手性药物的拆分技术

手性药物的拆分技术蔡正艳2011-2-22对映异构体和消旋体晶体RSRRRRRRRRRSSSSSSSSSRSRRRRRRRRRSSSSSSSSSRSRSSRSRRSRSRSSRSSRRRSRS聚集体(conglomerate)消旋体光学异构体和消旋体晶体间区别•对偏振光的折射不同•填充方式不同(固体)FOHCOOH光学异构体填充方式：P21Mp108oCd=1.417外消旋体填充方式：Pna21Mp89oCd=1.390手性化合物的合成策略手性化合物ChiralCompds消旋体Racemates手性源Chiralpool前手性底物ProchiralSubstrates结晶拆分Crystallization动力学拆分KineticResolution色谱拆分Chromatography合成Synthesis不对称合成AsymmetricSyn.化学催化Chemocatalysis生物催化Biocatalysis各制备方法应用统计化学催化不对称合成生物催化不对称合成手性源合成结晶拆分色谱拆分(HPLC)实验室规模MLHH-MH中试规模H-MMHMM小规模生产H-MH-MHH-MM大规模生产HMM-LH-MHH：使用频率高;M：中等频率，有一些问题;L较少使用，问题较多拆分技术定义及其分类•拆分(resolution)技术：将外消旋体中的二个对映异构体分开，得到光学活性产物的一种方法–特点：操作简便、实用性强、重现性好–核心：创造不对称环境•方法学分类：–结晶拆分法(物理拆分法、化学拆分法)–动力学拆分法(生物催化的动力学拆分)–复合拆分和包合拆分法–色谱拆分法一手性药物的结晶拆分法(最常用)•直接结晶法：利用外消旋体具有形成聚集体(conglomerate)的性质，两个异构体分别各自聚结、自发地以纯结晶形式析出–分类：1.自发结晶拆分法2.优先结晶拆分法3.逆向结晶拆分法4.外消旋体的不对称转化和结晶拆分法5.在光学活性溶剂中的结晶拆分法•间接结晶法：将外消旋体与光学纯的化合物形成非对映异构体，利用非对映异构体的溶解度差别，使其中一个异构体结晶析出1自发结晶拆分法(spontaneousresolution)•巴士德(Pasture)结晶酒石酸左旋体半面结晶向左，右旋体半面结晶向右•自发结晶拆分:指外消旋体在结晶的过程中，自发的形成聚集体,利用所生成的结晶体之间互为镜像的关系而将其拆分•应用条件：聚集体特性(5~10%)，有晶体形状•应用较少NH2CH3NH3CH3NH3CH3H2SO4C6H5CH=CHCOOHHSO4C6H5CH=CHCOOOHCH3OCH3ONO2NO2OOHNO2NO2++--**(固)（液）（液）(固)(固)•对非聚集物(如液体)的化合物进行衍生化转变成具有聚集物的特性对映异构体和消旋体晶体RSRRRRRRRRRSSSSSSSSSRSRRRRRRRRRSSSSSSSSSRSRSSRSRRSRSRSSRSSRRRSRS聚集体(conglomerate)消旋体2优先结晶法(preferentialcrystallization)•定义：在饱和或过饱和的外消旋体溶液中加入其中一个对映异构体的晶种，造成两个对映异构体具有不同的结晶速率，进行拆分•条件：能形成具有稳定结晶形式聚集体的外消旋体•应用：–1934年肾上腺素盐酸组氨酸的拆分–20世纪50年代氯霉素中间体的拆分–20世纪60~70年代，工业用丙烯腈拆分制备L-谷氨酸(1.3吨/年)–氨基酸的拆分OHOHNHRO2NCO2HNH2HO2CR=COCHCl2,chloramphenicolR=HL-glutamicacid循环优先结晶法•操作：–拆分时，先将外消旋体制成过饱和溶液–加入其中任何一种较纯的旋光体(如右旋体)作晶种–冷却析出右旋体的晶体后，迅速分离–因右旋体的大量析出，使溶液中左旋体的量多于右旋体，再往溶液中加入外消旋体使其成为过饱和溶液–重复如前的操作，则可得大量的左旋体–如此可交叉循环拆分多次•应用：–默克拆分甲基多巴的硫酸氢盐制备抗高血压药物L-甲基多巴OHOHCH3NH2COOHmethyldopa优先结晶法拆分指数及其影响因素•拆分指数(resolutionindex,RI)–RI=［W产物×ep–W晶种］/E过量•RI≥1时，有效RI＝1时，无效•采用优先结晶拆分法拆分规律–外消旋体的盐(如盐酸盐、硫酸盐等)比形成共价外消旋体更容易通过优先结晶法拆分。