组合化学及其在药物筛选合成中的应用
贾新建
（赣南师范学院化学与生命科学系，江西 赣州，341000）
摘 要：组合化学是20世纪90年代有机化学领域中的一场革命，从创立起就与工业应用紧密联系在一起，它带动了包括新药发明和新材料研制在内的一系列高新技术的发展，加速了化合物的合成与筛选速度，是药物合成化学上的一次革新，为近年来药物领域最显著的进步之一。目前，组合化学已渗透到药物、有机、材料、分析等诸多领域，随着自动化水平的提高，组合化学已成为化学领域最活跃的部分之一。本文简述了组合化学的起源与发展，重点介绍了组合合成的研究方法及其在药物筛选合成中的应用。
关键词：组合化学； 合成方法； 药物筛选； 分子多样性
Combinatorial chemistry and its applications in drug
screening synthesis xinjian Jia
( Department of Chemical and life sciences of GanNan Normal University,
ganzhou 341000，china)
Abstract: Combinatorial chemistry is a revolution in the nineties of the 20th century in the field of organic chemistry , from starting up with industrial application closely together. It spurred a series of hi-tech industry including drug invention and new materials developed, and accelerate the speed of compounds synthesis and screening. It is an innovation for drug synthesis chemistry in recent years, one of the most significant progress in drug field. At present, the combinatorial chemistry has penetrated into drugs, organic, materials, analysis and so on many domains. As automation level enhancement, combinatorial chemistry has become one of the most active chemical field. This paper briefly describes the origin and development of combinatorial chemistry, focusing on the combinatorial synthesis research method and its application in drug screening synthesis.
Key Words: Combinatorial chemistry; Synthetic methods; Drug screening; Molecular diversity
组合化学( combinatorial chemistry) ，又称多重合成法( simultaneous multiple synthesis) ，是在近二十几年逐渐发展并成熟起来的一个学科。它是根据组合论的思想将各种化学构建单元(building block) 以系统平行的方式进行反应，可以在极短的时间内迅速获得大量的化合物。
1 组合化学的起源与发展
