開篇引言

據(jù)統(tǒng)計，世界范圍內(nèi)批準的大部分藥物以及近年來前500個暢銷藥物中，接近一半都是單一的對映異構(gòu)體。早在1960年代，外消旋藥物分子中的非目標對映異構(gòu)體所帶來的負面影響就逐漸被認識到，許多母親由于懷孕期間服用鎮(zhèn)靜劑沙利度胺而造成數(shù)以百計的畸形兒的誕生，后續(xù)研究表明產(chǎn)生畸形的原因是活性分子的孿生兄弟-有害的鏡像異構(gòu)體引起的，即沙利度胺外消旋物中的R-(+)-沙利度胺是有藥且安全的，而S-(-)-沙利度胺則具有致畸性。

沙利度胺 (反應(yīng)停)

開發(fā)單一構(gòu)型異構(gòu)體的動力來源于藥物安全的考量和日趨嚴格的監(jiān)管要求，另外由于手性藥物的對映體在藥效學(xué)、藥代動力學(xué)等方面存在較大差異，因此建立手性拆分的方法十分重要。目前一般是通過手性合成或者手性拆分的方法實現(xiàn)手性藥物單一(藥用)構(gòu)型的分離和提純(手性純度提升)，拆分法是制備手性藥物(特別是僅含1個手性碳)的經(jīng)典方法，本文主要介紹手性拆分的相關(guān)內(nèi)容。

手性異構(gòu)體的概念

當(dāng)藥物分子中碳原子上連接有4個不同的基團時，該碳原子被稱為不對稱碳或手性碳(中心)，會導(dǎo)致藥物分子存在異構(gòu)體，如果兩個異構(gòu)體之間的關(guān)系如同一個物體的立體結(jié)構(gòu)在照鏡子，這個立體結(jié)構(gòu)和它在鏡子中的鏡像互為對映異構(gòu)體(對映體)，即手性異構(gòu)體。

對映異構(gòu)體的物理性質(zhì)基本完全相同，例如熔點、沸點、溶解度、折射率、密度、酸度等；紅外吸收、紫外、X射線粉末衍射法(XRPD)和差示掃描量熱法(DSC)也完全一致。但旋光性存在差異，對偏振光的作用不同，比旋光度數(shù)值相同，但方向相反，因此又被稱為旋光異構(gòu)體。

圖 1 手性的概念

外消旋體分類

等摩爾的對映異構(gòu)體之間不同的分子結(jié)合方式也將會帶來三種類型的外消旋體，詳見下表：

由上表可知，外消旋體的主要存在形式是外消旋混合物和化合物，假外消旋體非常罕見。

手性藥物構(gòu)型研究的必要性

對于手性藥物而言，活性成分的分子必須與受體分子(比如受體蛋白或酶等)的空間幾何結(jié)構(gòu)適配才能發(fā)揮藥效，由于藥物本身存在手性異構(gòu)，因此對應(yīng)的兩個異構(gòu)體通常具有不同的生物活性。主要分為以下幾種類型：

? 兩種構(gòu)型的異構(gòu)體具有相似或相同的藥理活性，例如支氣管擴張藥特布他林，兩種異構(gòu)體都能選擇性地激動氣道β2受體，但R構(gòu)型的藥效強于S構(gòu)型200倍。

? 一種構(gòu)型有效而另一種構(gòu)型無藥理活性甚至起毒害作用，例如R構(gòu)型的布洛芬臨床表現(xiàn)為無任何藥理活性且存在胃腸道毒性；與消旋體鹽酸西替利嗪相比，鹽酸左西替利嗪的劑量減半，而療效增強，副作用減輕，無明顯抗膽堿和抗5-羥色胺的作用，中樞抑制作用較小。

? 藥理活性不同形成藥效互補，例如非阿片類鎮(zhèn)痛藥鹽酸曲馬多，兩種構(gòu)型分別發(fā)揮不同藥效產(chǎn)生協(xié)同作用，臨床上以消旋體給藥效果更佳。

? 藥理活性不同形成相互拮抗，例如苯哌啶類鎮(zhèn)痛藥哌西那朵，右旋為阿片受體激動劑而左旋為受體拮抗劑，同時給藥將會產(chǎn)生拮抗作用而抵消藥效。

1992年FDA發(fā)布了關(guān)于手性藥物的指導(dǎo)原則，要求在向FDA提交的有關(guān)新藥申請報告中，必須包括對映體的化學(xué)、藥理學(xué)、毒理學(xué)以及藥代動力學(xué)所有相關(guān)信息以考慮以單一對映體或消旋體用藥的問題。自此，也就衍生了學(xué)術(shù)界以及制藥工藝界對于獲得光學(xué)純的手性藥物分子方法的研究熱潮。2006年12月國家食品藥品監(jiān)督管理局也發(fā)布了《手性藥物質(zhì)量控制研究技術(shù)指導(dǎo)原則》。在指導(dǎo)原則中規(guī)定：手性藥物的質(zhì)控項目要體現(xiàn)其光學(xué)特征的質(zhì)量控制，要求對手性藥物不同構(gòu)型的生物活性(毒性)進行充分研究，并根據(jù)研究結(jié)果對產(chǎn)品進行質(zhì)量控制。

