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教育科学与技术学院安全工程专业毕业环节论 文 论文题目 姓 名 学 号 班 级 指导教师 年 月摘要：本文回顾了十余年来国内外在催化还原羰基化合物制备手性药物方面的研究进展，尤其是在利用植物组织细胞及微生物催化羰基化合物的不对称还原方面，结合相关实例，对植物组织细胞催化还原底物的原理及一些研究结果进行了较详尽的阐述，同时对国内最新植物组织细胞培养方法做了简略叙述。关键词：植物组织，不对称还原, 潜手性, 羰基化合物1. 简介我们知道药物的手性即药物的光学活性是自然界的本质属性之一，作为生命活动重要基础的大分子，如核酸、蛋白质、多糖等分别具有手性的 D-DNA , L-氨基酸，D-单糖等，载体、酶、受体等也具有手性 ,它们一起构成了人体内高度复杂的手性环境。对于同一药物的不同手性对映体所带来的药理、药动学和药效学的差异已引起越来越多的关注和重视，对这一领域的研究必将促进手性技术的提高和为新药开发带来契机1。手性药物在许多疾病的防治中具有重要意义2，其药理作用是通过与体内大分子之间严格手性匹配与分子识别实现的3。对于手性药物而言，不同构型之间可能具有不同的药理活性。开发出疗效高、毒副作用小、用药量少是当前药物研究的发展趋势4-6。作为现今医药行业的前沿领域。随着手性药物临床用量日益上升，其市场份额逐年扩大。据资料统计，1995年为 425亿美元，1997年为900亿美元，2000年已超过1200亿美，2010年可望超过2500亿美元。由于于市场巨大，受到学界、企业以及政府等方面的重视7，并在国际上兴起手性技术的热潮8。自1968年诺尔斯首次实现第一例不对称催化反应起，这一研究领域已取得了巨大进展，同时成千上万的手性配体分子和手性催化剂也已经合成和报道，不对称催化合成已应用到几乎所有有机反应类型中，成为工业，尤其是制药工业合成手性物质的重要方法3。不对称反应的方法主要有化学法和生物法两大类，现今化学法催化不对称反应仍占主导地位，但生物法与化学法相比有着独特的优势，尤其是在羰基的不对称催化还原反应研究中，与钌配合物、硼杂噁唑烷2种化学催化相比，生物催化因其具有高度的立体、区域和化学选择性及安全性高和环境友好等特点8，并能完成一些化学合成难以进行的反应等优点。这些“绿色化学”的可持续性技术特征，使生物催化转化手性化合物的研究日益受到研究者关注，并在该领域投入了大量的工作4，在不对称合成中的应用越来越受到重视9。生物体由于其自身的不对称性可以有效识别不同立体构型的对映异构体，进而导致反应及产物构型的不对称性10-11。利用生物体组织、细胞或酶催化手性化合物转化已逐渐成为获得光学纯手性产品的一种重要途径12。活性生物细胞可以催化前手性羰基的不对称还原，使氧化还原酶催化的不对称还原和辅酶再生在胞内耦合 ,是一种很有学术价值和应用前景的方法8。目前已有多种活性生物细胞成功地用于催化多种前手性羰基不对称还原合成相应的手性醇12-17。但研究主要集中在酵母不对称还原上，利用植物组织细胞进行不对称还原的研究很少。植物细胞培养具有巨大的产生特定次生代谢产物的潜力。通过植物悬浮细胞培养，固定化细胞培养，毛状根培养以及酶都可通过生物转化产生有用化合物。植物悬浮细胞培养，固定化细胞培养，毛状根培养以及酶都可通过生物转化将大量的，便宜的底物转化为特定的有用的化合物。随着地球资源的不断消耗，反应试剂价格的日益上涨，合成药物的价格将更加昂贵。寻求采用绿色化学的理念，利用当地的经济型植物资源来替代昂贵的化学合成将具有重大的经济和生态学意义。值得指出的是，在不对称催化合成研究依然处在方兴未艾的发展阶段的今天，许多与手性相关的科学问题仍有待解决。如:手性催化剂大部分只对特定的反应、甚至特定的底物有效，却没有广泛适用的万能手性催化剂 ,而且大多数手性催化剂存在转化数较低，稳定性不高，难以回收和重复使用等等亟待解决的问题3，有待于我们进一步研究解决。2.