传统的药物研制方法是，根据天然先导化合物，逐个地进行合成、纯化，然后进行结构鉴定、生物活性测定等，一般每推出一个新药约需 6~10年的时间，耗资也相当大，周期长、成本高。随着酶和受体作为药物治疗靶点的不断阐明，药物自动化快速筛选方法的不断出现，筛选的效率已非常高，但样品的来源却远远跟不上，科学家们便把注意力转入合成大数目的化合物群，即化合物库。组合化学应运而生[1]。组合化学的概念最初起源于20世纪60 年代问世的固相多肽合成法，在固相多肽合成中，由于采用高分子聚合物固相作载体，产物的分离与纯化十分方便；又由于多肽合成中许多反应条件都是相同的, 从而使各种肽分子能够在同一反应器内按照预设程序合成出来。1963 年，Merrifield 固相多肽合成法就为组合化学奠定了基础，并因此获得了诺贝尔奖[2]。上世纪80年代中期，Geysen 用96孔板在高分子链上首次合成多肽成功[3]，标志着组合合成的开始；此后，Houghten 于 1985 年提出了茶叶袋( tea bags) 合成法[4]，使不同序列的肽在同一个反应器内同时进行多肽偶联反应，至此组合化学的雏形初步呈现出来。到了20世纪90年代初，以合成小分子为主的平行单分子合成技术发展成为组合合成的主要技术。1991 年Furka 提出的混-分合成法(mix and split)[5]标志着组合化学的研究步入成熟阶段。采用混- 分合成法，人们可以在短时间内仅经过几步化学反应就可以产生成千上万种不同的化合物(也称化合物库，chemical library)。20世纪90 年代后期，组合化学被推广应用于新材料和新型催化剂的研究。组合化学是 Furka 等人在 1988 年首先提出，在 1991年才正式应用这一术语[6]。1994 年，美国化学文摘(CA)设立组合化学主题，1998年《Science 》把它列为科学研究领域的九大突破之一。在美国化学会组织的一次研讨会上，化学家们称之为“21世纪的化学合成”。现在，其概念和技术已被广泛接受并用于科学研究的各个方面。组合化学与高通量筛选技术并驾齐驱 , 促成了新药开发领域的一次大的突破，并且已经成为新药发现和优化过程中不可缺少的一项技术。组合化学最初主要应用于药物合成及筛选，现在已迅速扩展至有机、无机、生物、高分子合成等领域。显然, 组合化学已成为当今化学研究领域中的新热点[7]。
2 组合化学原理
2.1 组合化学基本原理
组合化学与传统的化学合成在原理上有本质的不同，组合化学的实质及其最大的优势就是能在短时间内合成大量的化合物。介绍组合化学原理之前，我们看一下传统的化学合成原理(图1) 。传统的化学合成，每次进行一个反应，生成一个化合物，经过分离、纯化，再进行下一个反应，以此反复，最终得到目标产物。特点是反应的步骤数远大于所需的化合物数。
A + B—— AB；
AB + C ——ABC ；
ABC + D—— ABCD；
„ „
图1. 传统化学合成原理图示 A1 B1 A2 B2 A3 + B3 ——AiBj( i = 1~n； j = 1~n) „ „
An Bn 图2. 组合化学合成原理图示
与传统化学合成每次选用两个单一化合物反应不同的是，组合合成选择一系列结构、反应性能接近的构建模块(A1~An)与另一构建模块(B1~Bn)进行反应(图
2) ，这样进行一步，就可生成 n ×n 个化合物。若将AiBj 与构建模块(C1~Cn)和(D1~Dn)反应，可生成更多的化合物。组合合成的特点是用少数的几步就可以得到数以万计的化合物(表1) 。从表 1 可看出，库中分子数与模块数成线形关系，与反应步骤数成指数关系。
表1. 库中分子数与构建模块数及反应步骤的关系
2.2 组合化学的基本要求
组合原理很简单，但并不是说，任何一个合成反应都可用组合方法来实现的。一般的组合合成要满足以下几个基本要求：
(1) 构建模块中的反应物间能顺序成键。
(2) 构建模块必须是多样性且是可得到的，这样才可能获得一系列供研究的化合物库。
(3) 模块中反应物进行的反应速度要接近，且反应的转化率和选择性要高。
(4) 产物的结构和性质有高的多样性，以供研究，从中找出最佳结构。
(5) 反应条件能调整 , 操作过程能实现自动化。
3 组合化学的研究方法
3.1 组合合成步骤
所有的组合合成都包括化合物库的制备、库成份的检测及目标化合物的筛选三个步骤[8]。
库的构建方法，常见的有混-分法[5]、平行溶液合成法(parallel solution
method) 、正交法等。其中以混-分法最具代表性，应用也最多。1991 年，朗姆(Lam)提出了一珠一肽合成法[9]，又将混-分法与多肽固相合成法及生物筛选技术有机地结合在一起，从而使组合化学技术更趋成熟。一珠一肽(即一粒树脂珠上含有一种肽段) 混合-均分合成法的基本思想是，利用树脂作载体，按混合-均分法进行组合合成。由于产物与树脂相连, 在每步反应完成后，它不溶于溶剂, 因而可以十分方便地将杂质、催化剂及过量的试剂等洗涤干净。所得化合物库(这里指的是肽库) 经筛选后检出其中具有活性肽段结构的树脂珠，再经仪器测序, 即可确定具有活性的肽段结构。
