脂肪酶酶工程

1、 脂肪酶在手性药物制脂肪酶在手性药物制 备中的应用备中的应用 学号学号: 姓名：姓名：脂肪酶来源脂肪酶来源脂肪酶广泛的存在于脂肪酶广泛的存在于动植物动植物和和微生物微生物中。中。（1）植物中含脂肪酶较多的）植物中含脂肪酶较多的是油料作物的种子，如蓖是油料作物的种子，如蓖麻籽、油菜籽，当油料种麻籽、油菜籽，当油料种子发芽时，脂肪酶能与其子发芽时，脂肪酶能与其他的酶协同发挥作用催化他的酶协同发挥作用催化分解油脂类物质生成糖类，分解油脂类物质生成糖类，提供种子生根发芽所必需提供种子生根发芽所必需的养料和能量；的养料和能量；（2）动物体内含脂肪酶较多的是高等动物的胰脏）动物体内含脂肪酶较多的是高等动物

2、的胰脏和脂肪组织，在肠液中含有少量的脂肪酶，用于和脂肪组织，在肠液中含有少量的脂肪酶，用于补充胰脂肪酶对脂肪消化的不足，在肉食动物的补充胰脂肪酶对脂肪消化的不足，在肉食动物的胃液中含有少量的丁酸甘油酯酶。在动物体内，胃液中含有少量的丁酸甘油酯酶。在动物体内，各类脂肪酶控制着消化、吸收、脂肪重建和脂蛋各类脂肪酶控制着消化、吸收、脂肪重建和脂蛋白代谢等过程；白代谢等过程；（3）细菌、真菌和酵母中的脂肪酶含量更为丰富）细菌、真菌和酵母中的脂肪酶含量更为丰富（Pandey等）。等）。 手性药物在新药中越来越受重视。生物催化具有反应条件温和、高度选择性、产物纯度高等优点。在有机相中，脂肪酶催化消旋体的拆

3、分，为制备单异构体手性药物提供了重要的技术手段。 目前单一对映体手性药物的销售额持续增长，过去年手性药物的市场份额已由增至。上市的合成手性药物多属外消旋体药物，其中单一光学对映体手性药物仅占。多数药物中只有一种对映体与受体的亲和力强、活性高、疗效好、不良反应小，而另一种对映体不仅没有药效，而且可能抵消部分有效对映体的作用，甚至产生严重不良反应。近年单一对映体手性药物的研究不断升温。正在开发的药物中，单一对映体手性药物占。临床试验药物中为单一对映体。 近年手性技术主要用于药物中间体的制备。手性技术通常是对化学合成路线中某个手性中间体进行不对称合成或拆分，再合成单一手性药物。酶法拆分具 有副反应少

4、，产物易分离纯化，环境污染小等优点。 酶法拆分中多使用水解类，其中脂肪酶（，）应用较多。在非水相手性药物合成中，脂肪酶能催化酯水解、酯交换、氨解等反应，可拆分外消旋醇类、酸类、酯类和胺类，已成为制备光学纯手性药物的重要技术手段。酶法拆分手性药物的应用酶法拆分手性药物的应用酶法拆分醇酶法拆分醇 酶法区域选择性转化酶法区域选择性转化 酶法拆分胺酶法拆分胺 酶法拆分手性酶法拆分手性药物的应用药物的应用 1.酶法拆分醇酶法拆分醇 氮杂环丙烷和邻氨基醇是制药中常见的手性药物氮杂环丙烷和邻氨基醇是制药中常见的手性药物 和手和手性砌块。光学纯叠氮醇是合成氮杂环丙烷和邻氨性砌块。光学纯叠氮醇是合成氮杂环丙烷和

5、邻氨基醇的直接原料，在手性药物合成中具有重要作用。基醇的直接原料，在手性药物合成中具有重要作用。在湿氧化铝存在的条件下，用在湿氧化铝存在的条件下，用还原相应的氧化叠氮化合物，获得了叠氮醇外消旋体，还原相应的氧化叠氮化合物，获得了叠氮醇外消旋体，再用假单胞杆菌脂肪酶为生物催化剂，二异丙基乙酸再用假单胞杆菌脂肪酶为生物催化剂，二异丙基乙酸酯作为酰基供体，拆分了叠氮醇的外消旋体，制备出酯作为酰基供体，拆分了叠氮醇的外消旋体，制备出叠氮醇单体。叠氮醇单体。 光学纯卤代醇和氰醇是重要的药物中间体，光学纯卤代醇能进一步生成光学活性-氨基醇和-氨基醇等，是合成肾上腺素和免疫刺激剂等药物的中间体。光学活性氰醇

