手性药物制备技术 PPT课件.ppt
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1、主主 要要 内内 容容 第一节第一节 概述概述第二节第二节 外消旋体拆分外消旋体拆分第三节第三节 利用前手性原料制备手性药物利用前手性原料制备手性药物第四节第四节 利用手性源制备手性药物利用手性源制备手性药物第一节第一节 概概 述述(一)、手性药物(一)、手性药物1、手性和手性药物、手性和手性药物手性:物体与镜像不能重叠的特征。手性:物体与镜像不能重叠的特征。构型标记法:构型标记法:R/S标记和标记和D/L标记标记手性药物:以单一立体异构体存在并注册为药物。手性药物:以单一立体异构体存在并注册为药物。一、手性药物与生物活性一、手性药物与生物活性 由由于于手手性性药药物物具具有有副副作作用用少少
2、、使使用用剂剂量量低低和和疗疗效效以以上上高高等等特特点点,颇颇受受市市场场欢欢迎迎,销销量量迅迅速速增增长长。研研究究与与开开发发手手性性药药物物是是当当今今药药物物化化学学的的发发展展趋趋势势,随随着着合合理理药药物物设设计计思思想想的的日日益益深深入入,化化合合物物结结构构趋趋于于复复杂杂,手手性性药药物物出出现现的的可可能能性性越越来来越越大大;另另一一方方面面用用单单一一异异构构体体代代替替临临床床应应用用的的混混旋旋体体药药物物,实实现现手手性性转换,也是开发新药的途径之一。转换,也是开发新药的途径之一。例一:例一:L-多巴(多巴(L-Dopa,4-1)例二:对头孢氨苄(例二:对头
3、孢氨苄(Cefalexin,4-3)例三:左氟沙星(例三:左氟沙星(Levofloxacin,4-4)从药效学角度看,药物与靶分子之间的作用,与药从药效学角度看,药物与靶分子之间的作用,与药物分子手性识别及手性匹配能力相关,即手性药物物分子手性识别及手性匹配能力相关,即手性药物的立体选择性。同样药物的吸收、分布、转化和排的立体选择性。同样药物的吸收、分布、转化和排泄过程也都存在立体选择性。由于药效学和药代动泄过程也都存在立体选择性。由于药效学和药代动力学性质的不同,组成混旋体药物的不同立体异构力学性质的不同,组成混旋体药物的不同立体异构体可表现出不同的治疗作用与副作用。体可表现出不同的治疗作用
4、与副作用。沙利度胺(反应停,沙利度胺(反应停,Thalidomide,4-5)2.手性药物的地位与发展趋势手性药物的地位与发展趋势 美国食品和药品管理局美国食品和药品管理局(FDA)在在1992年发布手性药物指导原则,要求所有在美国年发布手性药物指导原则,要求所有在美国申请上市的外消旋体新药,生产商均需提供申请上市的外消旋体新药,生产商均需提供报告说明药物中所含对映体各自的药理作用、报告说明药物中所含对映体各自的药理作用、毒性和临床效果。如果申请上市的混旋体药毒性和临床效果。如果申请上市的混旋体药物的化学结构中含有一个手性中心,开发者物的化学结构中含有一个手性中心,开发者就得做三组(左旋体、右
5、旋体和外消旋体)就得做三组(左旋体、右旋体和外消旋体)药效学、毒理学和临床等试验。药效学、毒理学和临床等试验。我我国国在在1999年年由由国国家家经经贸贸委委颁颁布布的的医医药药行行业业技技术术发发展展重重点点指指导导意意见见中中将将研研究究不不对对称称合合成成和和拆拆分分技技术术列列为为化化学学原原料料药药的的关关键键生生产产技技术术。这这些些政政策策和和法法规规极极大大地地推推动动着着手手性性药药物物的的研究和发展。研究和发展。手手性性药药物物大大量量增增长长的的时时代代正正在在来来临临,手手性性技技术术的的发发展展和和日日趋趋完完善善,为为手手性性工工业业的的建建立立和和壮壮大大奠奠定定