我们合成化合物库的最终目的是寻找具有目标性能的产物(通常是活性最大的产物) ，因此必须对库成份进行检测与筛选。事实上 , 库的构建与筛选是相互联系的，对于不同类型的库，应选用不同的筛选方法。如上面的平行溶液合成法合成的库要采用位置扫描法(positional scanning method) ,即对每个孔中的产物的活性进行扫描检测。而对于由混-分法构建成的库，一般采用解缠绕法(iterative deconvolution method)。除了以上两种检测与筛选方法外，编码法(encoding method)也是常用的方法，此方法是在构建化合物库时，给每一个构建单元加一个标记物，库合成完毕后，只须鉴别标记物即知产物的历史，从而得知产物的结构。
3.2 组合合成方法
组合化学合成的根本问题就是怎样快速地得到更多的包罗万象的化合物。近年来，从固相合成到快速液相平行合成，组合化学在合成方法上取得了突破性的进展。常用的几种合成方法如下。
3.2.1固相有机合成
组合化学起源于固相有机合成。至今为止，很多人仍把组合合成理解为固相合成。固相合成也因此而得到快速的发展。固相合成是先把反应物接到一个固相载体(通常是官能团化的高分子材料) 上，然后，在非均相的条件下进行有机反应。
固相合成方法有很多优点：
第一，固相合成本身就是一种产物分离方法；
第二，固相合成允许反应中的液相反应物过量，因而促使固相反应物反应完全；
第三，固相反应操作简单，因此，一系列的混合物合成方法在其基础上发展起来；
第四，固相混合物合成可以用于超大数目的化合物库的合成。
然而，固相合成也存在许多局限性。例如，至少一类反应物需要合适的官能团与固相载体相连接；单产物的产量有限；反应的溶剂受限制；反应过程的跟踪很复杂或根本不可能。此外，固相反应条件的优化需要时间长，通常打通一个固相合成路线要花一个合成化学家3~6个月的时间。
常见的固相合成有混合裂分法和平行合成法。
混合裂分法：混合裂分法[5]是利用线性有机反应的特点，将一系列固相反应物分组平行反应，所得产物混合到分组后再进行下一步的平行反应。这种方法既适用于混合物的合成，也可用于系列单分子的平行合成，是混合物合成中最常用的一种方法[10]。
平行合成法：平行单分子合成是指同时合成一系列的单个分子。这种方法接近于经典有机合成，因此，很容易为有机化学家接受，已经成为最常用的组合化学合成方法。
3.2.2液相有机合成
液相组合合成的最大特点就是可以利用大量的文献资料，因为这顶技术的实质就是药物化学家几十年来沿用的经典有机合成。液相合成仅局限于一步多组分或一锅多步反应，副产物多，分离复杂，因此很难用于混合物的合成。液相合成的关键是反应产物的分离提纯。
液相组合合成中的分离纯化方法有：
(1)固相载体协助分离纯化
聚乙二醇单甲醚(MeO-PEG)是一种可以溶于多种有机溶剂和水的高聚物，且具有很好的结晶倾向，因此可以作为可溶性载体用于液相组合合成。反应完后，向其二氯甲烷溶液中加入乙醚可以将其沉淀出来，与未反应的原料和副产物分离（图3）。如下面组合合成磺酰胺的反应，每步反应完成后都可以将其沉淀出来得到纯化，最后沉淀除去载体得到产物化合物库[11]。
图3
(2)通过相萃取分离纯化
与亲核物质反应的有机小分子可以用在组合合成中来清除过量的亲核试剂，如四氟邻苯二甲酸酐，可与胺、醇及硫醇等亲核性物质反应生成水溶性的四氟邻苯二甲酸的单酸衍生物，加入氨基树脂后就可以除去反应产物中过量的亲核性物质胺、醇及硫醇等（图4）[12]。
图4
(3)色谱分离纯化的组合合成
色谱分离纯化是常用的分离纯化方法，在液相组合合成中也得到了广泛的应用。如Boger 等用钯催化卤代芳烃偶联合成了联二芳烃化合物库，并用排阻色谱法分离纯化了终产物（图5）[13]。
图5
3.2.3固相与液相结合的组合合成
固相合成与液相合成都有各自的优缺点，把二者巧妙地结合常常可以得到很好的效果，在合成过程中把适合于固相合成的步骤用固相合成，然后再将其切割到溶液中，进行适合于液相的步骤，最终得到目标化合物库。Teague 等用该法合成了二取代哌嗪衍生物库，他们首先用固相法合成了单取代哌嗪，然后切割到含有亲电试剂的96孔板中进行液相反应得到目标分子库[14]。
4 组合化学在药物筛选合成中的应用
