南極假絲酵母脂肪酶B在制備手性藥物中的應(yīng)用

矯春麗，劉學(xué)杰

（煙臺(tái)市食品藥品檢驗(yàn)所，山東煙臺(tái)264000）

南極假絲酵母脂肪酶B在制備手性藥物中的應(yīng)用

矯春麗，劉學(xué)杰

（煙臺(tái)市食品藥品檢驗(yàn)所，山東煙臺(tái)264000）

結(jié)合近期國(guó)內(nèi)外的文獻(xiàn)，本文詳細(xì)介紹了南極假絲酵母脂肪酶B（CALB）在手性醇、胺、酸選擇性的拆分以及轉(zhuǎn)酯等的應(yīng)用。利用脂肪酶合成手性藥物是藥物合成研究的一個(gè)重要領(lǐng)域，CALB在一些藥物的拆分和合成中表現(xiàn)出了良好的選擇性，本文主要綜述了其在手性醇、胺、酸選擇性拆分以及轉(zhuǎn)酯中的應(yīng)用，希望能夠?yàn)槭中运幬锏暮铣商峁┓较颉?/p>

南極假絲酵母脂肪酶；南極假絲酵母脂肪酶B；手性藥物；合成

生物催化劑能夠在溫和的條件下催化化學(xué)反應(yīng)并同時(shí)展現(xiàn)出極高的選擇性，由于這種獨(dú)特的性質(zhì)，生物催化逐漸成為精細(xì)化工、醫(yī)藥、農(nóng)藥化學(xué)品及其中間體合成的核心技術(shù)［1］，特別是在小分子手性藥物的制備過(guò)程中，生物催化不僅能夠達(dá)到各種法規(guī)所規(guī)定的合成手性藥物所需的光學(xué)純度，還能夠減少對(duì)環(huán)境的影響、替代復(fù)雜的化學(xué)合成路線(xiàn)等，是發(fā)展綠色、環(huán)境友好、高效節(jié)能的制藥工業(yè)的有力工具［2］。近年來(lái)，不斷有利用生物催化制備小分子手性藥物中間體特別是“重磅藥物”的例子出現(xiàn)，如阿托伐他汀［3］、西格列?。?］等。

脂肪酶（甘油三酯水解酶，EC 3.1.1.3）是廣泛存在于有機(jī)體內(nèi)能夠催化甘油三酯水解的一類(lèi)酶。目前，脂肪酶是在有機(jī)合成中研究和應(yīng)用最多的生物催化劑，因?yàn)橹久妇哂械孜锓秶鷱V、催化效率、選擇性高，耐受有機(jī)溶劑［5］、可適度耐高溫、無(wú)毒、對(duì)環(huán)境友好并且低成本等優(yōu)點(diǎn)。來(lái)源于南極假絲酵母（Candida antarctica）的脂肪酶A（Candida antarctica lipase A，CALA）和脂肪酶B（Candida antarctica lipase B，CALB）便是研究和應(yīng)用較多的兩種脂肪酶［6］，本文將著重討論CALB在制備手性藥物中的應(yīng)用。

1 南極假絲酵母脂肪酶

1.1 CALA、CALB簡(jiǎn)介 CALA和CALB都具有獨(dú)特的催化性質(zhì)，CALA是熱穩(wěn)定性的酶，其最適溫度可達(dá)90℃，盡管CALB的熱穩(wěn)定性不及CALA，但固定化的CALB和CALA均可在適度高溫的環(huán)境中維持活性的長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定。雖然來(lái)源于同一菌種，但CALA和CALB的一些催化性質(zhì)卻有所差別［6］：相對(duì)于CALA，CALB具有Sn－3選擇性；類(lèi)似于大多數(shù)脂肪酶，CALA具有界面接觸效應(yīng)，CALB則是少數(shù)沒(méi)有這種效應(yīng)的脂肪酶之一，因而CALB能夠在單相溶媒介質(zhì)中具有高的催化活性；CALB是拆分醇和胺的最優(yōu)催化劑之一，CALB在制備光學(xué)純的羥基和氨基化合物中得到了廣泛的應(yīng)用，高的對(duì)映選擇性和簡(jiǎn)單的操作流程是CALB廣泛應(yīng)用于拆分仲醇和伯胺的基礎(chǔ)；盡管CALA在有機(jī)合成中應(yīng)用遠(yuǎn)少于CALB，但卻被證明在?；宕己椭侔窌r(shí)比CALB具有更高的活性，這使得CALA在拆分具立體位阻的化合物中具有極大的應(yīng)用前景［7］。