6、了了基基础础。以以制制备备和和生生产产手手性性药药物物 世世纪纪后后期期崛崛起起的的高高技技术术产产业业,其其特特点点是是经经济济、有有效效地地利利用用为为主主要要内内涵涵的的手手性性工工业业是是自自然然资资源源,有有利利于于环环境境保保护护,符符合合可可持持续续发发展展战战略略要要求求,在在现代科学技术中占有重要的地位。现代科学技术中占有重要的地位。我国手性药物的研发方向:我国手性药物的研发方向:一是加强单一异构体的合成技术开发;一是加强单一异构体的合成技术开发;二是开发具有自主知识产权的新药;二是开发具有自主知识产权的新药;三是重视手性分析设备特别是手性柱的开发应用;三是重视手性分析设备特
7、别是手性柱的开发应用;四四是是加加强强与与制制剂剂、生生物物学学等等学学科科的的合合作作交交流流。研研究究人人员员在在选选择择手手性性药药物物产产品品开开发发课课题题前前,应应加加强强交交流流,优势互补联合攻关,避免重复投入。优势互补联合攻关,避免重复投入。(二)手性药物的分类(二)手性药物的分类v对映体之间有相同的某一药理活性,且作用对映体之间有相同的某一药理活性,且作用强度相近强度相近v对映体具有相同的活性,但强弱程度有显著对映体具有相同的活性,但强弱程度有显著差异差异v对映体具有相同的活性,但强弱程度有显著对映体具有相同的活性,但强弱程度有显著差异差异v(1)一个对映体具有治疗作用,而另
8、一个对映体仅有副作用或毒性v(2)对映体活性不同,但具有“取长补短、相辅相成”的作用v(3)对映体存在不同性质的活性,可开发成两个药物v(4)对映体具有相反的作用(三)手性药物的作用机制(三)手性药物的作用机制 手手性性药药物物的的药药理理作作用用是是通通过过与与体体内内大大分分子子之之间间的的严严格格手手性性匹匹配配与与分分子子识识别别而而实实现现的的,也也就就是是在在人人体体内内药药物物通通过过与与具具有有特特定定物物理理形形态态的的受受体体反反应应起起作作用用。药药物物的的两两种种立立体体异异构构体体中中,只只有有一一种种更更适适合合与与受受体体或或活活性性部部位位结结合合。如如果果两两
9、种种立立体体异异构构体体都都能能适适合合受受体体,结结合合将将是是不不太太紧紧密密的的,因因而而药药物物将将会会不不太太活活泼泼。通通常常,一一种种同同分分异异构构体体有有选选择择地地结结合合,而而另另一一种种具具有有较较小小的的或无活性。或无活性。二、手性药物的制备技术三、影响手性药物生产成本的主要因素(1)起始原料的成本)起始原料的成本(2)拆分试剂,化学或生物催化剂的成本)拆分试剂,化学或生物催化剂的成本(3)化学收率和产物的光学纯度)化学收率和产物的光学纯度(4)反应步骤的数量)反应步骤的数量(5)拆分或不对称合成在多步合成中的位置)拆分或不对称合成在多步合成中的位置在多步合成中,拆分
10、或不对称合成要尽可能早在多步合成中,拆分或不对称合成要尽可能早地进行。地进行。(6)非目标立体异构体的转化利用非目标对)非目标立体异构体的转化利用非目标对映体能否简便地转化利用,直接影响拆分过程映体能否简便地转化利用,直接影响拆分过程的经济价值。的经济价值。总总之之,制制备备和和生生产产手手性性化化合合物物的的工工业业化化方方法法很很多多,有有酶酶催催化化的的动动力力学学拆拆分分、不不对对称称合合成成、结结晶晶技技术术和和手手性性源源合合成成等等。在在为为某某一一具具体体品品种种选选择择和和确确定定合合成成路路线线时时,要要考考虑虑合合成成路路线线的的可可行行性性和和经经济济性性。由由于于影影