组合化学正广泛地应用于创建筛选生物活性物质和新材料的分子大库，同时发展起来的由分子识别控制的自组装过程也在超分子化学中得以研究。动态组合化学(DCC) 融合了组合化学和分子自组装过程两个领域的特点，开辟了使用相对较小的库组装很多的物质的途径，而不必单独合成每一个物质[15]。下面就动态组合化学基于靶标酶的药物设计的几个成功的范例，来说一下组合化学在药物筛选合成中的应用。
4.1 碳酸酐酶II( Carbonic anhydrase II)抑制剂的筛选
对位取代的苯磺酰胺是碳酸酐酶II(CA II) 的良好抑制剂。Lehn 等[16]采用胺和与对位取代的苯磺酰胺结构相类似的醛类反应作为可逆过程, 制备一个含有3 个醛、4个胺的库。采用羰基和胺在正常的生理条件下建立可逆反应, 很快达到平衡(图6) 。
图6
该反应是在CA 酶的水相溶液中进行的。控制pH 值为6(20 mmol/ L 的磷酸盐缓冲溶液) 。平行进行两个反应，一个含有酶，一个未含酶。在有酶的反应中加入NaBH 3CN 作为还原剂，亚胺在NaBH 3CN 存在的条件下会被不可逆的还原，把平衡产物不可逆的转移出来。. 通过 HP LC对照两个反应后的溶液可以判定对 CA 酶有抑制作用的分子。该分子的结构和CA 酶抑制剂对苯磺酰胺苯甲酸苄酰胺( Kd = 1. 1 nmol/ L)的结构很相似。
4.2 筛选神经氨酸苷酶( Neuraminidase)的抑制剂[17]
神经氨酸苷酶是针对流感病毒药物设计的主要靶标酶。它的作用是切除连接到糖酯类和糖蛋白的硅酸残基，Mol . 3是目前已经商品化的药剂。
研究表明，邻近神经氨酸苷酶的活性位点有一个憎水的空穴，化合物(Mol . 3)的烃基链就占据了这一空穴。根据这一想法，采用了Mol . 4 作为母体结构，针对酶的憎水空穴采用不同的醛基和 Mol . 4 反应组成动态组合化学库。加入靶标酶后由还原产物的色谱图表明，A8，A13，A22 是主要的产物, 也就是说明 A8，A13，A22 对酶的抑制最强。
在以上工作的基础上，单独合成了的化合物 A8，A13，A22，测定了对酶的抑制数据 Ki ，其结果和动态组合化学的结果一致。
4.3 寻找万古霉素( Vancomycin) 二聚体[18]
万古霉素是人们常用的糖蛋白抗生素，人们发现当万古霉素二聚后，可以加强万古霉素和靶标分子( L- Lys-D-Ala-DAla)的氢键结合。
Nicolaou 等分别采用二硫键和C=C连接不同的万古霉素分子，实现二聚，制备动态组合库。在靶标的存在下，通过二硫键和C=C双键的交换过程，筛选更有效的抗生素分子。在采用C=C交换制备的动态库中，当加入了靶标分子，会发现库倾向于生成桥联更短的二聚体。单独合成该种二聚体，测得其的最小抑制浓度发现几乎比万古霉素小一个数量级。
5 展望
组合化学是一门交叉性科学，它以有机化学为基础，与生物化学、药物化学密不可分，并涉及到数学、物理学、计算机等多门学科，是这些学科与合成化学的完美结合。目前分子生物学、分子图形学以及计算机科学等学科、人类基因组计划，都为药物设计提供了大量的有用工具和高选择性新分子靶标；应用电子信息技术生成和贮存的虚拟组合库，使得库内化合物具有了尽可能大的化学多样性，增加了组合库的命中率。组合化学作为合成药物的一种全新思路和可行方法，今后更深入的发展方向是：除构建分子多样性化合物库外，还应提高生物检测效率和水平，发展直接测定结构的技术，实行合成和筛选一体化。
6参考文献
[1]李兆楼, 孙勤枢. 新药合成和筛选的高效方法-组合化学[J]. 济宁医学院学报 , 2006,(04)
[2]廖春阳, 李伯玉, 张孟军, 等. 组合化学:新药创制的高效方法和技术. 重庆大学学报,2003,26
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[4] HOUGHTEN R A. G eneral Meth od for the Rapid Solid Phase Synthes is of Large Numbers of Peptides : S peci ficity of Antigen Antibody Interaction at the level of Individual Amino Acids [J ]. Proc Natl Acad Sci USA , 1985 , 82 : 5 131 - 5 136.
