外消旋体(racemic mixture) 等量的一对对陕体的漫合物的混合物，用出心 第一节前言 (d表示。亦称视旋体， General introduction 外消旋体的拆分(es olution of racemic mixture ) 用某 外清旋体分离成独立的左捷体和 拆分：resolve,resolution 光学桃度百分 rity.%O.P) 目前，手性物质的生产除了直接进行不 对称 物发得外 ,主要是首先通过化学 过各种拆分方法得到所需要的具子 “21世纪将是手性药物发展的世纪。” 0…调胃ma [风冈和S分别为主要对映体产物的和次要对映体产物的量 主要拆分方法 第二节主要拆分方法介绍 Main methods of chiral resolution 机械拆分法 生物拆分法 拆分法 不对称转换
7 第一节 前 言 General introduction 8 外消旋体（racemic mixture）： 等量的一对对映体的混合物的混合物，用(±) or (dl)表示。亦称混旋体。 外消旋体的拆分（resolution of racemic mixture ）: 用某种方法将外消旋体分离成独立的左旋体和 右旋体的过程称外消旋体的拆分。 拆 分：resolve, resolution 9 光学纯度百分数 （percent optical purity, %O.P）： %O.P = + 100% a [ ] [ ] 观察 纯品 a 对映体过量的百分数 （percent enantiomeric excess，%e.e）： [R]和[S]分别为主要对映体产物的量和次要对映体产物的量 %e.e = [R] - [S] [R] + [S] + 100% = %R - %S 10 目前，手性物质的生产除了直接进行不对称合 成或生物发酵获得外，主要是首先通过化学合成外 消旋体，然后通过各种拆分方法得到所需要的具有 光学活性的物质。 “21世纪将是手性药物发展的世纪。” 11 第二节 主要拆分方法介绍 Main methods of chiral resolution 12 主要拆分方法 机 械 拆 分 法 化 学 拆 分 法 色 谱 拆 分 法 生 物 拆 分 法 诱 导 结 晶 法 萃 取 拆 分 法 不 对 称 转 换
一、机械折分法 二、播种结晶法（诱导结品法） 1848年，法国化学家LPastou, 在显微俄下用领子将右旋和左旋酒 石酸拆分。 晶析出，以此达到分离目的。 这个过程实际指的是诱导结晶不对称转化。 Pastour开拓了对映体拆分研究的新领城 例：D对羟基業甘氨酸的生产 入D化对美皮和溶液加 果谷发的秀个食本老新 对羟基苯甘氨酸。 由于DL-对羟基苯甘氨酸在水溶液中的溶解度 此法也应用于D苯甘氨酸的生产， 结晶法是最早被使用的拆分方法，也是目前 结晶拆分法被认为是一种比较经济的方法。但 工业上应用比较广泛的拆分方法，它包括： 1:直接结晶折分， 机城 造够的是具有这种结构的物质不超过所有外消旋体 2,利用手楼 、碱试剂成盐形成非对映立 的20%。而对于其余大多数的外消旋体混合物来 体异构体后的间接 说，则不能用该法进行拆分。 在此介绍的结晶 此外，由于该方法的操作条件不容易控制，在
13 一、机械拆分法 L. Pasteur （France） 1848年，法国化学家L. Pasteur 在显微镜下用镊子将右旋和左旋酒 石酸拆分。 Pasteur开拓了对映体拆分研究的新领域。 14 二、播种结晶法（诱导结晶法） 在外消旋混合物的饱和溶液中，加入一种对 映体作为晶种，诱使其中一个对映异构体先行结 晶析出，以此达到分离目的。 这个过程实际指的是诱导结晶不对称转化。 优先结晶过程中，同时伴随着溶液逐渐具有 旋光性质。 15 例：D-对羟基苯甘氨酸的生产。 将D/L-对羟基苯甘氨酸制成饱和溶液，然后加 入晶种（D型），并加入一定量酒精，使其形成过 饱和溶液，逐渐降温结晶，即可结晶出较纯的 D- 对羟基苯甘氨酸。 由于D/L-对羟基苯甘氨酸在水溶液中的溶解度 很小，不易制备饱和溶液，故需要制成其相应的盐 类或氨基衍生物，再进行诱导结晶。 此法也应用于D-苯甘氨酸的生产。 