基丁二酸（酒石酸）、α-羟基苯乙酸（扁桃酸）等及其衍生物。

α-羟基酸在手性合成中主要是作为拆分试剂，也是重要的手性合成单元。例如L 或D-酒石酸，比较小的分子中有两个不对称碳原子，但也是对称性结构良好的化合物，光学活性的酒石酸或其衍生物在手性合成中应用非常广泛。

2. 1 乳酸

乳酸是最简单的手性化合物。是一种重要的手性合成单元。

L-乳酸是众所周知的产品，用发酵法生产，已有很大规模。这里介绍D-乳酸。D-乳酸及其酯，主要作为医药、农药合成原料，如Ca拮抗剂降压药甲基吡啶衍生物、除草剂以及手性试剂S-2-氯丙酸等的原料。

1984年日本开发了高e.e. D-乳酸发酵法制造技术。タィセル日本化学工业公司1997年产D-乳酸近10吨，供医药、农药原料。BASF公司用D-乳酸异丙酯生产S-2-氯丙酸（e.e.98%），作除草剂DuplosanR的手性合成原料，1997年大规模投放市场。

D-乳酸可用发酵法制造，不少菌种能发酵葡萄糖产生D-乳酸。欧洲已有大量生产。由于发酵和提取的复杂性，规模太小成本高。

D-乳酸（或D-乳乙酯）也可以用酶法制备，用酯酶水解拆分，将DL-乳酸乙酯中的L-乳酸乙酯进行酶水解，生成L-乳酸和乙醇，未能水解的D-乳酸乙酯，可用蒸馏等方法分出。

Lipase

DL-乳酸乙酯————→ L-乳酸＋乙醇＋D-乳酸乙酯

酶法优点是酶水解反应较简单。关键是需要筛选最适合的酶或产酶微生物，如果筛选出的脂肪（酯）酶较贵，还需要研究固定化技术，或者自行筛选产该酶的菌种自行发酵产酶，研究工作量大。

台湾化学工业研究所近期报道了用Sigma公司购买的脂肪酶水解乳酸乙酯，将L-乳酸乙酯水解，分出D-乳酸乙酯产品（e.e.95%），用于降血脂药及含D-乳酸光学活性结构药物之合成。

我们从收集的十多种脂肪酶进行酶水解研究发现，酶水解乳酸乙酯的选择专一性不强，几乎是对两种构型的乳酸乙酯都能水解。我们筛选到一种水解L-乳酸乙酯相对比较强的脂肪酶，并利用其不同的水解动力学特性，制备了高光学纯度的D-乳酸乙酯（e.e.＞97%）。

还可以用酶或微生物选择性分解或消耗DL-乳酸中的L-乳酸的方法，制备D-乳酸：

[O]或-H2

DL-乳酸————→丙酮酸＋H2O2 ＋D-乳酸

（或微生物）└——→CO2＋H2O

用L-乳酸脱氢酶或氧化酶可将DL-乳酸中的L-乳酸选择性转化或分解，得到不被酶反应的D-乳酸。此种酶法优点是产品光学纯度高，有一些研究文献与专利报道。但脱氢酶或氧化酶昂贵，酶反应过程中需要辅酶NAD（H）等，存在辅酶再生问题，实用性小。用微生物选择性利用DL-乳酸中的L-乳酸，直接将DL-

乳酸中的L-乳酸作为营养选择性地消耗掉，能得到不被微生物利用的D-乳酸。作者的实验室已进行了一些初筛工作，未发现有专一性特别好的、仅消耗单一

L-乳酸的微生物。但发现有些微生物消耗L-乳酸速度比消耗D-乳酸速度快，如芽孢杆菌属（Bacillus），假单孢菌属（Pseudomonas），埃希杆菌属（Esherichia）等的一些菌具此特性。将消旋DL-乳酸混合物与该微生物共培养，或者与培养后的微生物相接触，DL-乳酸中的L-乳酸优先被选择性消耗，可得到尚未被微生物利用的D-乳酸。

我们筛选到2株具不对称水解特性的微生物，也收集到文献介绍的菌株枯草杆菌（Bacillus Subtilis），枯草杆菌培养基中消旋乳酸5 g/L，残存D-乳酸2. 2.1苹果酸

L-苹果酸是近年开发的重要有机酸产品之一。它是新型的食品、饮料酸味剂，也是重要的医药原料。日本首先研制成功酶转化方法。我国前几年也搞得很热，最多时全国有三十多家，现在多数停产、转产，仅一家正常生产。酶反应式如下：