11、响响手手性性药药物物或或手手性性化化合合物物生生产产成成本本的的因因素素很很多多,众众多多影影响响因因素素中中孰孰主主孰孰次次,没没有有一一个个普普遍遍适适用用的的衡衡量量标标准准;在在工工艺艺路路线线评评价价与与选选择择时时,要要具具体体问问题题具具体体分分析析,但但总总的的原原则则是是尽尽可可能能早早地地进行拆分。进行拆分。第二节第二节 外消旋体拆分外消旋体拆分拆拆分分可可分分为为结结晶晶法法拆拆分分、动动力力学学拆拆分分和和色色谱谱分分离离 三三 类类。结结 晶晶 拆拆 分分 又又 分分 为为 直直 接接 结结 晶晶 拆拆 分分(direct crystallization resolu
12、tion)和和非非对对映映异异构构 体体 拆拆 分分(diastereomer crystallization resolution),分分 别别 适适 用用 于于 外外 消消 旋旋 混混 合合 物物(conglomerate)和和 外外 消消 旋旋 化化 合合 物物 的的 拆拆 分分(racemic compound)的的拆拆分分。目目前前很很多多重重要要的的手手性性药药物物或或它它们们的的手手性性中中间间体体是是利利用用传传统统的的结结晶晶法法拆拆分分外外消消旋旋体体制制得得的的,可可以以说说结结晶晶法法拆拆分在手性药物生产中仍将发挥重要的作用。分在手性药物生产中仍将发挥重要的作用。一、结
13、晶法拆分外消旋混合物一、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)外消旋化合物和外消旋混合物 外外消消旋旋体体主主要要分分为为两两种种类类型型:外外消消旋旋化化合合物物和和外外消消旋旋混混合合物物。其其中中外外消消旋旋化化合合物物较较为为常常见见,大大约约占占所所有有外外消消旋旋体体的的90%。外外消消旋旋化化合合物物的的晶晶体体是是R 和和S 两两种种构构型型对对映映体体分分子子的的完完美美有有序序的的排排列列,每每个个晶晶核核包包含含等等量量的的两两种种对对映映异异构构体体。外外消消旋旋混混合合物物是是等等量量的的两两种种对对映映异异构构体体晶晶体体的的机机械械混混合合物
14、物,虽虽然然总总体体上上没没有有光光学学活活性性,但是每个晶核仅包含一但是每个晶核仅包含一 种对映异构体。种对映异构体。由由等等量量对对映映异异构构体体组组成成的的外外消消旋旋混混合合物物是是一一种种低低共共熔熔混混合合物物,两两种种对对映映异异构构体体互互相相作作用用,使使得得外外消消旋旋混混合合物物的的熔熔点点低低于于任任一一对对映映异异构构体体。实实际际上上,了了解解一一个个外外消消旋旋体体是是不不是是外外消消旋旋混混合合物物非非常常重重要要,因因为为只只有有外外消消旋旋混混合合物物才才能能利利用用直接结晶法进行拆分。直接结晶法进行拆分。(二)直接结晶法拆分外消旋混合物(二)直接结晶法拆
15、分外消旋混合物 在在一一种种外外消消旋旋混混合合物物的的过过饱饱和和溶溶液液中中,直直接接加加入入某某一一对对映映体体晶晶种种,即即可可得得到到该该对对映映体体,这这种种结结晶晶方方法法叫叫做做直直接接结结晶晶法法。外外消消旋旋体体中中的的一一个个对对映映体体能能否否优优先先结结晶晶析析出出,依依赖赖于于熔熔点点图图和和溶溶解解性性图图的的相相关关性性。也也就就是是,只只有有当当它它具具有有最最低低的的熔熔点点和和最最大大的的溶溶解解度度时时,才才是是可可利利用用的的外外消消旋旋体体混混合合物物。直直接接结结晶晶法法广广泛泛用用于于工工业业规规模模的的拆拆分分,工工业业上上常常采采用用以以下下