16 例：利用播种结晶法对谷氨酸的两个对映体进行 拆分已在工业上应用。 HOOCCH2CH2CHCOOH NH2 * glutamic acid 例： dl-氯霉素 d-氯霉素 1. 加热 2. 冷却 结 晶（d-氯霉素） 滤 液 加入 dl-氯霉素 d-氯霉素 1. 加热 2. 冷却 结 晶（d-氯霉素） 滤 液 17 结晶法是最早被使用的拆分方法，也是目前 工业上应用比较广泛的拆分方法，它包括： 1：直接结晶拆分。 2：利用手性酸、碱试剂成盐形成非对映立 体异构体后的间接拆分。 ☞ 后者一般看作是化学拆分，在此介绍的结晶 法主要指的是直接拆分-优先结晶法。 18 结晶拆分法被认为是一种比较经济的方法。但 是该方法单程收率比较低，只适用于拆分那些由两 种对映体晶体的机械混合组成的聚集体混合物，但 遗憾的是具有这种结构的物质不超过所有外消旋体 的 20%。而对于其余大多数的外消旋体混合物来 说，则不能用该法进行拆分。 此外，由于该方法的操作条件不容易控制，在 拆分过程中，往往因对映体浓度的增加而导致夹带 析出现象，因而不能很好地保证光学纯度
三、化学拆分法（非对陕体盐拆分法） 化学拆分法其实是外消旋体与光学纯的酸或碱 利用一对对费体与一个非对称试剂的反应速 (拆分试剂)形成非对映体盐的反应。 度及生成产物的性质不同而进行的分高方法。 拆分示意反应式] )Acid+()-Ba 即：首先把外消旋的一对对映体用一个纯的 手性试剂（拆分剂，resolving agent)转变为性质 不同的一对非对陕体，再利用常规的分高方法分 卉费州路体恭开特率对陕体分别处豆，后 的对映体 拆分示意反应式 拆分示意反皮式 4, by Carey:Organic Chemistry. 拆分剂((resolving ag nte) 对拆分试剂的要求 1.拆分试剂与外消旋体之间易反应合成，同时又 易被分解。 拆分剂一般为纯的、天然的、光学活性物质。 2.两个非对映立体异构体产物在蒋解度上有较大 的整别。 光学活性酸类：查宁、麻黄碱、马钱子碱、辛可 3.拆分剂应当尽可能地达到光纯度。 宁破。等。 、脑碳酸、谷 .拆分剂尽可能价廉、易制备或易定量回收。 等
19 三、化学拆分法（非对映体盐拆分法） 利用一对对映体与一个非对称试剂的反应速 度及生成产物的性质不同而进行的分离方法。 即：首先把外消旋的一对对映体用一个纯的 手性试剂（拆分剂，resolving agent）转变为性质 不同的一对非对映体，再利用常规的分离方法分 离非对映体，然后再将非对映体分别处理，最后 分别得到纯的对映体。 20 拆分示意反应式 化学拆分法其实是外消旋体与光学纯的酸或碱 （拆分试剂）形成非对映体盐的反应。 (+)-Base + ( )-Acid (+)-Acid-( )-Base' Salt ( )-Acid-( )-Base' Salt H+ H+ (+)-Acid ( )-Acid + ( )-Base + ( )-Base + + + + + (+)-Acid + ( )-Base (+)-Acid-( )-Base' Salt ( )-Acid-( )-Base' Salt H+ H+ (+)-Acid ( )-Acid + ( )-Base + ( )-Base by Carey：Organic Chemistry21 拆分示意反应式 22 拆 分 示 意 反 应 式 23 一对外消旋对映异构体与一种纯的单一光学 体形成性质不同的一对非对映体，单一光学体称为 此外消旋对映异构体的拆分剂。 拆分剂一般为纯的、天然的、光学活性物质。 拆分剂（resolving agents）： 光学活性酸类：奎宁、麻黄碱、马钱子碱、辛可 宁碱，等。 光学活性碱类：酒石酸、苹果酸、樟脑磺酸、谷 氨酸，等。 例： 24 1. 拆分试剂与外消旋体之间易反应合成，同时又 易被分解。 2. 两个非对映立体异构体产物在溶解度上有较大 的差别。 3. 拆分剂应当尽可能地达到旋光纯度。 4. 拆分剂尽可能价廉、易制备或易定量回收。 对拆分试剂的要求
