化學制藥中生物催化技術的應用研究

尚珂

摘 要：生物催化技術主要是將酶或者生物細胞、細胞器、內部組織等有機體作為反應催化劑進行的化學轉化過程，由于該技術具有底物選擇獨特性、催化反應效率高、作用條件溫和等特點，而被普遍應用于化學制藥領域。尤其在最近幾年，隨著生物催化技術的日漸純熟，藥品種類也呈現出多樣化發展態勢，進而在緩解患者病痛，防治各種基礎性疾病等方面做出了卓越貢獻。因此，本文將緊緊圍繞生物催化技術在化學制藥中的應用優勢以及具體應用成果展開論述。

關鍵詞：生物催化技術;化學制藥;優勢;應用成果

傳統的化學制藥工藝主要以分離、提純、結晶、發酵為主，這種制藥方法生產效率低、藥品種類少，并且制藥流程較為復雜。而生物催化技術在化學制藥領域的應用，不僅提高了制藥生產效率，同時，也優化了制藥流程，改善了生產環境，尤其在一些新藥、特藥研發與制備過程中，生物催化技術的實際應用價值得到切實體現。

1 生物催化技術在化學制藥中的應用優勢

1.1 催化效率高，反應速度快

與無機催化劑相比，酶這種新型催化劑的催化速率是無機催化劑的一百萬倍以上，由此可以看出，在生物化學反應過程中，酶始終處于一種活化狀態，正是這種活躍的化學反應狀態才加快了催化速度，進而使酶的反應活化能大幅降低，在這種情況下，化學制藥過程的催化效率與化學反應速度均有不同程度的提升。因此，應用生物催化技術能夠大幅提高制藥生產效率，進而給制藥企業創造了更多的經濟效益。

1.2 底物選擇獨特性

由于制藥化學反應過程中所使用的有機活化酶，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，并與其發生化學反應，但是，相反的，一種底物有可能同時被多種有機酶催化。而生物催化技術所使用的有機酶具有底物選擇獨特性與高效性的特點，基于這一顯著特點，在催化反應中，酶的可選擇空間增大，其化學反應的生成物恰恰與酶的專一性特點相匹配，尤其在手性活性藥物的制備過程中，該技術的獨特性特征也突顯出來[1]。

1.3 作用條件溫和

過去，在化學制藥生產過程中，如果采用傳統的制藥工藝，往往需要經過高溫加熱或者低溫結晶等物化結合的過程，這不僅耗費了大量的資源能源，而且制藥生產效率也大打折扣。與傳統制藥工藝相比，生物催化技術規避了這些缺陷，有機酶這種催化劑可以在任何溫度條件下完成催化流程，比如室溫環境、中性環境或者是水環境，有機酶的催化作用都能夠得以發揮。經過實驗結果數據驗證，在室溫條件下，有機酶的活性最高，因此，這種溫度條件下發生的化學反應速度也最快，藥品生產效率也顯著提升。

2.生物催化技術在化學制藥領域的應用成果

2.1 在制備阿伐他汀中的具體應用

阿伐他汀呈白色針狀結晶體或者粉末狀，在臨床醫學當中，這種藥物常用來治療原發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，需要使用三種有機酶，其反應機理是：首先，兩種優化酶手性對前手性氯酮進行選擇性催化，這一過程被稱之為氫化反應，經過這一化學反應后，生成純手性氯乙醇。由于這三種有機酶完全可以常溫條件下激發活性，因此，在無需加熱的情況下，由第三種優化酶扮演催化劑的角色，進而發生新的生物催化氯化反應，使純手性氯乙醇完全轉變成為氰醇。從化學反應機理可以看出，利用生物催化技術能夠加快化學還原反應速率，而且整個反應過程無需經過物理分餾處理，使得阿伐他汀的制備流程得以簡化。與此同時，阿伐他汀的產量也得到大幅提升，在這種情況之下，制藥企業也能夠獲得更多經濟收益。

2.2 在制備普瑞巴林中的具體應用

普瑞巴林為白色結晶粉末，在臨床醫院當中常用來治療外周神經痛，而且對局限性部分癲癇患者也起到輔助治療作用，該藥物于本世紀初葉被研制成功，并首先在歐洲市場被批準上市。其制備原理主要是采用生物催化技術，根據水解酶的選擇性特征，對S-2-羧乙基-3氰基-5甲基乙酸鉀鹽進行水解，其水解反應過程完全在室溫條件下進行。首先選擇通脂肪酶對S-2-羧乙基-3氰基-5甲基乙酸進行水解，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，經過實驗驗證，普瑞巴林的收率能夠達到40%以上。由此可以看出，應用生物催化技術制備普瑞巴林藥物，不僅制備成功率顯著提升，而且單位時間內的制備效率也得到有效改善，進而給制藥企業創造了豐厚的經濟效益[2]。

2.3 在制備西他列汀游離堿中的具體應用

西他列汀游離堿呈白色結晶性非吸濕性粉末狀，在臨床醫學當中，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用了生物催化技術，在制備過程中，將有機酶作為整個化學反應的催化劑，來加快化學反應速度。而在這一過程中，無需使用金屬催化劑，這不僅減少了生產投入成本，同時，也降低了一些固體廢棄物的產生概率。在該藥物的研制階段，研究人員發現，R構型選擇性轉氨酶的分子結構類似于西他列汀酮的分子結構，當這一轉氨酶發生化學反應時，能夠有效抑制甲基酮的產生，并且研究發現，這種轉氨酶具有良好的活性，基于R構型選擇性轉氨酶的這一特點，研究人員將這一物質作為反應催化劑，為制備西他列汀游離堿搭建一條催化加氫路徑，由于反應過程中不會產生甲基酮物質，因此，也不會產生S構型西他列汀酮。并且在應用生物催化技術來制備這種藥物時，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，從這一點可以看出，生物催化技術的應用使西他列汀游離堿的制備效率得到顯著提升。

3.結語

目前，生物催化技術已經成為化學制藥領域的主流制備技術，在這一背景之下，各種新型有機酶的研制取得了階段性進展，生物催化技術的應用水平也逐年提升。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，科研人員應當不斷尋求生物催化技術的創新路徑，在提升專業知識與技術水平的同時，給更多受到病痛折磨的患者帶去希望與福音。

參考文獻：

[1]王軍.淺談化學制藥中的生物催化技術的應用[J].科學技術創新，2018（29）：192-193.

[2]王堯.生物催化技術在化學制藥中的應用研究與分析[J].化工設計通訊，2016，42（06）：132-133.