16、两两种种方方式式进进行行直直接结晶法拆分:接结晶法拆分:(1)同时结晶法同时结晶法 将将外外消消旋旋混混合合物物的的过过饱饱和和溶溶液液,同同时时通通过过含含有有不不同同对对映映体体晶晶种种的的两两个个结结晶晶室室或或两两个个流流动动床床,同同时时得得到到两两种种对对映映体体结结晶晶。剩剩余余溶溶液液与与新新进进入入系系统统的的外外消消旋旋混混合合物物混混合合,加加热热形形成成过过饱饱和和溶溶液液,达达到到结结晶晶室室所所要要求求的的过过饱饱和和度度,循循环环通通过过结结晶晶室室或或移移动动床床,实实现现连连续续化化生产。生产。(2)有择结晶法又称为带走结晶法。有择结晶法又称为带走结晶法。是是
17、指指在在单单一一容容器器中中交交替替加加入入两两种种对对映映体体的的晶晶种种交交替替收收集集两两种种对对映映体体结结晶晶的的拆拆分分方方法法。有有择择结结晶晶法法拆拆分分外外消消旋旋混混合合物物的的过过程程中中,有有时时会会伴伴随随着着溶溶液液中中过过量量对对映映异异构构体体的的自自发发性性外外消消旋旋化化,这这种种现现象象被被称称为为结结晶晶诱诱导的不对称转化,这对于工业化生产意义尤其重大。导的不对称转化,这对于工业化生产意义尤其重大。(三)具有一定光学纯度的立体异构体的纯化(三)具有一定光学纯度的立体异构体的纯化 直直接接结结晶晶法法不不仅仅用用于于拆拆分分外外消消旋旋混混合合物物,而而且
18、且可可以以用用于于提提高高某某一一立立体体异异构构体体的的纯纯度度,也也就就是是对对催催化化不不对对称称合合成成、酶酶的的动动力力学学拆拆分分等等其其它它方方法法得得到到的的具具有有一一定定光光学学纯纯度度的的立立体体异异构构体体进进行行结结晶晶纯纯化化,提提高高其其光光学学纯度。纯度。这这样样一一个个过过程程的的可可行行性性和和收收率率取取决决于于相相图图的的形形状状,如图如图4-3所示:所示:能否利用结晶法提高一个具有一定光学纯度的立能否利用结晶法提高一个具有一定光学纯度的立体异构体的光学纯度,取决于相图的形状。体异构体的光学纯度,取决于相图的形状。二、结晶法拆分非对映异构体二、结晶法拆分
19、非对映异构体 外消旋体与另一手性化合物作用生成非对映异构外消旋体与另一手性化合物作用生成非对映异构体混合物,混合物中各组分物理性质的差异较大,可体混合物,混合物中各组分物理性质的差异较大,可以通过结晶法进行分离,这样的手性化合物被称为拆以通过结晶法进行分离,这样的手性化合物被称为拆分剂。最常见的方法是与手性酸(或手性碱)成盐形分剂。最常见的方法是与手性酸(或手性碱)成盐形成非对映异构体,这样的拆分剂易于回收再利用,这成非对映异构体,这样的拆分剂易于回收再利用,这种方法被称为经典拆分法。种方法被称为经典拆分法。(一)结晶法拆分非对映异构体(一)结晶法拆分非对映异构体1、非对映异构体混合物的类型、
20、非对映异构体混合物的类型 当当一一个个外外消消旋旋体体A与与一一个个光光学学纯纯的的碱碱B发发生生反反应应时时,就会形成两种非对映异构体的混合物。就会形成两种非对映异构体的混合物。2、相图与非对映异构体拆分、相图与非对映异构体拆分 非非对对映映异异构构体体混混合合物物的的拆拆分分的的最最高高理理论论收收率率取取决决于于最最低低共共熔熔点点混混合合物物的的组组成成。如如图图4-5 所所示示,结结晶晶法法拆拆分分非非对对映映异异构构体体的的最最大大收收率率等等于于ME/PE,当当最最低低共共熔熔点点混混合合物物的的组组成成接接近近其其中中一一个个纯纯组组分分时时,收收率率可可达达到到最最大理论量大
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