[5]Furka A ,Sebestyen F ,Asgedom M, et al . Int J Pept Protein Res ,1991 ,37 :487
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[8]安钢, 唐颐. 浅谈组合化学[J].大学化学, 2000,(05)
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组合化学及其在药物筛选合成中的应用
贾新建
（赣南师范学院化学与生命科学系，江西 赣州，341000）
摘 要：组合化学是20世纪90年代有机化学领域中的一场革命，从创立起就与工业应用紧密联系在一起，它带动了包括新药发明和新材料研制在内的一系列高新技术的发展，加速了化合物的合成与筛选速度，是药物合成化学上的一次革新，为近年来药物领域最显著的进步之一。目前，组合化学已渗透到药物、有机、材料、分析等诸多领域，随着自动化水平的提高，组合化学已成为化学领域最活跃的部分之一。本文简述了组合化学的起源与发展，重点介绍了组合合成的研究方法及其在药物筛选合成中的应用。
关键词：组合化学； 合成方法； 药物筛选； 分子多样性
Combinatorial chemistry and its applications in drug
screening synthesis xinjian Jia
( Department of Chemical and life sciences of GanNan Normal University,
ganzhou 341000，china)
Abstract: Combinatorial chemistry is a revolution in the nineties of the 20th century in the field of organic chemistry , from starting up with industrial application closely together. It spurred a series of hi-tech industry including drug invention and new materials developed, and accelerate the speed of compounds synthesis and screening. It is an innovation for drug synthesis chemistry in recent years, one of the most significant progress in drug field. At present, the combinatorial chemistry has penetrated into drugs, organic, materials, analysis and so on many domains. As automation level enhancement, combinatorial chemistry has become one of the most active chemical field. This paper briefly describes the origin and development of combinatorial chemistry, focusing on the combinatorial synthesis research method and its application in drug screening synthesis.
Key Words: Combinatorial chemistry; Synthetic methods; Drug screening; Molecular diversity
组合化学( combinatorial chemistry) ，又称多重合成法( simultaneous multiple synthesis) ，是在近二十几年逐渐发展并成熟起来的一个学科。它是根据组合论的思想将各种化学构建单元(building block) 以系统平行的方式进行反应，可以在极短的时间内迅速获得大量的化合物。
