馬玉恒，孫威，唐瀟灑，朱淼淼，黃靜，楊月，王文龍

（滁州學(xué)院材料與化學(xué)工程學(xué)院制藥工程系，安徽 滁州 239000）

在形成有機(jī)化合物時(shí)，同一個(gè)碳原子上由四根共價(jià)鍵連接四個(gè)不同的取代基團(tuán)而形成空間立體結(jié)構(gòu)，可以形成兩種分子結(jié)構(gòu)，稱為手性分子。1848年，巴斯德通過研究酒石酸晶體發(fā)現(xiàn)了分子層次上手性的存在。在藥物的發(fā)展史上，由于人們對手性藥物的認(rèn)知不足，曾發(fā)生過巨大的藥害事故。沙利度胺消旋體又稱“反應(yīng)?！?，是一種妊娠期婦女使用的藥物，引發(fā)了數(shù)千例的“海豹胎”病例。之后的研究發(fā)現(xiàn)，沙利度胺是一種手性分子，其右消旋體具有良好的鎮(zhèn)靜作用，但其左消旋體卻能引起抗壞血管的生成，海豹胎兒的畸形正是由于這種藥物導(dǎo)致妊娠初期胎兒血管新生。隨著研究的深入，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)沙利度胺左旋異構(gòu)體對于抗腫瘤等方面有巨大的療效，可用于治療膠質(zhì)細(xì)胞癌、腎癌、轉(zhuǎn)移性黑素瘤，2006年5月美國食品藥品管理局（FDA）批準(zhǔn)其用于多發(fā)性骨髓瘤的治療[1]。

雖然藥物對映體的化學(xué)組成以及平面結(jié)構(gòu)都是一致的，但由于它們具有不同的空間和三維結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致這些對映體具有不同的生物活性，從而對藥物和藥物代謝產(chǎn)物的藥理作用產(chǎn)生一定的影響，因此為了確保藥品使用安全，1992 年美國FDA 明確規(guī)定手性新藥必須給出左旋體和右旋體的藥效學(xué)與藥動(dòng)學(xué)研究結(jié)果，2006 年我國藥品監(jiān)管部門也出臺(tái)了相應(yīng)的政策新規(guī)[2]。

1 手性分子分離方法

常見的手性分子的分離方法有結(jié)晶拆分法、生物拆分法、化學(xué)拆分法、色譜拆分法、毛細(xì)管電泳法和膜分離法等，其中色譜拆分法又可分為薄層色譜手性拆分法、氣相色譜手性拆分法、高效逆流色譜法、超臨界流體色譜法和高效液相手性色譜法等。

1.1 結(jié)晶拆分法

結(jié)晶拆分法是通過物質(zhì)結(jié)晶，使外消旋溶液中的某一種對映異構(gòu)體結(jié)晶析出，而另一種對映異構(gòu)體仍存在于溶液中，從而達(dá)到手性物質(zhì)分離的目的[3]。結(jié)晶拆分法的優(yōu)點(diǎn)是不需要額外添加手性拆分試劑，但其拆分效果不太好，若嚴(yán)格控制反應(yīng)條件也能獲得較純的單一對映體[4]。例如，王耀國課題組[5]將吡喹酮的兩種對映體與L-蘋果酸共結(jié)晶，由于兩種對映體與L-蘋果酸形成的共晶在熔點(diǎn)、溶解度、分子間相互作用等方面有明顯差異，據(jù)此將吡喹酮的兩種對映異構(gòu)體進(jìn)行拆分。

1.2 生物拆分法

生物分離工藝的原理很多，最主要的是依靠離心力、分子尺寸（篩分）、濃度相同等各種工藝原理來對物質(zhì)進(jìn)行分離或純化[6]。其中，生物酶分離以及生物膜分離法是生物拆分法分離手性物質(zhì)最為常見的方法。酶催化反應(yīng)是一類具有高度專一性的反應(yīng)，因此，酶催化反應(yīng)所產(chǎn)生的副反應(yīng)相對較少，分離和提純較為簡單，產(chǎn)物純度較高，且一般毒性較小，不會(huì)對環(huán)境造成污染，適用于各種大規(guī)模生產(chǎn)。例如王井玲課題組[7]利用外消旋腈化合物，通過生物拆分法在腈水解酶的催化下合成左乙拉西坦（LEV）。在該反應(yīng)中，（R）-2-吡咯烷腈可通過再消旋化以實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用。該法與化學(xué)催化相比具有更高的原子經(jīng)濟(jì)性（atom economy），且能進(jìn)行溫和的SN2反應(yīng)，從而避免了使用具有危險(xiǎn)性的烷基化試劑（見圖1）。

