化學(xué)制藥中生物催化技術(shù)的應(yīng)用研究

尚珂

摘 要：生物催化技術(shù)主要是將酶或者生物細(xì)胞、細(xì)胞器、內(nèi)部組織等有機(jī)體作為反應(yīng)催化劑進(jìn)行的化學(xué)轉(zhuǎn)化過程，由于該技術(shù)具有底物選擇獨(dú)特性、催化反應(yīng)效率高、作用條件溫和等特點(diǎn)，而被普遍應(yīng)用于化學(xué)制藥領(lǐng)域。尤其在最近幾年，隨著生物催化技術(shù)的日漸純熟，藥品種類也呈現(xiàn)出多樣化發(fā)展態(tài)勢，進(jìn)而在緩解患者病痛，防治各種基礎(chǔ)性疾病等方面做出了卓越貢獻(xiàn)。因此，本文將緊緊圍繞生物催化技術(shù)在化學(xué)制藥中的應(yīng)用優(yōu)勢以及具體應(yīng)用成果展開論述。

關(guān)鍵詞：生物催化技術(shù);化學(xué)制藥;優(yōu)勢;應(yīng)用成果

傳統(tǒng)的化學(xué)制藥工藝主要以分離、提純、結(jié)晶、發(fā)酵為主，這種制藥方法生產(chǎn)效率低、藥品種類少，并且制藥流程較為復(fù)雜。而生物催化技術(shù)在化學(xué)制藥領(lǐng)域的應(yīng)用，不僅提高了制藥生產(chǎn)效率，同時，也優(yōu)化了制藥流程，改善了生產(chǎn)環(huán)境，尤其在一些新藥、特藥研發(fā)與制備過程中，生物催化技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用價值得到切實(shí)體現(xiàn)。

1 生物催化技術(shù)在化學(xué)制藥中的應(yīng)用優(yōu)勢

1.1 催化效率高，反應(yīng)速度快

與無機(jī)催化劑相比，酶這種新型催化劑的催化速率是無機(jī)催化劑的一百萬倍以上，由此可以看出，在生物化學(xué)反應(yīng)過程中，酶始終處于一種活化狀態(tài)，正是這種活躍的化學(xué)反應(yīng)狀態(tài)才加快了催化速度，進(jìn)而使酶的反應(yīng)活化能大幅降低，在這種情況下，化學(xué)制藥過程的催化效率與化學(xué)反應(yīng)速度均有不同程度的提升。因此，應(yīng)用生物催化技術(shù)能夠大幅提高制藥生產(chǎn)效率，進(jìn)而給制藥企業(yè)創(chuàng)造了更多的經(jīng)濟(jì)效益。

1.2 底物選擇獨(dú)特性

由于制藥化學(xué)反應(yīng)過程中所使用的有機(jī)活化酶，是具有專一特性的一種催化劑，一種酶只能催化一種特定的底物，并與其發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，但是，相反的，一種底物有可能同時被多種有機(jī)酶催化。而生物催化技術(shù)所使用的有機(jī)酶具有底物選擇獨(dú)特性與高效性的特點(diǎn)，基于這一顯著特點(diǎn)，在催化反應(yīng)中，酶的可選擇空間增大，其化學(xué)反應(yīng)的生成物恰恰與酶的專一性特點(diǎn)相匹配，尤其在手性活性藥物的制備過程中，該技術(shù)的獨(dú)特性特征也突顯出來[1]。

1.3 作用條件溫和

過去，在化學(xué)制藥生產(chǎn)過程中，如果采用傳統(tǒng)的制藥工藝，往往需要經(jīng)過高溫加熱或者低溫結(jié)晶等物化結(jié)合的過程，這不僅耗費(fèi)了大量的資源能源，而且制藥生產(chǎn)效率也大打折扣。與傳統(tǒng)制藥工藝相比，生物催化技術(shù)規(guī)避了這些缺陷，有機(jī)酶這種催化劑可以在任何溫度條件下完成催化流程，比如室溫環(huán)境、中性環(huán)境或者是水環(huán)境，有機(jī)酶的催化作用都能夠得以發(fā)揮。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)驗(yàn)證，在室溫條件下，有機(jī)酶的活性最高，因此，這種溫度條件下發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)速度也最快，藥品生產(chǎn)效率也顯著提升。

