脂肪酶在高血压手性药物合成中的应用

尹文娟 樊 榕 何超群 徐芳芳

(常州兰陵制药有限公司，江苏 常州 213018)

手性是人类赖以生存的自然界的本质属性之一，对映体的存在是自然界中的一种普遍现象。许多手性药物的药理和生理作用多与它们体内靶分子之间的手性匹配和分子识别有关。因此，手性药物的不同对映体常常显示出不同的药理作用[1]。

手性新药的开发，以往通常采取的方法是选择化学合成路线中某一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。由于酶法拆分副反应少，产物容易分离纯化，降低了环境污染；反应条件温和，降低了能源消耗以及所得产物光学纯度高等优点。因此酶法拆分在药物手性中间体的研究和开发中越来越受到人们的青睐[2]。拆分反应中所采用的酶大多是水解酶，其中绝大多数为脂肪酶(lipase)。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，已成为制备光学纯手性药物的重要技术手段[3]。本文对脂肪酶催化合成抗高血压、抗炎镇痛、抗抑郁及抗肿瘤等手性药物研究的最新进展进行了综述。

抗高血压药物通常分为肾上腺受体阻断药、肾素-血管紧张素转换酶抑制剂、钙拮抗剂等。

1 β肾上腺素受体拮抗剂

普萘洛尔、美托洛尔、阿普洛尔等都是临床上常用的阻断肾上腺素受体类降压药。结构式见图1。

图1 β-肾上腺素受体拮抗剂化学结构

此类药物只有(S)-对映体具有降压活性，(S)-普萘洛尔的降压作用是(R)-普萘洛尔的130多倍，(R)-对映体没有降压作用，却有一定的避孕功能。(S)-1-氨基-3-芳氧丙烷-2-醇是合成这三种药物的重要中间体，为了合成光学纯的(S)-1-氨基-3-芳氧丙烷-2-醇，很多研究者对此作了研究。Kamal等[5]人研究发现，以β-羟基乙腈为底物，以洋葱假单胞菌脂肪酶(Pseudomonas cepacia lipase，PCL)为催化剂，以乙酸乙烯酯为酰基供体，在二异丙醚中反应得到(S)-β-羟基乙腈，见图2。

图2 洋葱假单胞菌脂肪酶动力学拆分

(RS)-β-羟基乙腈

(S)-β-羟基乙腈进一步反应得到(S)-1-氨基-3-芳氧丙烷-2-醇，见图3。

图3 (S)-3-芳氧基-1-卤代丙烷-2-醇的合成

Maciejewski等人[6]在以醋酸乙烯酯为酰基供体，甲基叔二丁醚为溶剂的反应体系中，研究了两种固定化酶Lipozyme® TL和Novozym® 435催化拆分(RS)-3-芳氧基-1-卤代丙烷-2-醇，反应的ee高达89%到99%，E高达99，反应得到(S)-3-芳氧基-1-卤代丙烷-2-醇进一步反应得到(S)-1-氨基-3-芳氧丙烷-2-醇。

2 肾素-血管紧张素转换酶抑制剂

卡托普利(captopril)和蒙诺(monopril)是临床上常见的抑制血管紧张素转换酶类的抗高血压药，结构式见图4。

图4 肾素-血管紧张素转换酶抑制剂化学结构

卡托普利关键的手性中间体是(S)-3-乙酰巯基-2-甲基-丙酸，作为肾素-血管紧张素转换酶(ACE)抑制剂，卡托普利的活性在很大程度上取决于其巯基链烷酰基结构片断的构型，S构型的化合物较之R构型的异构体的活性要强100倍[6]。脂肪酶PS-30能够在甲苯中催化外消旋体中非期望的对映体硫酯键的水解，而得到所期望的(S)-3-乙酰巯基-2-甲基-丙酸，(R)-3-巯基-2-甲基丙酸和乙酸，反应收率在24%以上(理论上最高为50%)，对映体过量值大于95%[7，8]，见图5

图5 立体选择性水解(RS)-3-乙酰巯基-2-甲基-丙酸

(S)-2-环己基(苯基)-1，3-丙二醇单乙酯是合成新的ACE抑制剂抗高血压药蒙诺(monopril)的关键手性中间体。研究发现，利用猪胰脂肪酶(Procine pancreatic lipase，PPL)和粘滑色杆菌脂肪酶(chromobacterium viscosum lipase，CVL)，可以将2-环己基(苯基)-1，3-丙二醇二乙酯不对称水解成相应的(S)-2-环己基(苯基)-1，3-丙二醇单乙酯，用PPL所得(S)-2-环己基(苯基)-1，3-丙二醇单乙酯的反应收率在65%以上，对映体过量值达99%。利用C.viscosum脂肪酶在相近条件下可得反应收率为90%、对映体过量值达99.8%的(S)-2-环己基(苯基)-1，3-丙二醇单乙酯[9]，见图6。