圖1 腈水解酶用于左乙拉西坦的合成

1.3 化學(xué)拆分法

如果外消旋體分子中存在一些活性基團(tuán)，如羥基、羧基、磺酸基團(tuán)、酰鹵基團(tuán)，能夠與一些具有旋光活性的化合物發(fā)生反應(yīng)，其本身再特性發(fā)生變化[8]，由此生成兩種具有不同性質(zhì)的非對映體，利用兩個(gè)非對映體在物理學(xué)或化學(xué)屬性上的差別把二者分離開來?；瘜W(xué)拆分法現(xiàn)在主要面臨拆分劑在選擇上比較盲目，沒有選擇指向性，拆分化合物種類受限等問題。例如左西替利嗪的合成中[9]，通過對消旋中間體4-氯二苯甲胺與L（+）-酒石酸成鹽的方法得到單一異構(gòu)體，進(jìn)一步合成單一構(gòu)型的左西替利嗪。

1.4 色譜拆分法

下面對常見的五種色譜拆分手性藥物的方法優(yōu)缺點(diǎn)和應(yīng)用進(jìn)行介紹。

1.4.1 薄層色譜手性拆分法

通過制作具有手性選擇的薄層色譜板固定相，利用不同的展開劑對手性物質(zhì)進(jìn)行拆分。該法的優(yōu)點(diǎn)是操作簡單，方便經(jīng)濟(jì)，但由于其定量分析的靈敏度不高，現(xiàn)在主要用于定性分析。該法使用的手性源有β-環(huán)糊精、手性氨基酸配體、手性離子對試劑等。例如，相比于（R）-美托洛爾，（S）-美托洛爾對β受體親和度更高，具有治療心律失常，緩解心絞痛和降血壓的作用。在美托洛爾兩種構(gòu)型的拆分中，羅丹課題組[10]用手性流動(dòng)相添加劑和手性固定相兩種薄層色譜法直接拆分美托洛爾，使用美托洛爾片作為原料，在不同種類的展開劑下，通過薄層色譜板法對美托洛爾對映體進(jìn)行拆分。

1.4.2 氣相色譜手性拆分法

氣相色譜的手性拆分是通過選擇一種合適的手性選擇劑作為固定相，以適宜的氣體作為流動(dòng)相載氣，利用選擇劑對手性物質(zhì)進(jìn)行選擇性吸附，并與異構(gòu)體之間產(chǎn)生氫鍵、偶極結(jié)合等作用，實(shí)現(xiàn)手性異構(gòu)體的分離。其優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高、操作簡單、分離快速等，例如，擬除蟲菊酯是一類殺蟲范圍廣、效率高、低毒且具有生物降解特性的合成殺蟲劑，菊酯有4 種光學(xué)異構(gòu)體，其中（+）-反式菊酯與（-）-順式菊酯殺蟲活性最強(qiáng)，在菊酯的手性拆分中，劉愛華課題組[11]用氣相色譜法在衍生的β-環(huán)糊精手性固定相上分離菊酸乙酯，以順反菊酸乙酯為原料，用β-CD 的衍生物做手性固定相，在氣相色譜柱中拆分出順式菊酸酯。

1.4.3 高效逆流色譜法

高效逆流色譜法是在螺旋色譜柱中加入互不相容、密度差異較大的兩相，利用被分離的對映體在兩相之間分配系數(shù)不同，通過螺旋色譜柱高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的離心力，實(shí)現(xiàn)手性對映體的分離。其優(yōu)點(diǎn)是樣品與固定相之間不會(huì)發(fā)生吸附、變性等問題，且通過螺旋柱的運(yùn)動(dòng)，使分離速度、分離效率顯著提升。例如，特布他林有預(yù)防和緩解支氣管哮喘、肺氣腫與其他伴有支氣管痙攣等功效，其R 構(gòu)型有受體激動(dòng)作用而S 構(gòu)型卻無藥理作用。在對兩種構(gòu)型的拆分中，陳小明課題組[12]用高速逆流色譜拆分特布他林對映體，以四苯硼鈉乙酸丁酯-水相（1∶1）為溶劑體系，其中水相為磷酸鹽緩沖溶液含0.1 mol/L 水溶性羥丙基-β-環(huán)糊精（HP-β-CD），實(shí)現(xiàn)了特布他林兩種對映體的手性拆分。

1.4.4 超臨界流體色譜法

超臨界流體色譜法采用超臨界流體做流動(dòng)相，利用手性藥物在流動(dòng)相和固定相中不同的溶解度和吸附能力，實(shí)現(xiàn)對手性藥物對映異構(gòu)體的拆分。該法的優(yōu)點(diǎn)是對手性藥物的分離效果較好，選擇性高。但由于超臨界流體自身穩(wěn)定性不佳，使用條件苛刻，成本高昂等原因，該法的使用受到極大的限制。例如，西酞普蘭具有治療抑郁癥、焦慮癥等精神疾病的功效，其中（S）-對映體藥理活性遠(yuǎn)大于（R）-對映體。聶小春課題組[13]用超臨界流體色譜法在西酞普蘭對映體拆分中，以草酸艾司西酞普蘭片為原料，以CO2為流動(dòng)相的主要成分，通過超高效合相色譜儀對西酞普蘭的兩種對映體進(jìn)行分離純化，實(shí)現(xiàn)二者的分離。

