手性分子与手性药物

有机化学有机化学 手性分子与手性药物手性分子与手性药物 材料与化学工程系 12 级应化 1 班 我们吃的如甘蔗汁制的或甜莱汁制的糖 它们的分子都是右旋的 人体内氨基酸分子都是左旋的 而淀粉的分子都是右旋的 传递遗传信息的脱氧核糖 核酸 DNA 95 以上呈右旋 星系的运动都呈圆形 椭圆形或涡旋形运动 多是 左旋 多数藤本植物如牵牛花 扁豆等的茎蔓是右旋的 海螺的螺壳都是右旋的 出现左旋螺壳的概率是百万分 之 左旋右旋 自然界中的手性 长瓣兜兰花两侧长瓣的螺旋是左右对称的 右侧是左旋 左侧是右旋 科学 化学概念中的手性化学概念中的手性 什么是手性什么是手性 手性分子手性分子 具有手性的分子称为手性分子 手性分子都具有旋光性 不具有手性的分子 称为非手性分子 无旋光性 由于含一个不对称碳原子的化合物具有手性 这与 其呈现手性特征的中心碳原子有关 因此这个中心碳原子称为手性中心 称其不 对称碳原子为手性碳原子 手性 实物与自身镜象不能重合的现象 左手和右手不能叠合左右手互为镜象 手性碳手性碳 手性分子的特征手性分子的特征 所谓手性碳原子 是指饱和碳原子上连有四个完全不同的原子或原子团 常用 号予 以标注 F Cl Cl H F CHCl Br 非手性分子 例如 手性碳标记手性碳标记 两者可以重合 F Cl Cl H CH3CHCH2CH3 OH CH3CHCHCH3 Cl Br 非手性分子非手性分子 的结构具有对称中心 为非手性分子 与 和 均不成镜像 互为非对映异构体 CH3 HO HH OH CH3 III 翻转 180 完全重合 CH3 HOH CH3 OHH 2 3 II CH3 OHH CH3 HOH 2 3 IIII CH3 OHH CH3 OHH 2 3 和和 互为对映异构体互为对映异构体 含有一个手性碳原子的分子往往具有手性 含有多个手性碳原子的分含有一个手性碳原子的分子往往具有手性 含有多个手性碳原子的分 子不一定都具有手性 子不一定都具有手性 例如 2 3 丁二醇的三种立体结构 互为镜像 不能重合 均为手性分子 手性分子与非手性分子手性分子与非手性分子 不能与镜象叠合的分子叫手性分子 而能叠合的叫非手性分子 小结小结 综上所述 物质分子凡在结构上具有对称面或对称中心的 均不具有 手性 则无旋光性 反之 在结构上既不具有对称面 也不具对称中心的 在这种分子具有手性 它与镜像互为对映异构体 不能重叠 故具有旋光 性 除了含有一个手性碳原子的化合物具有手性 还有含其他手性因素的 化合物如含手性氮原子等化合物 以及某些不含手性碳原子但具有手性的 化合物 对映体的表示方法对映体的表示方法 两种方法 1 透视法 直观 但书写麻烦 不适用于复杂化合物 2 Fischer 投影式 使用方便 适用于简单和复杂化合物 实线 纸面上的键 虚线 伸向纸后方的键 锲形线 伸向纸前方的键 1 透视法透视法 C COOH CH3 HO H COOH CH3 H OH COOH CH3 H OH C COOH H HO H3C C H OH COOH H 3 C 透视式 投影式 Fischer CH 3 COOH OHH C COOH CH 3 OHH 观察 碳链竖置 且编号小者置于上端 上下朝里 左右朝外 2 Fischer 投影 式 命名规则 R S 标记法的规则 找出手性 C 原子 C 原子上的基团依从大到小次序排列 若为顺时针排列 叫做 R 构型 若为逆时针排列 叫做 S 构型 手性碳原子 饱和碳原子上连有四个不同的原子或 原子团 常用 号予以标注 例如 CH3CHCHCH3 Cl Br CH3CHCH2CH3 OH 逆时针RS顺时针 基团次序为 a b c d R S 标记法 C Cl SO3H I H I Cl S H 先后次序取决于原子序数 原子序数较大的原子优先 顺时针 为顺时针 为 R 构型构型 手性分子的来源 自然界 糖类 氨基酸 生物碱 萜类 甾体化合物 外消旋体的拆分 不对称有机合成反应 生物酶合成 获得手性分子的重要意义获得手性分子的重要意义 药物与人类的关系药物与人类的关系 构成生命体系的生物大分子的主要部分大多数是以一种对映体形式存在的 故药物与其作用也是以手性的方式进行的 生物体的酶和细胞表面受体是手性的 故对外消旋药物的识别 消化和降解 过程 也是不同的 手性和手性药物手性和手性药物 在非手性环境中 对映体的物理化学性质 如熔点 沸点 折射率 蒸气压 溶解度 红外 核磁谱和质谱等 大都相同 这就造成对映体 分离的困难 获取单一对映体化合物 对于涉及分子手性分析的领域要采用高对映体选择性的分析方法 手性分离的特殊性手性分离的特殊性 手性分离和分析的重要性手性分离和分析的重要性 反应停反应停 事件事件 酞胺呱啶酮酞胺呱啶酮 N NH O O O O 1957 年 10 月 1 联邦德国 Chemie Gruenenthal 公司 将反应停正式推向了市场 治疗孕妇怀孕早期的妊娠呕 吐疗效极佳 被反应停致畸的孩子们被反应停致畸的孩子们 N HN O O O O 中枢镇静和抑制作用强烈的胎儿致畸作用 S thalidomide R thalidomide 反应停反应停 的分子结构的分子结构 N NH O O O O N NH O O O O R 甜味 S 苦味 H2NCOOH NH2 O H2NCOOH NH2 O 天冬酰胺 O H O H R S HO2C H NCO2CH3 O NH2 CH2Ph HO2C H NCO2CH3 O NH2 CH2Ph S R S S 香芹酮 健康糖 L 多巴 右异环磷酰胺抗肿瘤药物 盖替沙星 OH OHCOOH NH2H NH NN O COOH OMe Me F N H P O O N CH2CH2Cl 2 1 2 H 2O 1993 年 97 个热销药中 手性药物占 20 1997 年全世界 100 个热销药物中 50 个是单一对映体 手性药物 2001 年手性药物销售 1472 亿美元 2000 年手性药物销售 1320 亿美元 比 1999 年增加 13 1999 年手性药物销售