1 组合化学的起源与发展
传统的药物研制方法是，根据天然先导化合物，逐个地进行合成、纯化，然后进行结构鉴定、生物活性测定等，一般每推出一个新药约需 6~10年的时间，耗资也相当大，周期长、成本高。随着酶和受体作为药物治疗靶点的不断阐明，药物自动化快速筛选方法的不断出现，筛选的效率已非常高，但样品的来源却远远跟不上，科学家们便把注意力转入合成大数目的化合物群，即化合物库。组合化学应运而生[1]。组合化学的概念最初起源于20世纪60 年代问世的固相多肽合成法，在固相多肽合成中，由于采用高分子聚合物固相作载体，产物的分离与纯化十分方便；又由于多肽合成中许多反应条件都是相同的, 从而使各种肽分子能够在同一反应器内按照预设程序合成出来。1963 年，Merrifield 固相多肽合成法就为组合化学奠定了基础，并因此获得了诺贝尔奖[2]。上世纪80年代中期，Geysen 用96孔板在高分子链上首次合成多肽成功[3]，标志着组合合成的开始；此后，Houghten 于 1985 年提出了茶叶袋( tea bags) 合成法[4]，使不同序列的肽在同一个反应器内同时进行多肽偶联反应，至此组合化学的雏形初步呈现出来。到了20世纪90年代初，以合成小分子为主的平行单分子合成技术发展成为组合合成的主要技术。1991 年Furka 提出的混-分合成法(mix and split)[5]标志着组合化学的研究步入成熟阶段。采用混- 分合成法，人们可以在短时间内仅经过几步化学反应就可以产生成千上万种不同的化合物(也称化合物库，chemical library)。20世纪90 年代后期，组合化学被推广应用于新材料和新型催化剂的研究。组合化学是 Furka 等人在 1988 年首先提出，在 1991年才正式应用这一术语[6]。1994 年，美国化学文摘(CA)设立组合化学主题，1998年《Science 》把它列为科学研究领域的九大突破之一。在美国化学会组织的一次研讨会上，化学家们称之为“21世纪的化学合成”。现在，其概念和技术已被广泛接受并用于科学研究的各个方面。组合化学与高通量筛选技术并驾齐驱 , 促成了新药开发领域的一次大的突破，并且已经成为新药发现和优化过程中不可缺少的一项技术。组合化学最初主要应用于药物合成及筛选，现在已迅速扩展至有机、无机、生物、高分子合成等领域。显然, 组合化学已成为当今化学研究领域中的新热点[7]。
2 组合化学原理
2.1 组合化学基本原理
组合化学与传统的化学合成在原理上有本质的不同，组合化学的实质及其最大的优势就是能在短时间内合成大量的化合物。介绍组合化学原理之前，我们看一下传统的化学合成原理(图1) 。传统的化学合成，每次进行一个反应，生成一个化合物，经过分离、纯化，再进行下一个反应，以此反复，最终得到目标产物。特点是反应的步骤数远大于所需的化合物数。
A + B—— AB；
AB + C ——ABC ；
ABC + D—— ABCD；
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图1. 传统化学合成原理图示 A1 B1 A2 B2 A3 + B3 ——AiBj( i = 1~n； j = 1~n) „ „
An Bn 图2. 组合化学合成原理图示
与传统化学合成每次选用两个单一化合物反应不同的是，组合合成选择一系列结构、反应性能接近的构建模块(A1~An)与另一构建模块(B1~Bn)进行反应(图
2) ，这样进行一步，就可生成 n ×n 个化合物。若将AiBj 与构建模块(C1~Cn)和(D1~Dn)反应，可生成更多的化合物。组合合成的特点是用少数的几步就可以得到数以万计的化合物(表1) 。从表 1 可看出，库中分子数与模块数成线形关系，与反应步骤数成指数关系。
表1. 库中分子数与构建模块数及反应步骤的关系
2.2 组合化学的基本要求
组合原理很简单，但并不是说，任何一个合成反应都可用组合方法来实现的。一般的组合合成要满足以下几个基本要求：
(1) 构建模块中的反应物间能顺序成键。
(2) 构建模块必须是多样性且是可得到的，这样才可能获得一系列供研究的化合物库。
(3) 模块中反应物进行的反应速度要接近，且反应的转化率和选择性要高。
(4) 产物的结构和性质有高的多样性，以供研究，从中找出最佳结构。
(5) 反应条件能调整 , 操作过程能实现自动化。
3 组合化学的研究方法