例：麻黄碱与伪麻黄碱的拆分。 例：拆分2-phenyl3--methylbutyric acid。 4 对 如果要拆分的外消旋体不是嫩也不是酸，可先 例：若拆分醛刚类外清旋体，可用纯手性的肼的衍 其转化成碱或酸后，再按酸、碱拆分的方法进行。 生物微拆分剂。 肼生物。 例：若拆分醇，可使之先与苯断反应转化成酸，再 用碱性拆分荆拆分。 名空-目 心-5 女- 自从L.Pasteur发现有机酸碱形成的非对陕体 四、生物拆分法 盐经逐级结晶而拆分手性化合物的方法！ 利用酶、细菌、睡母或微生物在外消旋体溶液 方洪 中生长时，对一对对映体中的一种破坏速度快、对 另一个被坏速度慢，从而完成分离。 经典的化学拆分法的局限性在于只适用于有机 或徽生物转化的高度立体、位点和区域选择性，将 酸或有机碱。长期以来，化学拆分法一直存在着拆 并且在拆分化合物的类型 化营种光转、雪度意手收击
25 例：麻黄碱与伪麻黄碱的拆分。 水提液 草酸 草酸麻黄碱 （麻黄碱 伪麻黄碱） 草酸伪麻黄碱 （溶液） Ph C C HO CH3 H NHCH3 H 麻黄碱(ephedrine) HO C C Ph CH3 H NHCH3 H 伪麻黄碱 (pseudoephedrine) 26 例：拆分 2-phenyl-3-methylbutyric acid。 CH(CH3)2 COOH Ph H (CH3)2CH COOH Ph H NH2 Ph CH3 H (R)-(+)-amine (R)-(-)-acid (S)-(+)-acid R,R-salt S,R-salt H+ H+ (R)-(-)-acid (S)-(+)-acid 27 如果要拆分的外消旋体不是碱也不是酸，可先 其转化成碱或酸后，再按酸、碱拆分的方法进行。 例：若拆分醇，可使之先与苯酐反应转化成酸，再 用碱性拆分剂拆分。 n-C6H13CHCH3 OH * + O O O COOH O C O CH CH3 n-C6H13 * （+） （+） （ ） （+） 28 * NHNH2 * * * NHCONHNH2 * * H OH CONH2 HO H CONHNH2 * * 薄荷肼 孟艹基氨基脲 酒石酰胺酰肼 例：若拆分醛硐类外消旋体，可用纯手性的肼的衍 生物做拆分剂。 肼衍生物： * + （+） （+） （ ） NHNH2 * * R C R` O * R C R` * * NHN * * 29 自从 L. Pasteur 发现有机酸碱形成的非对映体 盐经逐级结晶而拆分手性化合物的方法以来，化学 拆分法（非对映体盐拆分法）一直是获得手性化合 物最重要和最普遍的方法之一。 在此拆分法中，化学拆分剂的筛选、回收以及 新型手性拆分剂的设计和合成是最重要且关键的。 经典的化学拆分法的局限性在于只适用于有机 酸或有机碱。长期以来，化学拆分法一直存在着拆 分剂筛选上的盲目性，并且在拆分化合物的类型上 也存在着一定的局限性。 30 四、生物拆分法 利用酶、细菌、酵母或微生物在外消旋体溶液 中生长时，对一对对映体中的一种破坏速度快、对 另一个破坏速度慢，从而完成分离。 酶法拆分（enzymatic resolution）是一种比较 成熟的生物合成单一对映体的方法。利用酶促反应 或微生物转化的高度立体、位点和区域选择性，将 化学合成的外消旋衍生物、前体或潜手性化合物转 化成单一光学异构体
例： 例 品 “所得产物极性不可，很春易通过普通柱色请分离。 目前，应用韩法拆分反应最多的是水解和醒 由于蓝法月有拆分效率高和立体洗择性高、反 交换反应。 应条件温和、专一性强、操作简单和有利于环保等 优点，而其在工业生产中具有很好的应用前景。但 酶由其活性中心构成了一个不对称环境，有 利于自接体的识别。 同时由于酶在酸碱性较强的条件下，稳定性较差、 酶法拆分是利用酶对特定光学异构体的转移 性催化反应（多数为水解反应），使之生成完全 近年来，随着酶技术的发展，利用酶的高度立 体选年性进行外消旋体的拆分，已成为制备手性药 物的重要途径之一。 五、色谱拆分法 利用旋光性化合物（色谱柱中手性置定相）对 色谱法拆分纯度最高，但成本也较高，主要是 一对陕异构体的吸附速度不同进行分离。 用于分析与小规慎制备。 C和 定，但均受到手性固定相的限制，并且GC有消旋 L一异亮氨酸叔丁联胺为手性固定相，对6种DL氨 化的作用，只能分高挥发性物质：而HPLC将大 基酸的18种行生物进行了拆分。实验结果表明： 对外消旋氯基酸析生物具有较好的拆分能力