–溶解度比(ax=SR/SA，SR和SA分别为外消旋体和一种对映异构体的溶解度)2时比2更有利于优先结晶法拆分–适当的搅拌速度对促进晶体的生长有利–所使用晶种的颗粒大小和组成必须均一–尽可能减少溶液中存在的其它粒子和颗粒，以免成为所不期望的晶核影响结晶3逆向结晶法•定义:–在饱和的外消旋体溶液中加入可溶性某一种构型的异构体[如：(R)-异构体]，添加的(R)-异构体就会吸附到外消旋体溶液中的同种构型异构体结晶体的表面，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(S)-异构体结晶速度就会加快，从而形成结晶析出。–如：在外消旋的酒石酸钠铵盐的水溶液中溶入少量的(S)-(-)-苹果酸钠铵或(S)-(-)-天冬酰胺时，可从溶液中结晶得到(R,R)-(+)-酒石酸钠铵•条件：–能形成聚集体的化合物–添加物必须和溶液中的化合物在结构和构型上有相关之处。这样所添加的物质才能嵌入生长晶体的晶格中，取代其正常的晶格组份并能阻止该晶体的生长逆向结晶法拆分实例外消旋体手性添加物首先沉淀出的对映体苏氨酸(threonine)(S)-谷氨酸，(S)-谷酰胺，(S)-天冬酰胺，(R)-半胱氨酸，(S)-苯丙氨酸，(S)-组氨酸，(S)-赖氨酸，(S)-天冬氨酸(R)-苏氨酸谷氨酸盐酸盐(glutamicacidhydrochloride)(S)-赖氨酸，(S)-鸟氨酸，(S)-组氨酸，(S)-丝氨酸，(S)-苏氨酸，(S)-半胱氨酸，(S)-络氨酸，(S)-亮氨酸(R)-谷氨酸天冬酰胺·H2O(asparaginemonohydrate)(S)-谷氨酸，(S)-天门冬氨酸，(S)-丝氨酸，(S)-赖氨酸，(S)-谷酰胺，(S)-鸟氨酸，(S)-组氨酸(R)-天冬酰胺对羟基苯甘氨酸-对甲苯磺酸盐(p-hydroxyphenyl)glycinep-toluenesulfonate(S)-苯甘氨酸，(S)-络氨酸，(S)-对甲氧基苯甘氨酸，(S)-色氨酸，(S)-苯丙氨酸，(S)-赖氨酸，(S)-多巴，(S)-甲基多巴(R)-对羟基苯甘氨酸组氨酸盐酸盐(histidinehydrochloride)(S)-色氨酸，(S)-苯丙氨酸(R)-组氨酸苯基羟基丙酸(phenylhydroxypropionicacid)(S)-苯丙乳酸(R)-苯基羟基丙酸4外消旋体的不对称转化和结晶拆分ARAS(AR)(AS)(溶液中)(结晶)•将拆分和外消旋化的过程同时进行，也有称之为动态动力学拆分•一级不对称转化:指在外部手性试剂的作用下，溶液中对映异构体之间的平衡发生移动，产生非等量的关系，形成外消旋体的不对称转化和结晶拆分。这种转化通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的结晶或加入纯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”，是将外消旋体转变成单一纯对映异构体•最适合用于羰基a手性碳原子上含有H原子的羰基化合物。