6、及其转化产物也是合成手性药物和手性农药的中间体，具有广阔的开发应用前景。 卤代醇和氰醇常用的制备方法是以PSL为催化剂，以乙酸乙烯酯为酰基供体，在二氯甲烷存在的条件下生成S-卤代醇和S-氰醇对映体。熊健利用脂肪酶为生物催化剂，乙酸乙烯酯为酰基供体，对苯乙氰醇进行转酯化拆分，反应转化率为50%，产物的对映体过量值（e.e.值）为99%，实现了苯乙氰醇的良好拆分，见图2。 帕罗西汀HCl是常用的抗抑郁药物，生物催化制备。帕罗西汀HCl中间体醇有两种方法，一种是酶促水解对应的酯衍生物，另一种是伯醇的酶促酰化。Gonzalo研究了不同脂肪酶对帕罗西汀HCI中间体醇拆分效果的影响，结果表明，南极假丝酵母

7、脂肪酶A和南极假丝酵母脂肪酶 B为生物催化剂，以乙酸乙烯酯为酰基供体进行拆分的效果较好，酶的对映选择性值（E）100。这两种脂肪酶的对映立体选择性存在明显差异，CAL-A催化（3S，4R）酯的水解反应，生成（3S,4R）醇，CAL易于催化（3R,4S）醇的酰化反应，与未反应的（3S，4R）醇分离。两种酶拆分得到（3S,4R）帕罗西汀中间体醇再经过化学反应合成帕罗西汀HCI，见图3 拆分外消旋醇时，如以乙烯酯和烷基酯作酰基供体，不利于后期产物酯和底物醇的分离 。若以环状酸酐为酰基供体，反应产物为酸，进入碱液水相，而未反应的醇则进入有机相，通过液-液提取，很容易实现酸和醇的分离，见图4。利用这一反

8、应，在甲苯溶液中，以固定化CAL-B为催化剂，戊二酸酐为酰基供体，可提高拆分制备帕罗西汀的效率，见图 5。固定化脂肪酶在第 2、3次循环使用过程中，酶基本上没有流失，对映选择性较强。在第4、5次循环使用过程中部分酶流失，对映体选择性有所降低 。2.酶法拆分胺 胺和酰胺衍生物具有抗癌、抗病毒等生物活性。()-反-2-苯基环戊胺为抗抑郁药品，临床中有重要应用。在有机溶剂中，以CAL-B为催化剂，乙酸乙酯为酰基供体，Gonzalez进行了()-反-2-苯基环戊胺的拆分，反应E值200，转化率为50%。 在相同条件下，()-顺-2-苯基环戊胺的拆分效率较低，见图7，若改变酰基供体，以()-1乙苯和()

9、-顺-2-苯基环戊基甲氧基乙酸酯为酰基供体，拆分效果较好。 阿片样镇痛药是用于减轻剧烈锐痛或钝痛的有效药物。人体内存在多种阿片受体，可分为，3种。受体的选择性激动剂药物例如吗啡，自1806年以来一直作为镇痛药使用，但受体的选择性激动剂药物易上瘾，易产生抗药性，副作用较大。U-50,488H（trans-3,4-dichloro-N-2(1-pyrrol-idiny1)eyelohexylbenzeacetamidel）是高度选择性是高度选择性k受体激动剂，具有成瘾性小、副作用少等优点。 Gonzalez等 以CAL-B为生物催化剂，乙酸乙酯为酰基供体，拆分（）-反-2-（四氢吡咯-1-氨基）环

10、己胺中间体生成（1S,2S）异构体，制备了U-50,488H。3.酶法区域选择性转化 1,25-二羟基维生素D1,25-(OH)-D是维生素D在体内的活性形式，能促进钙的吸收、细胞分化，抑制有害细胞增殖。此外，还可作为器官移植后的免疫抑制活性药物。为了制备它的不同衍生物，合成新的维生素D类药物，利用脂肪酶催化1,25-(OH)-D的4种A-环合成子的区域选择性转化，能合成1,25-(OH)-D衍生物。 天然多羟基化合物及其转化产物具有多种生物活性，是多种药物的有效前体。化学反应中，天然多羟基化合物的多个羟基都有可能参与酯化，产生副产物，因此，化学合成中需经“基团保护-酯化-脱保护基团”3步，才

11、能完成药物的合成。脂肪酶具有良好的专一性和区域选择性，专一催化某一位-置的羟基，对其他羟基无催化作用，免去了繁冗的基团保护和去保护步骤。 反应过程中，每一种酶只专一性催化某一位置羟基的反应，简化了反应步骤，提高了产物纯度 。以碳酸酯为原料，利用CAL-B对2-脱氧核苷上5位羟基进行区域选择性酰化，可以合成1，25-(OH)-D氨基甲酸酯衍生物。 反应过程中，每一种酶只专一性催化某一位置羟基的反应，简化了反应步骤，提高了产物纯度 。以碳酸酯为原料，利用CAL-B对2-脱氧核苷上5位羟基进行区域选择性酰化，可以合成1，25-(OH)-D氨基甲酸酯衍生物。 核苷类药物在抗病毒和抗肿瘤方面具有重要应用。与化学催化法相比，利用生物催化法进行核苷类药物的合成效果较好。CAL-B和PSL分别对2 脱氧核苷中5位和4位羟基有选择性，CAL-B可催化2 脱氧核苷上5位的羟基酰化，PSL可催化4位羟