31 例： D-amino acid yeast L-amino acid yeast decomposition 例： + （+） CH * 3CHCOOH NH2 acetylation CH * 3CHCOOH NHCOCH3 乙酰水解酶 H2N H COOH CH3 H NHCOCH3 COOH CH3 L-(+)-丙氨酸 * * 32 O OH lipase O OH vinyl lauraute O OC(CH2)10CH3 O + 例： dl S R 1-(α-furfuryl-)ethanol *所得产物极性不同，很容易通过普通柱色谱分离。 vinyl乙烯基 33 目前，应用酶法拆分反应最多的是水解和酯 交换反应。 酶由其活性中心构成了一个不对称环境，有 利于自旋体的识别。 酶法拆分是利用酶对特定光学异构体的转移 性催化反应（多数为水解反应），使之生成完全 不同的化合物，再与其对映体分离，通常用酯 酶、脂肪酶、蛋白酶等进行水解，近年来逐渐受 到重视。 34 由于酶法具有拆分效率高和立体选择性高、反 应条件温和、专一性强、操作简单和有利于环保等 优点，而其在工业生产中具有很好的应用前景。但 同时由于酶在酸碱性较强的条件下，稳定性较差、 重复利用性差、与底物和反应物分离困难等缺点， 也阻碍了酶法在实际生产中的应用。 近年来，随着酶技术的发展，利用酶的高度立 体选择性进行外消旋体的拆分，已成为制备手性药 物的重要途径之一。 35 五、色谱拆分法 利用旋光性化合物（色谱柱中手性固定相）对 一对映异构体的吸附速度不同进行分离。 例：沈含熙等利用高效液相色谱氨基酸酰胺手性 固定相拆分对映异构体，取得了较好的效果，以 L-异亮氨酸叔丁酰胺为手性固定相，对6种DL-氨 基酸的18 种衍生物进行了拆分。实验结果表明： 对外消旋氨基酸衍生物具有较好的拆分能力。 36 色谱法拆分纯度最高，但成本也较高，主要是 用于分析与小规模制备。 由于色谱法适用性强，应用范围广，HPLC 和 GC 已成功地用于很多对映体的拆分制备及纯度测 定，但均受到手性固定相的限制，并且 GC 有消旋 化的作用，只能分离挥发性物质；而 HPLC 将大 量手性试剂加入流动相中或使用昂贵的特殊固定 相，耗费较大，成本也太高
六、萃取拆分法 苯取拆分法除具有传绕液液滋取技术的特点 (透用性强、效率高、成本低、可连续化操作) 外，还可以实现萃取拆分过程与外消旋化反应一 体，外消化产生的所 依据文献 地转化成所的 日 前有3种萃取 对映体入取相，对其余相对富集的无应用价值 的对映体进行外 消旋化反应，从而克服了单纯外消 冥：之限黄意、乙限秀条对原天程销家取分 与 取剂的选择也是拆分过程中的关德。 七、不对称转换拆分法 例：对用于半合成羟氨卡青爆赛等B内酰肢类 该法是将饱和体系中光半异构体的分步结晶 抗生素的中间体DL-对羟基苯甘氨酸的拆分，既 和其对映异构体（成非对映异体）的同时外酒 可以与非手性试剂邻甲苯磺酸(-T)成盐，也 旋化（成差向异枸化）相结合，使结品拆分和消 进行 淀化“一锅检“进行，把外清旋福合物转化成一种 光学异构体。 选今为止最成功的应用实例，单程收率可以达到 41%,旋光纯度可保证99.99%。 不对称转换拆分法省去了诱导结晶等经典拆分 八、其他不对称拆分法 中的消旋化步骠，同时也遵免了另一种对映体的 除以上所提到的几种主要的拆分方法之外 的损失，基本上保证了所需物质的光学纯度。在 还有一些新近发展的拆分技术，如：高效毛细管 外消旋 下对称转换拆分过理 电泳法(CE)，,以环懒精及其衍生物为手性选择 行不 不对称转 也可 剂C正因其具有高效、快速、低耗、应用范广、 方法 及用 上韩离方法 毛细管束电助色请分离法