3.1 组合合成步骤
所有的组合合成都包括化合物库的制备、库成份的检测及目标化合物的筛选三个步骤[8]。
库的构建方法，常见的有混-分法[5]、平行溶液合成法(parallel solution
method) 、正交法等。其中以混-分法最具代表性，应用也最多。1991 年，朗姆(Lam)提出了一珠一肽合成法[9]，又将混-分法与多肽固相合成法及生物筛选技术有机地结合在一起，从而使组合化学技术更趋成熟。一珠一肽(即一粒树脂珠上含有一种肽段) 混合-均分合成法的基本思想是，利用树脂作载体，按混合-均分法进行组合合成。由于产物与树脂相连, 在每步反应完成后，它不溶于溶剂, 因而可以十分方便地将杂质、催化剂及过量的试剂等洗涤干净。所得化合物库(这里指的是肽库) 经筛选后检出其中具有活性肽段结构的树脂珠，再经仪器测序, 即可确定具有活性的肽段结构。
我们合成化合物库的最终目的是寻找具有目标性能的产物(通常是活性最大的产物) ，因此必须对库成份进行检测与筛选。事实上 , 库的构建与筛选是相互联系的，对于不同类型的库，应选用不同的筛选方法。如上面的平行溶液合成法合成的库要采用位置扫描法(positional scanning method) ,即对每个孔中的产物的活性进行扫描检测。而对于由混-分法构建成的库，一般采用解缠绕法(iterative deconvolution method)。除了以上两种检测与筛选方法外，编码法(encoding method)也是常用的方法，此方法是在构建化合物库时，给每一个构建单元加一个标记物，库合成完毕后，只须鉴别标记物即知产物的历史，从而得知产物的结构。
3.2 组合合成方法
组合化学合成的根本问题就是怎样快速地得到更多的包罗万象的化合物。近年来，从固相合成到快速液相平行合成，组合化学在合成方法上取得了突破性的进展。常用的几种合成方法如下。
3.2.1固相有机合成
组合化学起源于固相有机合成。至今为止，很多人仍把组合合成理解为固相合成。固相合成也因此而得到快速的发展。固相合成是先把反应物接到一个固相载体(通常是官能团化的高分子材料) 上，然后，在非均相的条件下进行有机反应。
固相合成方法有很多优点：
第一，固相合成本身就是一种产物分离方法；
第二，固相合成允许反应中的液相反应物过量，因而促使固相反应物反应完全；
第三，固相反应操作简单，因此，一系列的混合物合成方法在其基础上发展起来；
第四，固相混合物合成可以用于超大数目的化合物库的合成。
然而，固相合成也存在许多局限性。例如，至少一类反应物需要合适的官能团与固相载体相连接；单产物的产量有限；反应的溶剂受限制；反应过程的跟踪很复杂或根本不可能。此外，固相反应条件的优化需要时间长，通常打通一个固相合成路线要花一个合成化学家3~6个月的时间。
常见的固相合成有混合裂分法和平行合成法。
混合裂分法：混合裂分法[5]是利用线性有机反应的特点，将一系列固相反应物分组平行反应，所得产物混合到分组后再进行下一步的平行反应。这种方法既适用于混合物的合成，也可用于系列单分子的平行合成，是混合物合成中最常用的一种方法[10]。
平行合成法：平行单分子合成是指同时合成一系列的单个分子。这种方法接近于经典有机合成，因此，很容易为有机化学家接受，已经成为最常用的组合化学合成方法。
3.2.2液相有机合成
液相组合合成的最大特点就是可以利用大量的文献资料，因为这顶技术的实质就是药物化学家几十年来沿用的经典有机合成。液相合成仅局限于一步多组分或一锅多步反应，副产物多，分离复杂，因此很难用于混合物的合成。液相合成的关键是反应产物的分离提纯。
液相组合合成中的分离纯化方法有：
(1)固相载体协助分离纯化
聚乙二醇单甲醚(MeO-PEG)是一种可以溶于多种有机溶剂和水的高聚物，且具有很好的结晶倾向，因此可以作为可溶性载体用于液相组合合成。反应完后，向其二氯甲烷溶液中加入乙醚可以将其沉淀出来，与未反应的原料和副产物分离（图3）。如下面组合合成磺酰胺的反应，每步反应完成后都可以将其沉淀出来得到纯化，最后沉淀除去载体得到产物化合物库[11]。
图3
(2)通过相萃取分离纯化
与亲核物质反应的有机小分子可以用在组合合成中来清除过量的亲核试剂，如四氟邻苯二甲酸酐，可与胺、醇及硫醇等亲核性物质反应生成水溶性的四氟邻苯二甲酸的单酸衍生物，加入氨基树脂后就可以除去反应产物中过量的亲核性物质胺、醇及硫醇等（图4）[12]。
