鏡像異構物的分離方法（上）

鏡像異構物的分離方法（上）(Separation of Enantiomeric (I))
國立臺灣師範大學化學系碩士班 薛園馨

目前醫學上很多藥物都是擁有一個或多個立體中心的化學分子，在這些藥物中，有些藥物的鏡像異構物對人體有強烈副作用，最著名的就是 1953 年德國格蘭泰公司發明的抗妊娠反應藥物沙利竇邁 (thalidomide)（圖一），1956 年販售，但在 1960 年時發現產下畸形兒的數量有不尋常提升，在調查過畸形兒的母親後發現大多都有服用沙利竇邁，最後德國格蘭泰公司在 1961 年 11 月撤回市場上所有沙利竇邁，但在這短短五年期間，造成了上萬名海豹肢症 (phocomelia) 的孩童（圖二）。

圖一、沙利竇邁的化學結構式。（圖片來源:自製）

圖二、患有海豹肢症的小孩。（圖片來源:Leonard McCombe / Time Life Pictures / Getty Images）

經過化學家的研究後發現，(R)-Thalidomide 是對人體是無害的，但 (S)-Thalidomide 就是造成海豹肢症的主因，這件事讓化學家了解不同的鏡像異構物在人體裡面的反應是大相逕庭的，想要得到單一鏡像藥物可以使用不對稱合成 (asymmetric synthesis)，藉由加入一些有光學活性的分子（很多是由天然物分離出來）來控制其產物的立體選擇性，這也是近年來有機化學家努力發展的領域，但有些藥物的製程很難達到只有單一鏡像產物，因此要純化這些鏡像異構物便是化學家必須面對的挑戰。

鏡像異構物的大部分物理性質（如沸點、熔點、極性……等等）在非手性環境下都相同，因此不能用傳統分離方法如（蒸餾、單純再結晶、管柱層析……等）分離，世界上第一個使用物理方法分離鏡像異構物的是巴斯德 (Louis Pasteur)，他利用光在 (R)-form 與 (S)-form 其偏轉角度相同，方向相反的性質，使用物理方法分離原本是外消旋混合物 (racemic mixture) 的酒石酸鈉氨鹽 （圖三）。

圖三、酒石酸鈉晶體。（圖片來源:自製）

在化學家多年努力下，分離外消旋混合物的方法變成了一個研究領域：手性拆分 (chiral resolution)，手性拆分（圖四）又細分為很多種方法：結晶法、化學拆分法、管柱法、生物拆分法、動力學拆分法、萃取拆分法……等各式各樣的技術來因應不同的外消旋混合物²。

圖四、手性拆分法。（圖片來源:自製）

I、管柱層析法（管柱法）：

在實驗室最普遍的分離方法是高效液相手性管柱層析法³，是實驗室中常有的手性分離設備（圖五）。其原理是在管柱上塗裝 (coating) 上一層單一光學異構物，利用光學異構物在手性環境中物理性質不同來分離，如圖六所示；就好像人群每個人都伸出右手想和你握手，你伸出左手的就沒辦法握手而順利通過，但伸出右手的人就會一直握手而留下。但並不是所有外消旋混合物都可以利用此方法，因此實際操作又分為兩種方法，一個是找到最好的手性固定相 (chiral stationary phases) 塗裝在管柱上，二是將欲分離的外消旋混合物作延伸，使其適用在已有的手性管柱分離，管柱法的優點是能應用在大部分的光學異構物，缺點是昂貴、分離量少。

圖五、高效液相手性管柱層析儀與手性管柱。（圖片來源:自製）

圖六、手性拆分法原理示意圖。（圖片來源:自製）

連結：鏡像異構物的分離方法（中）

參考文獻

1. Pasteur, L. (1848). Recherches sur les relations qui peuvent exister entre la forme cristalline, la composition chimique et les sens de la polarisation rotatoire. Impr. Bachelier.
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