1.2 動(dòng)力學(xué)拆分 CALA和CALB可催化水解、酯化、轉(zhuǎn)酯、氨解等反應(yīng)，這些反應(yīng)可用來(lái)拆分外消旋的醇、氨和酸等從而制備光學(xué)純的化合物。以仲醇為例，外消旋的仲醇分為R型和S型，脂肪酶在選擇性的將R型的仲醇酰化的同時(shí)卻不催化S型的反應(yīng)，從而將消旋的仲醇拆分，該過(guò)程稱(chēng)為動(dòng)力學(xué)拆分（kinetic resolution，縮寫(xiě)為KR）［8］。

CALB和CALA對(duì)消旋的仲醇、伯胺的高選擇性是由脂肪酶立體結(jié)構(gòu)及底物的結(jié)構(gòu)共同決定的。這種選擇性可用Kazlauskas經(jīng)驗(yàn)法則［9］來(lái)解釋?zhuān)訡ALB為例，其模型化合物手性仲醇中手性碳兩側(cè)取代基分別為中等大小的基團(tuán)（ML，不大于丙基）和較大的基團(tuán)（LL，大于丙基），其中R構(gòu)型的化合物能與CALB的活性中心充分結(jié)合而很快反應(yīng)，S型化合物則由于無(wú)法進(jìn)入CALB活性中心而反應(yīng)很慢或基本不能反應(yīng)如圖1。

圖1 CALB對(duì)消旋仲醇的選擇性示意圖

由于反應(yīng)速率上的巨大差異，CALB對(duì)符合上述模型的對(duì)映體表現(xiàn)出極高的選擇性（＞99%），這種高選擇性使CALB在動(dòng)力學(xué)拆分外消旋醇、氨、羧酸等化合物中廣泛應(yīng)用［6］，特別在制備小分子手性藥物及其關(guān)鍵中間體中。此外，CALB還可通過(guò)轉(zhuǎn)酯、氨解等反應(yīng)應(yīng)用于藥物合成中。下文將據(jù)反應(yīng)類(lèi)型，綜述CALB在制備手性藥物中的應(yīng)用。

2 南極假絲酵母脂肪酶B在制備手性藥物中的應(yīng)用

2.1 （動(dòng)態(tài)）動(dòng)力學(xué)拆分醇

2.1.1 伯醇 帕羅西?。≒aroxetine）為強(qiáng)效、高選擇性5－羥色胺再攝取抑制劑，主要用于治療各種抑郁癥，其關(guān)鍵中間體（－）－paroxol可通過(guò)重結(jié)晶、不對(duì)稱(chēng)合成、生物催化拆分的方法進(jìn)行制備，利用脂肪酶介導(dǎo)的動(dòng)力學(xué)拆分便是其中之一。CALB可對(duì)映選擇性?；ā溃璽rans－1從而拆分得到用于合成帕羅西汀的中間體（3S，4R）－1［10］，通過(guò)優(yōu)化反應(yīng)條件，當(dāng)采用苯甲酸乙烯酯作為?；w、甲苯作為溶劑時(shí)，反應(yīng)具有較高的轉(zhuǎn)化率（51%）和對(duì)映選擇性（E＞100）見(jiàn)圖2。與化合合成相比，該反應(yīng)簡(jiǎn)單且易于放大，適宜于進(jìn)行規(guī)?；瘧?yīng)用。

