美研| CMC係列(四)：淺談手性藥物的研究策略

2023-05-24

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21世紀將是手性藥物發展的世紀——林國強院士

手性，顧名思義像左右手的性質一樣，看似相同卻無法鏡像重合，如圖1所示。手性無處不在，可能是為了方便高效，也可能是化學反應的自然演化，同一類物質往往采用一種手性，如生命的燃料——糖，采用D構型；生命活動的承擔者——蛋白質，傾向於右旋；生命遺傳信息的載體——DNA，也同樣選擇了右旋。我們常說，結構決定功能，我們是否深思，這奧妙的生命是否也是因不對稱而高效有序運轉。

圖1-手性混合物三相圖.jpg

圖1 手性混合物三相圖

生命中各種通路的機理闡述與藥物設計中常常提及鑰鎖學說，一把鑰匙開一把鎖，試問一把左手的掌紋鎖有多大幾率能用右手開啟。因此，相當部分外消旋體藥物中有一半是無效成分，甚至引發意想不到的副作用。起初人類對於手性並未給予過多關注，分子式相同，結構式好像也相同，這能有什麽差別。可現實確甩了人類一記耳光，利沙度胺也就是反應停事件的代價是慘痛的，尤其是那些事件中的個體，曆史的一粒沙，就是一座山。

既然手性如此重要，特別是在關乎生命健康的醫藥行業，我們該如何把這兩兄弟單獨拎出來呢？要區分，先找不同吧，好家夥，這兩兄弟可比一般的孿生兄弟還像，什麽熔點、沸點、溶解度等通通一樣，分離有效手段-1、-2、…-2333。好歹捕捉到旋光的差異，可惜無法實施分離操作。

隻要功夫深，鐵杵磨成針，這不，別看手性化合物的溶解度相同，但還是有少部分能通過結晶的方式分離，這也引出了手性化合物的分類，這是後話了。

原來結晶並不僅僅是依賴於溶解度(當然，你要是給它無限時間就當我沒說啦)，由於均相體係成核困難，體係可以維持一段時間的過飽和度，因此為優先結晶法(添加某一構型的晶種以優先析晶)進行分離而爭取到操作空間。這種方法僅適用於外消旋混合物，即由於同構型(如：R-R)分子間相互作用大於異構型(如：R-S)分子，同構型分子自組裝形成晶體，此類約占外消旋體的5-10%。

還有一種是固溶體，同異構型間相互作用與同構型間相近，因占比低(＜5%)本篇文章先不擴展。我們重點關注外消旋化合物，由於同構型分子間相互作用小於異構型分子，同異構型一一對應，填充晶格，構成晶體。這種通過簡單的析晶操作無法實現分離，因為會一同析出。因此我們需要給他們製造不同點，就像雙胞胎，我們可以給他們穿不同的衣服以區分。同樣，我們可以讓他們與手性配體成鹽，形成非對映異構體，這樣他們的性質差異就大了，比如，溶解度就可能存在比較大的差異，方便我們分離。這是一種化學拆分方式，成本低，但僅適用於有成鹽位點的化合物，同時手性配體、溶劑的篩選需要技巧與運氣。當然，也有通過共晶拆分的方法，可以克服成鹽位點的限製，但難度更高。

超臨界流體拆分(SFC)與普通液相類似，固定相由C18等換成了手性物質，也是利用流動相中的待拆分物與固定相的相互作用實現分離，這點又和化學拆分有類似之處。缺點是價格和通量，小規模和早期階段是不錯的選擇，期待通量的進一步提高，將大有可為。

回歸到生命，既然生命體傾向於利用某一種構型，同樣，也可以利用這種特性，消化一種而保存另一種。因此利用酶或者細胞進行拆分也是一條道路。

從源頭抓起也是一個不錯的思路，通過不對稱合成或不對稱催化，直接合成自己想要的構型，是比較前沿的方向，但獲得的產品一般仍需要通過結晶、化學拆分等方式進一步提高純度。這裏簡單介紹通過結晶純化的熱力學原理。我們通過不對稱合成或不對稱催化獲得的產品是部分富集的，即ee值(對映體過量)>0。

若該手性物質為混合物，R、S構型在溶劑中溶解度相同，添加溶劑完全溶解含量低的構型(當然，此時含量高的構型也溶解一部分)，固相即獲得單一構型。通過上清液獲得構型的溶解度，繪製三相圖(R、S、溶劑的三元相圖，下同)，如圖2所示，可獲得理論最佳的溶劑量及收率。若該手性物質為化合物，同樣需要上清液獲得各構型的溶解度，繪製三相圖，獲得理論最佳的溶劑量及收率，如圖3所示，但需要分兩種情況，1)當起始樣品ee值小於共晶ee值，可使液相ee值提高到共晶ee值；2)當起始樣品ee值大於共晶ee值，可使固相ee值提高到100%。

圖2-手性混合物三相圖.jpg