2.生物催化技術(shù)在化學(xué)制藥領(lǐng)域的應(yīng)用成果

2.1 在制備阿伐他汀中的具體應(yīng)用

阿伐他汀呈白色針狀結(jié)晶體或者粉末狀，在臨床醫(yī)學(xué)當(dāng)中，這種藥物常用來治療原發(fā)性高膽固醇血癥以及混合性高脂血癥，而且對動脈粥樣硬化患者也起到輔助治療作用。在藥物制備過程中，需要使用三種有機(jī)酶，其反應(yīng)機(jī)理是：首先，兩種優(yōu)化酶手性對前手性氯酮進(jìn)行選擇性催化，這一過程被稱之為氫化反應(yīng)，經(jīng)過這一化學(xué)反應(yīng)后，生成純手性氯乙醇。由于這三種有機(jī)酶完全可以常溫條件下激發(fā)活性，因此，在無需加熱的情況下，由第三種優(yōu)化酶扮演催化劑的角色，進(jìn)而發(fā)生新的生物催化氯化反應(yīng)，使純手性氯乙醇完全轉(zhuǎn)變成為氰醇。從化學(xué)反應(yīng)機(jī)理可以看出，利用生物催化技術(shù)能夠加快化學(xué)還原反應(yīng)速率，而且整個反應(yīng)過程無需經(jīng)過物理分餾處理，使得阿伐他汀的制備流程得以簡化。與此同時，阿伐他汀的產(chǎn)量也得到大幅提升，在這種情況之下，制藥企業(yè)也能夠獲得更多經(jīng)濟(jì)收益。

2.2 在制備普瑞巴林中的具體應(yīng)用

普瑞巴林為白色結(jié)晶粉末，在臨床醫(yī)院當(dāng)中常用來治療外周神經(jīng)痛，而且對局限性部分癲癇患者也起到輔助治療作用，該藥物于本世紀(jì)初葉被研制成功，并首先在歐洲市場被批準(zhǔn)上市。其制備原理主要是采用生物催化技術(shù)，根據(jù)水解酶的選擇性特征，對S-2-羧乙基-3氰基-5甲基乙酸鉀鹽進(jìn)行水解，其水解反應(yīng)過程完全在室溫條件下進(jìn)行。首先選擇通脂肪酶對S-2-羧乙基-3氰基-5甲基乙酸進(jìn)行水解，生成-2-羧乙基-3氰基-5甲基乙酸鉀鹽，然后再以該鉀鹽作為原料來制備普瑞巴林，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，普瑞巴林的收率能夠達(dá)到40%以上。由此可以看出，應(yīng)用生物催化技術(shù)制備普瑞巴林藥物，不僅制備成功率顯著提升，而且單位時間內(nèi)的制備效率也得到有效改善，進(jìn)而給制藥企業(yè)創(chuàng)造了豐厚的經(jīng)濟(jì)效益[2]。

2.3 在制備西他列汀游離堿中的具體應(yīng)用

西他列汀游離堿呈白色結(jié)晶性非吸濕性粉末狀，在臨床醫(yī)學(xué)當(dāng)中，對2型糖尿病患者起到輔助治療作用。西他列汀游離堿的制備也完全應(yīng)用了生物催化技術(shù)，在制備過程中，將有機(jī)酶作為整個化學(xué)反應(yīng)的催化劑，來加快化學(xué)反應(yīng)速度。而在這一過程中，無需使用金屬催化劑，這不僅減少了生產(chǎn)投入成本，同時，也降低了一些固體廢棄物的產(chǎn)生概率。在該藥物的研制階段，研究人員發(fā)現(xiàn)，R構(gòu)型選擇性轉(zhuǎn)氨酶的分子結(jié)構(gòu)類似于西他列汀酮的分子結(jié)構(gòu)，當(dāng)這一轉(zhuǎn)氨酶發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時，能夠有效抑制甲基酮的產(chǎn)生，并且研究發(fā)現(xiàn)，這種轉(zhuǎn)氨酶具有良好的活性，基于R構(gòu)型選擇性轉(zhuǎn)氨酶的這一特點(diǎn)，研究人員將這一物質(zhì)作為反應(yīng)催化劑，為制備西他列汀游離堿搭建一條催化加氫路徑，由于反應(yīng)過程中不會產(chǎn)生甲基酮物質(zhì)，因此，也不會產(chǎn)生S構(gòu)型西他列汀酮。并且在應(yīng)用生物催化技術(shù)來制備這種藥物時，無需高壓氫化，便可以快速得到西他列汀游離堿的藥物成分，從這一點(diǎn)可以看出，生物催化技術(shù)的應(yīng)用使西他列汀游離堿的制備效率得到顯著提升。

3.結(jié)語

目前，生物催化技術(shù)已經(jīng)成為化學(xué)制藥領(lǐng)域的主流制備技術(shù)，在這一背景之下，各種新型有機(jī)酶的研制取得了階段性進(jìn)展，生物催化技術(shù)的應(yīng)用水平也逐年提升。因此，為了保障人民群眾的健康安全，研制出更多治療疑難疾病的藥物，科研人員應(yīng)當(dāng)不斷尋求生物催化技術(shù)的創(chuàng)新路徑，在提升專業(yè)知識與技術(shù)水平的同時，給更多受到病痛折磨的患者帶去希望與福音。

參考文獻(xiàn)：

[1]王軍.淺談化學(xué)制藥中的生物催化技術(shù)的應(yīng)用[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2018（29）：192-193.

[2]王堯.生物催化技術(shù)在化學(xué)制藥中的應(yīng)用研究與分析[J].化工設(shè)計(jì)通訊，2016，42（06）：132-133.