手性化合物的拆分方法

手性拆分是指利用物理、化學(xué)或生物等多種拆分方法，將已存在的外消旋體通過分離純化得到單一光學(xué)異構(gòu)體，目前主要有手性色譜拆分、直接結(jié)晶拆分和間接結(jié)晶拆分等方法。這些方法的局限在于拆分的理論產(chǎn)率是50%，若想要提升該理論產(chǎn)率則應(yīng)在拆分的同時將不需要的對映異構(gòu)體外消旋化，使其不斷轉(zhuǎn)化為需要的異構(gòu)體，即將拆分和外消旋化同時進行，從而實現(xiàn)連續(xù)的拆分來提升理論產(chǎn)率。

? 手性色譜拆分

原理：外消旋體通過手性色譜柱實現(xiàn)兩種構(gòu)型的分離，手性色譜柱(Chiral HPLC Columns)是由具有光學(xué)活性的單體，固定在硅膠或其它聚合物上制成手性固定相。通過引入手性環(huán)境使對映異構(gòu)體間呈現(xiàn)物理特征的差異，從而達到光學(xué)異構(gòu)體拆分的目的。要實現(xiàn)手性識別，手性化合物分子與手性固定相之間至少存在三種相互作用。這種相互作用包括氫鍵、偶極-偶極作用、π-π作用、靜電作用、疏水作用或空間作用。手性分離效果是多種相互作用共同作用的結(jié)果。這些相互作用通過影響包埋復(fù)合物的形成，特殊位點與分析物的鍵合等而改變手性分離結(jié)果。由于這種作用力較微弱，因此需要仔細調(diào)節(jié)、優(yōu)化流動相和溫度以達到最佳分離效果。

色譜拆分方法主要包括氣相色譜(GC)、超臨界流體色譜(SFC)、毛細管電泳(CE)和毛細管電色譜(CEC)等，其中高效液相色譜(HPLC)因其獨特的優(yōu)勢成為手性分析領(lǐng)域最常用的一種技術(shù)。

HPLC分離法又分為手性固定相法(CSP)和手性流動相添加劑法(CMPA)，前者應(yīng)用廣泛。例如：抗抑郁藥物舍曲林的合成新工藝是將手性拆分從最后一步提前到第一步，起始原料使用以多糖為固定相的手性色譜柱進行分離得到(4S)-Tetrolone，收率為98%，異構(gòu)體(4R) -Tetrolone定量回收且實現(xiàn)消旋化。在依地普侖的生產(chǎn)工藝中，應(yīng)用模擬移動床色譜(SMBC)實現(xiàn)了手性拆分。

超臨界流體色譜(SFC)是一種流動相溫度、壓力均高于或略低于臨界點的色譜技術(shù)，所用流動相有CO2、NH3、正丁烷等﹐其中CO2最為常用。超臨界流體具有粘度小、擴散系數(shù)大、密度高等特點，具有強的溶解能力，可以迅速將產(chǎn)物洗出，且適于分離難揮發(fā)和熱穩(wěn)定性差的物質(zhì)。SFC已經(jīng)從對手性藥物進行分析轉(zhuǎn)向能生產(chǎn)幾毫克到幾百克樣品的半制備或制備規(guī)模。益康唑、貝康唑、聯(lián)苯康唑等抗真菌藥物的分離即是通過SFC實現(xiàn)的。

? 直接結(jié)晶拆分

此方法適用于外消旋混合物(聚集體)，利用兩種構(gòu)型溶解度的差異，通過結(jié)晶的方法使得外消旋體中的理想異構(gòu)體結(jié)晶析出，而另一種構(gòu)型的異構(gòu)體則保留在母液中，以此達到拆分的目的。為了促進目標構(gòu)型析晶，可以加入晶種，例如向外消旋混合物的溶液中加入R構(gòu)型的晶種，則會選擇性的析出R構(gòu)型的晶體，母液就富余了S構(gòu)型的化合物；繼續(xù)加入S構(gòu)型的晶種，此時就選擇性的析出S構(gòu)型的化合物，該過程可以反復(fù)進行至母液中產(chǎn)品純度降低到雜質(zhì)影響晶體析出為止。

比較經(jīng)典的例子是Pasteur于1848年通過緩慢蒸發(fā)外消旋酒石酸鹽的水溶液,形成大顆粒晶體，借助放大鏡用鑷子把不同性狀的晶體分開, 獲得了(+)-/(-)-酒石酸的鈉銨鹽，但這種案例比較罕見。

? 間接結(jié)晶拆分(化學(xué)拆分)