圖2 CALB通過(guò)動(dòng)力學(xué)拆分反應(yīng)制備帕羅西汀中間體

依地普侖（Escitalopram）也是一種抗抑郁藥，是S構(gòu)型西酞普蘭的，盡管西酞普蘭以外消旋混合物形式用于抑郁癥的治療，但研究表明R－構(gòu)型西酞普蘭與S構(gòu)型（依地普侖）相比基本無(wú)活性，因此制備單一對(duì)映體（依地普侖）就極其重要。rac－3為合成依地普侖的重要中間體，可利用CALB進(jìn)行拆分［11］。由于化合物3其手性叔醇位置空間位阻較大，CALB不能將其酰化，但CALB可將遠(yuǎn)離手性中心的伯醇?；瑥亩鴮ac－3拆分，未參與反應(yīng)的化合物（s）－3可用于合成依地普侖。盡管反應(yīng)未發(fā)生在手型中心位置，但該反應(yīng)仍具有較高的產(chǎn)率（53%）和選擇性，化合物ee值可達(dá)99%（見(jiàn)圖3）。

圖3 CALB通過(guò)動(dòng)力學(xué)拆分反應(yīng)制備依地普侖中間體

2.1.2 仲醇 利斯的明（Rivastigmine）是膽堿酯酶抑制劑，商品名為艾斯能，可用于治療老年癡呆。Miotine也是膽堿酯酶抑制劑主要用作縮瞳藥?；衔铮≧）－6可用于合成這兩種手性藥物，利用CALB結(jié)合金屬Ru催化劑，可將消旋的化合物rac－5進(jìn)性動(dòng)態(tài)動(dòng)力學(xué)拆分，該典型的DKR反應(yīng)具有較高的產(chǎn)率和選擇性，得到酯產(chǎn)率可達(dá)95%，ee值大于99%［12］，該化合物可較容易的通過(guò)CALB催化的水解反應(yīng)將乙?；摰?，從而用于進(jìn)一步合成。類(lèi)似的，通過(guò)動(dòng)態(tài)動(dòng)力學(xué)拆分化合物rac－7也可得到合成利斯的明的中間體［13］（見(jiàn)圖4）。

度洛西?。―uloxetine）是一種5－羥色胺和去甲腎上腺素再攝取雙重抑制劑，用于治療各種抑郁癥。逆合成分析表明，化合物（3）－9可用于合成度洛西汀。該化合物可利用CALB動(dòng)力學(xué)拆分得到［14］，盡管化合物rac－9并不完全符合Kazlauskas模型，且含有吸電子的鹵族元素，但CALB依舊對(duì)該化合物具有較高的選擇性（見(jiàn)圖5）。

圖4 CALB通過(guò)動(dòng)態(tài)動(dòng)力學(xué)拆分反應(yīng)制備利斯的明中間體

圖5 CALB通過(guò)動(dòng)力學(xué)拆分反應(yīng)制備洛西汀中間體

2.2 （動(dòng)態(tài)）動(dòng)力學(xué)拆分胺 CALB在動(dòng)力學(xué)拆分上述仲醇中展現(xiàn)出了良好的活性及選擇性，與仲醇類(lèi)似，符合Kazlauskas經(jīng)驗(yàn)法則的伯胺同樣可作為CALB的底物。如圖所示，化合物rac－11可用CALB進(jìn)行動(dòng)力學(xué)拆分，得到的R構(gòu)型酰胺和未反應(yīng)的S構(gòu)型伯胺都有較高的ee值［12］。在動(dòng)力學(xué)拆分反應(yīng)中，剩余的S構(gòu)型可用于合成利斯的明和Miotine（見(jiàn)圖6）。

圖6 CALB通過(guò)動(dòng)力學(xué)拆分反應(yīng)制備利斯的明中間體

具有藥理學(xué)活性的苯丙胺及其一系列衍生物同樣可以利用CALB進(jìn)行動(dòng)力學(xué)拆分，得到光學(xué)純化合物可用于合成一系列的手性藥物，例如對(duì)位、鄰位、間位甲氧基取代的苯丙胺可用于合成安非他命類(lèi)藥物（Amphetamine）［15］和阿福特羅（Arformoterol，（R，R）－福莫特羅）［16］，間位三氟甲基取代的苯丙胺可用于合成芬氟拉明（Fenfluramine）［17］等（見(jiàn)圖7）。與拆分醇不同，動(dòng)力學(xué)拆分胺時(shí)，作為溶劑的乙酸乙酯可同時(shí)作為?；w。