国内外研究现状2.1植物激素对愈伤组织诱导及继代培养屈二军,李文建等14以葱属植物大蒜胚根和鳞茎尖为外植体,在附加不同激素的培养基上诱导愈伤组织并继代培养。得MS+2,4-D 2.0mg/L+NAA 0.5mg/L+6-BA 2.0mg/L适宜胚根诱导愈伤组织，MS+2,4-D 2.0mg/L+NAA 2.0mg/L+6-BA 1.0mg/L适合茎尖诱导愈伤组织，而MS+2,4-D 1.0mg/L+NAA 2.0mg/L+6-BA 0.5mg/L适合愈伤组织的继代培养。所以生长素和细胞分裂素合理搭配有利于大蒜愈伤组织的诱导和继代培养。2.2植物组织细胞还原潜手性羰基化合物2.2.1 植物组织、细胞还原单酮及其衍生物Luciana L. Machado19-24等考察了多种植物组织和细胞对直链脂肪酮和环酮及其衍生物的不对称还原能力。以木薯果实（可食用部分）和它的根还原3-己酮，环酮其产率和ee值分别为97.5/96.7%，92.3/93.4%。构型均为S-型如下图所示： 2.2.2 Dave Caron21-28等人分别利用植物组织还原芳香醛酮及其衍生物。其构型、得率、ee值见下图： 2.2.3. 植物组织、细胞还原酮酯及其衍生物关于植物组织、细胞还原酮酯及其衍生物的报道相对较少。K. Nakamura等28使用Marchantia polymorpha and Glycine max悬浮细胞不对称还原-羰基-3-甲基丁酸乙酯为相应的顺式和反式的S-手性醇Dave Caron20-21等使用胡萝卜发根组织分别不对称还原1-氯-羰基丁酸乙酯和-羰基丁酸乙酯上-羰基为R-醇和S-型醇，其得率和ee值分别为65/62和35和35/96。B. Baskar30使用胡萝卜培养细胞还原底物1-4还原产物得到的分离构型为R-型。底物5-8还原产物得到的分离构型不确定。3.植物组织催化羰基化合物的原理生物催化羰基的不对称还原主要是在醇脱氢酶和其他氧化还原酶作用下进行的, 同时还需辅酶 NADH 或 NADPH 参与。反应机理下图所示。反应由还原型辅酶NAD(P)H提供的氢, 在氧化还原酶的作用下从R 或S 面进攻羰基生成相应的单一对映体醇,同时辅酶被转化成氧化型NAD(P)。为了使反应一直进行下去, 需要不断地补充还原型辅酶NAD(P)H。但该类辅酶非常昂贵, 不可能在反应过程中不计成本地加入化学计量需要的辅酶。植物组织对羰基化合物的不对称还原反应的催化过程如下图所示。（副产物） （辅助产物）4.小结综上所述，植物组织细胞作为生物催化剂可作为多种还原底物，而且与其它化学、微生物还原反应相比具有以下优点：（1） 实验重现性好：植物组织细胞可在实验室培育，不受气候条件的限制； （2）反应选择性强：包括立体选择性、区域选择性；（3）安全性与环境相容性：反应条件温和、设备简单、通常以水作为溶剂体系,比使用有机溶剂和有毒催化剂的化学方法安全得多, 且无需加热、加压或其他苛刻要求。同时植物组织易降解的特点对环境的压力也小。与国外成熟的植物组织细胞不对称还原技术相比，国内起步较晚，对其研究也处于初期。因而研究植物组织和细胞还原羰基化合物对提高国内研究水平，加快与国际接轨必然具有重要意义。虽然采用植物组织细胞还原潜手性羰基化合物制备手性药物中间体具有深远的发展前景, 但相关研究瓶颈也不容忽视，比如筛选出最合适的生物催化剂，并将其成功工业化仍存在较多领域需要探索存。因此有必要加快对这类反应的工艺和工程问题的研究，以便使更多的反应能应用于工业化大规模生产，为我国医药产业的发展打下坚实基础。5. 参考文献1.陈亮，何凤慈，光学活性药物的药动学和药效学差异，中国新药与临床杂志，2003,22（6）：377-380.2.HuttA J, Tan S C. Drug chirality and its clinical significanceJ. 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