該方法適用于外消旋體化合物，可采用與另一手性化合物(即拆分劑, resolving agent)形成非對映異構(gòu)體混合物的方法，利用這對非對映異構(gòu)體的溶解度和結(jié)晶速率的差異，通過結(jié)晶法進行分離，最后脫去拆分劑即得到單一構(gòu)型的異構(gòu)體，最常見的拆分劑是手性酸或手性堿。該方法技術(shù)相對成熟且成本低，應(yīng)用范圍較廣，適合于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)且工藝穩(wěn)定可控。

抗驚厥藥普瑞巴林(Pregabalin)采用非對映異構(gòu)體拆分法合成:1) 以(S)-扁桃酸為拆分劑對外消旋終產(chǎn)物進行手性拆分; 2)以(S)-α-甲基芐胺為拆分劑對關(guān)鍵中間體進行拆分，得到R型異構(gòu)體，對映體過量值(enantiomeric excess, ee)接近100%，收率為35%, 再通過霍夫曼降解獲得S構(gòu)型的普瑞巴林。

非對映異構(gòu)體拆分已有一百多年的歷史，其技術(shù)含量雖不高，但仍然是當(dāng)今應(yīng)用最廣泛的一種拆分方法。結(jié)晶誘導(dǎo)的不對稱轉(zhuǎn)化使光學(xué)純異構(gòu)體的理論收率超過50%成為可能。近年出現(xiàn)了組合拆分、復(fù)合拆分、包合拆分和包結(jié)拆分等新技術(shù)，是對非對映異構(gòu)體拆分的有效補充。

美迪西手性拆分平臺和服務(wù)

美迪西手性拆分團隊擁有經(jīng)驗豐富的分析分離人員、先進的分析和制備超臨界流體色譜儀等設(shè)備，依托強大的化學(xué)和分析分離經(jīng)驗技術(shù)，為客戶提供高效的手性拆分服務(wù)。確保以具有競爭力的成本、精湛的技術(shù)、最快的速度為用戶制備毫克級到千克級的手性對映體。

美迪西手性拆分案例分享

美迪西手性拆分團隊積累了豐富的拆分經(jīng)驗和案例，下面簡單介紹幾個項目案例：

案例一：優(yōu)化流動相條件，提高制備效率

此案例中樣品有50g，溶解度大于50mg/mL，通過減少有機相比例，提高流速，增大進樣量，循環(huán)時間4min，此50g樣品在不到10h的時間內(nèi)完成手性拆分。

流動相MEOH+0.1%MEA，有機相比例20%，流速100mL/min，進樣量1mL，分離度不理想

流動相MEOH+0.1%MEA，有機相比例14%，加大流速到130mL/min，進樣量提高到5mL，分離效果大大提升

使用SFC循環(huán)進樣完成樣品快速制備

案例二：難溶性樣品手性拆分解決方案

此案例中樣品有3g，但溶解性差，用甲醇溶解2L未能完全溶解，如果直接上制備，效率會非常慢，收率也會不高，通過采用混合溶劑溶解樣品，并在流動相中也添加助溶劑，制備時間大大提高，收率也提高了。此方案只適合鍵合型填料色譜柱。

甲醇溶解，流動相比例140-30 MEOH(0.1%MEA),出峰靠后，循環(huán)時間較長

樣品溶劑和流動相體系中加入DMSO，MEOH:DMSO=2:1，峰形改善，循環(huán)時間大大縮短

使用SFC循環(huán)進樣完成樣品快速制備

案例三：SFC和反相制備結(jié)合制備雜質(zhì)

此案例是一個雜質(zhì)制備的例子，目標雜質(zhì)峰在主峰后面，離的比較近，分析條件為等度條件，如果直接上反相制備會比較困難。美迪西的解決方案是先用SFC分析開發(fā)出富集方法，再用SFC拆分儀器把目標雜質(zhì)富集，最后用反相制備二次純化，最終得到純度為95%以上的目標雜質(zhì)供結(jié)構(gòu)解析。

先SFC富集雜質(zhì)

反相制備二次純化

案例四：手性酸成鹽的結(jié)晶動態(tài)拆分

如下圖所示，此案例中化合物A僅有一個手性中心，我們需要R構(gòu)型對映體。該化合物的溶解性較差，雖然嘗試了多種溶解和拆分條件，拆分的產(chǎn)量和效果不太理想，SFC拆分100g消旋體需要2周時間。

因為該化合物pKa呈堿性，美迪西原料藥部門系統(tǒng)篩選了20多種手性酸和10余種成鹽溶劑，找到了一種純化效果較好的手性酸。后續(xù)通過消旋-拆分-析晶的動態(tài)拆分方法，將拆分的收率提高至60%，ee%做到98.5%以上。工藝操作簡單，每周可以處理2kg以上的樣品，極大地提高了效率，降低了成本。

（撰稿：李同全,宋德奎； 編審：邱小龍）

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