2.3 其他（酸、轉(zhuǎn)酯、氨解等） 類(lèi)似于仲醇及伯胺，消旋的羧酸及衍生物也可通過(guò)CALB進(jìn)行動(dòng)力學(xué)拆分。布洛芬（Ibuprofen）主要用于解熱鎮(zhèn)痛及抗炎，盡管目前大部分布洛芬制劑以外消旋混合物使用，但實(shí)驗(yàn)表明其S構(gòu)型活性是R構(gòu)型活性的160倍。利用CALB催化的轉(zhuǎn)酯反應(yīng)，可將布洛芬乙烯酯進(jìn)行動(dòng)力學(xué)拆分［18］，得到的S布洛芬酯ee值可達(dá)99%（見(jiàn)圖8）。

阿夫唑嗪（Alfuzosin）為新型的α1受體阻滯劑，可用于治療高血壓，也可用于治療前列腺增生。報(bào)道的以化合物17為起始原料的化學(xué)合成路線(xiàn)包含一些有毒的試劑且需采用苛刻的反應(yīng)條件，而利用脂肪酶CALB通過(guò)酯化、氨解可一步合成化合物19［19］，不僅無(wú)毒條件溫和，且具有較高的產(chǎn)率。得到的化合物19可用于合成阿夫唑嗪（見(jiàn)圖9）。

嗎替麥考酚酯（Mycophenolate mofetil）一種新型的免疫抑制劑，主要用于預(yù)防和治療器官移植后的排斥反應(yīng)。目前主要采用將麥考酚酸與N－羥乙基嗎啉在高溫下酯化來(lái)合成嗎替麥考酚酯，該反應(yīng)的缺點(diǎn)是容易生成麥考酚酸的縮聚物。最近報(bào)道了一種利用脂肪酶催化合成嗎替麥考酚酯的新方法［20］，首先利用CALB催化麥考酚酸與低分子量脂肪族醇（如乙醇）酯化得到化合物21，再利用CALB介導(dǎo)21與N－羥乙基嗎啉轉(zhuǎn)酯從而合成嗎替麥考酚酯。與化學(xué)合成相 比，該反應(yīng)副產(chǎn)物少且產(chǎn)率高（見(jiàn)圖10）。

圖7 CALB通過(guò)動(dòng)力學(xué)拆分反應(yīng)制備安非他命類(lèi)藥物中間體

圖8 CALB通過(guò)轉(zhuǎn)酯反應(yīng)制備布洛芬中間體

圖9 CALB通過(guò)酯化、氨解反應(yīng)制備阿夫唑嗪中間體

圖10 CALB通過(guò)酯化、轉(zhuǎn)酯反應(yīng)制備嗎替麥考酚酯中間體

3 結(jié)論與展望

天然來(lái)源的抗生素等藥物多為具有純光學(xué)活性的手性藥，但是經(jīng)由化學(xué)合成得到的藥物往往是對(duì)映異構(gòu)，因此，手性藥物的分離，甚至在化學(xué)合成中定向的進(jìn)行制備，消除對(duì)應(yīng)異構(gòu)體的影響成了合成制備手性藥物的關(guān)鍵。CALB能夠在較溫和的條件下具有較高的選擇性，由于生物催化劑的這種特性，使得生物催化劑正在或者已經(jīng)在手性藥物的合成中得到應(yīng)用，因此，CALB的研究對(duì)于手性藥物的制備具有重要的意義。

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The application for cardida antarctica lipase B in chiral drugs preparation

JIAO Chun-li，LIU Xue-jie
（Yantai Institute for Food and Drug Contorl，Yantai264000，China）

Brief introduction for CALB in chiral drugs preparation.According to recent domestic and foreign literature，details of the application for CALB in chiral alcohols，amines，acid selective separation transesterification and so on were introduced.The application for lipase in chiral drugs preparation is an important area for drug synthesis，the authormainly reviewed the application for CALB in chiral alcohols，amines，acid selective separation，transesterification，expecting to provide reference for chiral drugs preparation.

Cardida antarctica lipase；CALB；Chiral drug；Synthesis

R918

：A

2095－5375（2014）07－0406－005

矯春麗，女，研究方向：藥物分析，E－mail：baoran03_17＠sina.cn