图6 立体选择性水解(RS)-2-环己基(苯基)-1，3-丙二醇二乙酯

3 钙离子通道阻滞剂

(R)-SQ 32926是口服有效的抗高血压化合物，结构与临床广泛使用的1，4-二氢吡啶类钙离子拮抗剂相似，属于二氢嘧啶酮类化合物，该类化合物有一个内在手性中心，该手性中心对其药效有着显著影响，对映体往往表现出不同的甚至相反的生物学活性[10]。(R)-SQ 32926的抗高血压活性是(S)-对映体的400倍[11]。Barbara Schnelld等[12～13]人在二氢嘧啶酮环N-3位上引入酰基甲氧基，来增大脂肪酶对底物的选择性。结果发现：在嗜热丝孢菌脂肪酶催化下，在二异丙醚磷酸酯-葡聚糖溶剂中，拆分效果较好，得到(S)-对映体和(R)-对映体(98% ee)，见图7。

图7 嗜热丝孢菌脂肪酶催化合成(R)-SQ 32926

4 结论与展望

作为应用最为广泛的生物催化剂之一的脂肪酶，近年来在药物及药物中间体合成领域的研究热度仍持续升高。但是，在实际应用中仍存在许多问题需要解决，如脂肪酶的种类不够丰富、酶活性不稳定、回收困难、成本昂贵、固有的最大动力学拆分效率只能达到50%等，这些因素在一定程度上限制了脂肪酶的应用范围，因而成为研究人员重点关注的问题。随着现代生物技术的不断进步，将会有更多稳定、廉价的脂肪酶用于手性药物的制备。脂肪酶催化制备手性药物反应条件温和、选择性强，能催化很多化学方法不能完成的反应，在手性药物制备中具有很好的发展前景。

[1]Nagori B P，Deora M S，Saraswat P.Chiral drug analysis and their application[J].Int J Pharm Sci Rev Res，2011，6(2)，106-113.

[2]Tao J H，Xu J H.Biocatalysis in development of green pharmaceutical processes[J].Curr Opin Chem Bio，2009，13(1)：43-50.

[3]Ghanem A.Trends in lipase-catalyzed asymmetric access to enantiomerically pure/enriched compounds[J].Tetrahedron，2007，63(8)：1721-1754.

[4]Kamal A，Khanna G B R，Krishnaji T，et al.New chemoenzymatic pathway for β-adrenergic blocking agents[J].Tetrahedron：Asymmetry，2005，16(8)：1485-1494.

[5]Maciejewski M，Potorak K，Kaminska J.Lipase resolution of new(±)-3-aryloxy-1-halogen opropan-2-ols：Versatile building blocks for β-adrenergic receptor antagonists[J].J Mol Catal B：Enzym，2010，62(3-4)：248-256.

[6]Patel R N.Biocatalysis：synthesis of chiral intermediates for pharmaceuticals[J].Curr Org Chem，2006，10(15)：1289-1321.

[7]Elmi F，Lee H T，Huang J Y，et al.Stereoselective esterase from pseudomonas putida IFO 12996 reveals α/β hydrolase folds for D-acetylthioisobutyric acid synthesis[J].J Bact，2005，187(24)：8470-8476.

[8]Honda K，Kataoka M，Shimizu K S.Enzymatic preparation of D-acetylthioisobutyric acid and cetraxate hydrochloride using a stereo-and/or regioselective hydrolase，3，4-dihydroco-umarin hydrolase from Acinetobacter calcoaceticus[J].Appl Microbiol Biotechnol，2002，6(3)：288-292.

[9]熊小龙，杜鹏飞，金鹏，等.脂肪酶催化药物合成的研究进展[J].化学与生物工程，2010，27(8)：1-8.

[10]Kappe C O，Biologically active dihydropyrimidones of the Biginelli-type-a literature survey[J].Eur J Med Chem.2000，35，1043-1052.

[11]Atwal K S，Swanson B N，Unger S E，Floyd D M，Moreland S，Hedberg A，O’Reilly B C.Dihydropyrimidine calcium channel blockers.3.3-Carbamoyl-4-aryl-1，2，3，4-tetrahydro-6-methyl-5-pyrimidinecarboxylic acid esters as orally effective antihypertensive agents[J].J Med Chem.1991，34，806-811.

[12]Schnell B，Strauss U T，Verdino P，Faber K，Kappe C O.Synthesis of enantomerically pure 4-aryl-3，4-dihydropyrimidin-2(1H)-ones via enzymatic resolution：meipreparation of the antihypertecsive agent(R)-SQ 32926[J].Tetrahedron：Asymmetry 2000，11，1449-1453.

[13]Schnell B，Krenn W，Faber K and Kappe C O.Synthesis and reactions of Biginelli-compounds.Part 23.1 Chemoenzymatic syntheses of enantiomerically pure 4-aryl-3，4-dihydropyrimidin-2(1H)-ones[J].J Chem Soc，Perkin Trans 1，2000，4382-4389.