37 六、萃取拆分法 利用萃取剂与拆分物中两对映体的亲和作用力 的差异或化学作用的差异，来进行拆分的一种新型 方法。 依据文献，一般认为目前有 3 种萃取拆分分离 体系，即：亲和萃取拆分体系、配位萃取拆分体 系、形成非对映立体异构体萃取拆分体系。 例：乙酸薄荷酯、乙酸芳樟酯对麻黄碱的萃取分 离。 38 萃取拆分法除具有传统 液 -液萃取技术的特点 （适用性强、 效率高、 成本低、 可连续化操作） 外，还可以实现萃取拆分过程与外消旋化反应一体 化，在拆分过程中使没有应用价值的对映体能连续 地转化成所需要的对映体，使外消旋化产生的所需 对映体萃入萃取相，对其余相对富集的无应用价值 的对映体进行外消旋化反应，从而克服了单纯外消 旋过程的严重缺陷。 与传统的萃取过程相比，其最大的区别在于拆 分过程中所选择的萃取剂是具有手性的。因而，萃 取剂的选择也是拆分过程中的关键。 39 七、不对称转换拆分法 该法是将饱和体系中光学异构体的分步结晶 和其对映异构体（或非对映异构体）的同时外消 旋化（或差向异构化）相结合，使结晶拆分和消 旋化“一锅烩”进行，把外消旋混合物转化成一种 光学异构体。 40 例： 对用于半合成羟氨苄青霉素等β-内酰胺类 抗生素的中间体 DL-对羟基苯甘氨酸的拆分，既 可以与非手性试剂邻甲苯磺酸（o-TS）成盐，也 可以与手性试剂D-3-溴樟脑磺酸成盐进行不对称 转换。用D-3-溴樟脑磺酸成盐进行不对称转换是 迄今为止最成功的应用实例，单程收率可以达到 41%，旋光纯度可保证99.99%。 41 不对称转换拆分法省去了诱导结晶等经典拆分 中的消旋化步骤，同时也避免了另一种对映体的 的损失，基本上保证了所需物质的光学纯度。在 外消旋体的不对称转换拆分过程中，既可以用非 手性试剂进行不对称转换，也可以用手性试剂进 行不对称转换。 但是手性试剂一般价格比较昂贵，这也在一 定程度上阻碍了该方法的实际应用。 42 八、其他不对称拆分法 除以上所提到的几种主要的拆分方法之外， 还有一些新近发展的拆分技术， 如：高效毛细管 电泳法（CE），以环糊精及其衍生物为手性选择 剂 CE因其具有高效、快速、低耗、应用范围广、 方法灵活等优点，而得到迅速发展，并在此基础 上，将毛细管电泳法与色谱相结合而发展成为另 一种分离方法一毛细管胶束电动色谱分离法
正用对象更为广泛，拆分的化合物不只局 系的选，拆分过程的 用（如 《心：对进养分，时海到种构型光 尊对手性化合物的 随手性化合物在医、化学、表、品 本率目录 化合物的 ▣第一节前言 第二节主要拆分方法介绍 手性异构体的拆分技术是目前有机化学尤其 是手性药物研究中最热门且最因难的问题之一。 版权所有谢绝转录
43 20世纪80年代，日本化学家Toda将主-客化学引入化学拆 分，发明了所谓“包结拆分法”(resolution inclusion method)。 包结拆分法的应用对象更为广泛，拆分的化合物不只局 限于有机酸和有机碱。 其原理为：手性主体化合物通过氢键或分子间的次级作 用（如：p-p 作用） 与客体分子中的一个对映异构体形成稳 定的包结络合物（inclusion complex）析出。 包结络合物的形 成在主-客分子之间存在强的分子识别和选择作用， 从而实现 对映体的分离。 中国科学院成都有机化学研究所应用一种构型的联二萘 酚（BINOL），对抗溃疡药奥美拉唑（omeprazole）和兰索拉 唑（lansoprazole）进行了拆分，同时得到两种构型光学纯的 异构体。 44 不论哪一种拆分方法，都有本身的优点和不足之处。其 中的许多问题，如：拆分剂和拆分体系的选择，拆分过程的 动力学及热力学研究等，都还需要去进一步研究探索。 综合看来，由于酶及作为酶源的微生物、动植物细胞是 天然的手性催化剂，相对具有价格低廉、拆分效率高和立体 选择性高、反应条件温和、无公害等特点，使该法具有其他 方法无可比拟的优点；并且随着酶的固化、有机相酶催化以 及分子生物学技术和化学修饰技术的发展，更是拓宽了酶法 的应用范围。可以预见，酶催化反应和化学合成的结合，将 是手性化合物合成和拆分的新途径，相信随着生物技术的迅 速发展以及近年酶法的不断发展，此法将对手性化合物的研 究起到积极的推动作用。 总 结 45 随着手性化合物在医药、化学、农药、食品 等领域中所起的作用日益显著， 手性化合物的研 究成为热点，拆分技术也显得更为重要。 手性异构体的拆分技术是目前有机化学尤其 是手性药物研究中最热门且最困难的问题之一。 本章完 46 本 章 目 录 n 第一节 前 言 n 第二节 主要拆分方法介绍 47 版权所有 谢绝转录