1.4.5 高效液相手性色譜法

利用具有手性選擇的物質(zhì)作為固定相，采用不同種類的溶劑做流動(dòng)相，對消旋物質(zhì)進(jìn)行手性拆分。相對于一般液相色譜，該法具有更高的選擇性、更快的分析速度。高效液相手性色譜法有直接法和間接法兩種[4]。直接法是選用不同的手性固定相對物質(zhì)進(jìn)行分離。若藥物不適合用直接法拆分，為增加色譜系統(tǒng)對映異構(gòu)體選擇性，可選用間接法。例如，阿雷地平有治療高血壓的功效，其（S）-阿雷地平藥效遠(yuǎn)大于（R）-阿雷地平。在阿雷地平的兩種手性拆分中，嚴(yán)拯宇課題組[14]用高效液相手性色譜法拆分阿雷地平對映異構(gòu)體時(shí)采用硅膠表面涂敷有纖維素-三（4-甲基苯甲酸酯）填料為固定相，以正己烷-乙醇（75∶25）為流動(dòng)相，對阿雷地平進(jìn)行手性拆分。

1.5 毛細(xì)管電泳法

由于離子的狀態(tài)為溶劑，因此擴(kuò)散層的離子在電場中發(fā)生遷移時(shí)，溶劑會(huì)被離子攜帶共同移動(dòng)，形成電滲流，當(dāng)從毛細(xì)管的正極端注入試樣時(shí)，粒子在電泳力和電滲力兩種力的作用下，出峰順序?yàn)檎x子、中性分子、負(fù)離子。毛細(xì)管電泳法分離手性物質(zhì)是通過不同的親和力分離出對映異構(gòu)體，正常實(shí)驗(yàn)情況緩沖液中只需添加手性物填充即可[15]。例如，昔萘酸沙美特羅是目前治療哮喘夜間發(fā)作和哮喘維持治療的理想藥物，在昔萘酸沙美特羅對映體拆分中，王利娟課題組[16]用手性非水毛細(xì)管電泳法測定沙美特羅替卡松粉吸入劑中昔萘酸沙美特羅對映體，以pH=0.93 的L（+）-酒石酸、硼酸的甲醇溶液為緩沖溶液，對昔萘酸沙美特羅對映體實(shí)現(xiàn)拆分。

1.6 膜分離法

通過將手性選擇劑固定在膜孔內(nèi)或接枝改性等化學(xué)方法，形成具有手性識別能力的“手性膜”，譬如CD膜、DNA膜、分子印跡聚合物膜等常見的手性固膜。利用手性選擇劑對對映體的識別能力，與不同的膜過程相耦合實(shí)現(xiàn)拆分。手性選擇劑與對映體作用的特異性結(jié)合點(diǎn)，以及結(jié)合位點(diǎn)數(shù)等都會(huì)影響消旋體的滲透速率與滲透量[17]，從而影響分離效果。例如，扁桃酸具有抑制表皮葡萄球菌、白色念珠菌等細(xì)胞活性，其單一構(gòu)型的藥效比外消旋的藥效提高近一倍，且副作用也減少。在扁桃酸的手性拆分中，徐曉林課題組[18]用醋酸纖維素手性固膜對消旋的扁桃酸進(jìn)行拆分，以扁桃酸作為原料，在CA濃度為30%，DMF濃度為15%，鑄膜液揮發(fā)5 min，操作壓力為0.2 MPa，樣品濃度為0.5 mg/mL 時(shí)，對扁桃酸對映體進(jìn)行拆分，其對映體的分離因子達(dá)到3.9。

2 總結(jié)和展望

單一構(gòu)型的手性化合物具有藥效更高、毒性更小的作用，因此在醫(yī)藥領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景和市場潛力，故此探尋更有效率的獲得單一手性化合物的創(chuàng)新思路成為越來越多的學(xué)者和藥企的重要研究方向。手性分離是分離領(lǐng)域中難以解決并且熱度很高的問題，傳統(tǒng)的拆分方法各有利弊。同時(shí)，一些新興方法，例如固膜拆分法等具有便于連續(xù)操作、耗能低、易于形成規(guī)模、裝置簡潔等優(yōu)點(diǎn)，正逐漸成為手性分離的重點(diǎn)研究方向。