图4
(3)色谱分离纯化的组合合成
色谱分离纯化是常用的分离纯化方法，在液相组合合成中也得到了广泛的应用。如Boger 等用钯催化卤代芳烃偶联合成了联二芳烃化合物库，并用排阻色谱法分离纯化了终产物（图5）[13]。
图5
3.2.3固相与液相结合的组合合成
固相合成与液相合成都有各自的优缺点，把二者巧妙地结合常常可以得到很好的效果，在合成过程中把适合于固相合成的步骤用固相合成，然后再将其切割到溶液中，进行适合于液相的步骤，最终得到目标化合物库。Teague 等用该法合成了二取代哌嗪衍生物库，他们首先用固相法合成了单取代哌嗪，然后切割到含有亲电试剂的96孔板中进行液相反应得到目标分子库[14]。
4 组合化学在药物筛选合成中的应用
组合化学正广泛地应用于创建筛选生物活性物质和新材料的分子大库，同时发展起来的由分子识别控制的自组装过程也在超分子化学中得以研究。动态组合化学(DCC) 融合了组合化学和分子自组装过程两个领域的特点，开辟了使用相对较小的库组装很多的物质的途径，而不必单独合成每一个物质[15]。下面就动态组合化学基于靶标酶的药物设计的几个成功的范例，来说一下组合化学在药物筛选合成中的应用。
4.1 碳酸酐酶II( Carbonic anhydrase II)抑制剂的筛选
对位取代的苯磺酰胺是碳酸酐酶II(CA II) 的良好抑制剂。Lehn 等[16]采用胺和与对位取代的苯磺酰胺结构相类似的醛类反应作为可逆过程, 制备一个含有3 个醛、4个胺的库。采用羰基和胺在正常的生理条件下建立可逆反应, 很快达到平衡(图6) 。
图6
该反应是在CA 酶的水相溶液中进行的。控制pH 值为6(20 mmol/ L 的磷酸盐缓冲溶液) 。平行进行两个反应，一个含有酶，一个未含酶。在有酶的反应中加入NaBH 3CN 作为还原剂，亚胺在NaBH 3CN 存在的条件下会被不可逆的还原，把平衡产物不可逆的转移出来。. 通过 HP LC对照两个反应后的溶液可以判定对 CA 酶有抑制作用的分子。该分子的结构和CA 酶抑制剂对苯磺酰胺苯甲酸苄酰胺( Kd = 1. 1 nmol/ L)的结构很相似。
4.2 筛选神经氨酸苷酶( Neuraminidase)的抑制剂[17]
神经氨酸苷酶是针对流感病毒药物设计的主要靶标酶。它的作用是切除连接到糖酯类和糖蛋白的硅酸残基，Mol . 3是目前已经商品化的药剂。
研究表明，邻近神经氨酸苷酶的活性位点有一个憎水的空穴，化合物(Mol . 3)的烃基链就占据了这一空穴。根据这一想法，采用了Mol . 4 作为母体结构，针对酶的憎水空穴采用不同的醛基和 Mol . 4 反应组成动态组合化学库。加入靶标酶后由还原产物的色谱图表明，A8，A13，A22 是主要的产物, 也就是说明 A8，A13，A22 对酶的抑制最强。
在以上工作的基础上，单独合成了的化合物 A8，A13，A22，测定了对酶的抑制数据 Ki ，其结果和动态组合化学的结果一致。
4.3 寻找万古霉素( Vancomycin) 二聚体[18]
万古霉素是人们常用的糖蛋白抗生素，人们发现当万古霉素二聚后，可以加强万古霉素和靶标分子( L- Lys-D-Ala-DAla)的氢键结合。
Nicolaou 等分别采用二硫键和C=C连接不同的万古霉素分子，实现二聚，制备动态组合库。在靶标的存在下，通过二硫键和C=C双键的交换过程，筛选更有效的抗生素分子。在采用C=C交换制备的动态库中，当加入了靶标分子，会发现库倾向于生成桥联更短的二聚体。单独合成该种二聚体，测得其的最小抑制浓度发现几乎比万古霉素小一个数量级。
5 展望
组合化学是一门交叉性科学，它以有机化学为基础，与生物化学、药物化学密不可分，并涉及到数学、物理学、计算机等多门学科，是这些学科与合成化学的完美结合。目前分子生物学、分子图形学以及计算机科学等学科、人类基因组计划，都为药物设计提供了大量的有用工具和高选择性新分子靶标；应用电子信息技术生成和贮存的虚拟组合库，使得库内化合物具有了尽可能大的化学多样性，增加了组合库的命中率。组合化学作为合成药物的一种全新思路和可行方法，今后更深入的发展方向是：除构建分子多样性化合物库外，还应提高生物检测效率和水平，发展直接测定结构的技术，实行合成和筛选一体化。
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