在碱性条件下，羰基a手性碳原子上的H通过烯醇化发生外消旋植物生长调节素(paclobutrazol)的前体酮的不对称转化和结晶ClONNNClONNNClONNNbasebase(R)-3-10(S)-3-10H非甾体抗炎药物萘普生(naproxen)的不对称转化和拆分•(+)-萘普生甲酯87%收率•萘普生甲酯是一个聚集体•其中一个对映异构体的结晶将同时伴随着另一个对映异构体的消旋化•此外，萘普生的乙胺盐溶液也可以用上述方法拆分，拆分收率达90%CH3HMeOCOOCH3KOMeCH3HMeOCOOCH370oC熔融加入(+)-萘普生甲酯晶种67oC(+)-萘普生甲酯缩胆囊素拮抗剂消旋和拆分•消旋后与樟脑磺酸(CAS)成盐析晶•Merck公司“一锅煮”法6公斤生产规模NNONH2HMeNNON=CHArHMeNNOHN=CHArMeNNOHNH2MeArCHO消旋化(+)-樟脑磺酸（R）氨基酸及其衍生物不对称转化和结晶拆分•一般方法：–通常将氨基酸制备成N-酰基氨基酸，在溶液或熔融的条件下均可发生外消旋化–将氨基酸的氨基和醛类化合物，如丁醛、水杨醛反应形成希夫碱也可促进其外消旋化5在光学活性溶剂中的结晶拆分•定义：是指使用光学活性的溶剂或含有一定量的光学活性物质作为共溶质的非手性的溶剂来进行对映异构体的结晶分离•发展及现状：–19世纪末，Van’tHoff等发现对映异构体在光学活性溶剂中溶解度存在差异–迄今为止，用这一原理仅得到一些对映异构体过量的结晶，未能真正实现拆分的目的•对映异构体在光学活性溶剂中溶解度大致可以分为两大类：–普通含手性的有机化合物。溶解度虽有一些差别，但差别并不很大–含手性的有机金属络合物。在含羟基的光学活性溶剂中(或含有光学活性的离子化合物的非手性溶剂中)的溶解度有较大的差异。原因可能是由于手性有机金属络合物的(+)或(-)离子与光学活性溶剂有较强的非对映异构体络合物6间接析晶法–两种非对映异构体盐溶解度存在差异•应用条件：–所形成的非对映异构体盐中至少有一个能够结晶；–两个非对映异构体盐的溶解度差别必须显著–两个非对映异构体之间不能发生相互作用生成复盐或加成化合物–两种非对映异构体在固态情况下不能发生部分混合形成固体溶液•应用范围：酸、碱、醇、酚、醛、酮、酰胺及氨基酸的外消旋体•影响因素：–拆分剂的选择–溶剂的选择dlA+dBdA·dB+lA·dB•非对映异构体的形成和拆分原理7“交互拆分”(reciprocalresolution)和“相互拆分”(mutualresolution)•相互拆分：两对对映异构体，溶解度存在差异，•假设dA·dB/lA·lB对映体溶解度较小，则可以加入dA·dB(或lA·lB)晶种，使其中一种同构型的盐优先析出。•此时在溶液中还存在着一个溶解度较小的盐和另一对溶解度较大对映体盐，采用上述加入晶种的结晶方法就可以得到四个光学活性化合物。•不需光学纯的拆分剂，拆分方法更加经济实用。•前提条件是使用拆分剂的逆向拆分必须是可行的。dlA+dBdA·dB+lA·dB常规拆分dA+dlBdA·dB+dA·lB常规交互拆分dlA+dlBdA·dB+dA·lB+lA·dB+lA·lB相互拆分N-苄氧羰酰丙氨酸和麻黄碱的正常拆分、交互拆分及相互拆分拆分方法类型待拆分物拆分剂非对映异构体产物溶解度较小的盐溶解度较大的盐常规拆分方法（±)-Z-Ala(-)-Eph(-)-Z-Ala·(-)-Eph(+)-Z-Ala·(-)-Eph（±)-Z-Ala(+)-Eph(+)-Z-Ala·(+)-Eph(-)-Z-Ala·(+)-Eph常规交互拆分方法（±)-Z-Ala(-)-Eph(-)-Z-Ala·(-)-Eph(+)-Z-Ala·(-)-Eph（±)-Eph(+)-Z-Ala(+)-Z-Ala·(+)-Eph(+)-Z-Ala·(-)-Eph相互拆分方法a富含(+)-Z-Ala（±)-Eph(+)-Z-Ala·(+)-Eph(+)-Z-Ala·(-)-Eph相互拆分方法（±)-Z-Ala（±)-Eph(+)-Z-Ala·(+)-Ephb(+)-Z-Ala·(-)-Ephd(-)-Z-Ala·(-)-Ephc(-)-Z-Ala·(+)-Ephda该方法是用于富含(+)-Z-Ala的Ala拆分；b加入(+,+)盐为晶种；c加入(-,-)盐为晶种；d(+)-Z-Ala·(-)-Eph和(-)-Z-Ala·(