张玲[1]2016年在《新型咪唑类化合物的合成及其相关抗微生物研究》文中研究表明咪唑环是一类重要的高极性双氮五元芳香杂环,其独特的结构特征有利于其衍生物与生物体系中的多种酶和受体发生相互作用,从而表现出广泛的生物活性。咪唑环在人体代谢活性物质中的普遍存在表明它对发挥生物生理活性起着不可或缺的作用。咪唑类化合物特殊的生理性能和在生命过程中的重要角色,使得基于咪唑的药物化学领域受到了特别的关注。首先咪唑环的引入有利于提高化合物水溶性。其次作为叁唑、恶唑、吡唑、噻唑、四唑、酰胺等的重要生物电子等排体,咪唑环被广泛应用于各种生物活性分子的结构修饰改造,在药物化学领域具有巨大的发展潜力。喹诺酮是一类重要的以拓扑异构酶为靶点的合成抗菌类药物,在药物开发中发挥着重要的作用,相关工作众多,且已取得丰硕的研究成果。然而,随着近些年来喹诺酮类抗感染药物在临床上的广泛使用甚至滥用导致全球性的耐药菌株频发,严重危及人类健康,因此研发新型抗耐药性的抗菌药物迫在眉睫。大量文献表明基于喹诺酮的结构修饰改造是研发新型、高效、抗耐药性强抗菌药的有效途径之一。鉴于此,基于咪唑类化合物在国内外抗菌领域的研究与开发现状,设计合成了一系列新型的喹诺酮咪唑类抗菌化合物,探索了目标化合物的制备方法与条件,并对其进行了体外抗菌活性以及构效关系的研究,还对高活性的目标分子进行了细胞毒性和人血清白蛋白的体外运输研究,同时还探究了高活性低毒的目标分子的抗菌作用机制,主要工作总结如下:(1)新型喹诺酮咪唑类化合物的合成:分别以喹诺酮、环氧氯丙烷和邻苯二胺为原料,在乙腈做溶剂条件下经环化、亲核取代反应方便地得到化合物II-2a–c,再与不同取代的咪唑环及苯并咪唑环在乙腈为溶剂以及碳酸钾做催化剂的条件下反应得到喹诺酮咪唑类化合物II-3a–j,II-6a–j,II-7a–b,II-8a–e,II-9a–e和II-10。(2)新型喹诺酮甲硝唑衍生物的合成:分别以喹诺酮、脂肪环胺、2-甲基-5-硝基咪唑为起始原料,在乙腈做溶剂条件下与环氧氯丙烷经亲核取代反应快捷有效地制备环氧化合物中间体III-2a–c,然后以乙腈为溶剂以及碳酸钾做催化剂的条件下分别用2-甲基-5-硝基咪唑及其4-取代衍生物系列开环得到喹诺酮甲硝唑衍生物III-3a–i。(3)新型喹诺酮唑硫醚类化合物的合成:以喹诺酮和巯基咪唑、巯基叁唑、巯基四唑为起始原料,在乙腈做溶剂条件下经开环反应方便地得到喹诺酮唑硫醚类化合物IV-3a–c与IV-4a–f。氨基硫脲与苄卤IV-6a–b在乙醇为溶剂以及碳酸钾做催化剂的条件下与喹诺酮中间体IV-2a–c经开环反应制备喹诺酮叁唑硫醚类新化合物IV-5a–f。(4)新型喹诺酮苯并咪唑类化合物的合成:(i)以喹诺酮为起始原料,在甲醇做溶剂条件下经酯化反应高产率地得到化合物V-3a–b。在甲酰胺为溶剂和反应物的条件下分别反应制备喹诺酮新化合物中间体V-4a–b。化合物V-4a–b在乙二醇单甲醚为溶剂以及硫酸铜做催化剂的条件下与邻苯二胺经环化反应得到V-5a–b,最后再经水解脱甲基得到喹诺酮化合物V-6a–b;(ii)以(取代)邻苯二胺与氯乙/丙酸为起始原料,直接环化可高产率制得氯甲基苯并咪唑V-8a–f;邻苯二胺与烷基溴化物经N-烷基化生成苯并咪唑仲胺V-9a–h再环化可制得氯甲基苯并咪唑V-10a–h;邻苯二胺与取代卤苄经N-烷基化生成苯并咪唑仲胺V-11a–g再环化可制得氯甲基苯并咪唑V-12a–g;以上氯甲基苯并咪唑中间体进一步与喹诺酮反应可分别制得喹诺酮化合物V-13–16;(iii)以喹诺酮、2-氨基苯并咪唑和多聚甲醛为起始原料,在乙二醇单甲醚做溶剂条件下经曼尼西反应可方便地得到化合物V-17a–b;(iv)在乙二醇单甲醚做溶剂以及硫酸铜做催化剂的条件下化合物V-4a–b分别与邻苯二胺经环化反应制备喹诺酮类新化合物V-18a–b。(5)所有的新化合物结构均经1H NMR、13C NMR、IR、MS和HRMS等现代波谱手段证实。(6)研究了系列II中的中间体与目标化合物的体外抗细菌、抗真菌活性。活性构效关系显示大部分的喹诺酮咪唑醇类目标化合物均显示出较强的抗菌活性和较广的抗菌谱。尤其是喹诺酮唑醇类目标化合物II-8b对所测细菌和真菌均显示出强的抗菌能力,其抗菌活性远优于参考药物。(7)研究了喹诺酮咪唑醇类化合物II-8b抗菌作用机制。利用紫外、荧光光谱和DNA探针探索了高活性目标分子II-8b与MRSA DNA的相互作用,研究结果表明化合物II-8b和经典的抗菌药物喹诺酮与DNA以静电相互作用的方式不同,而喹诺酮咪唑醇分子II-8b是以作用力更强的作用方式与DNA碱基形成稳定的复合物,抑制细菌和真菌的DNA复制,从而起到抑菌作用;初步构效关系研究表明,咪唑环上2-硝基基团的存在对喹诺酮咪唑醇类化合物的抗微生物能力有重要影响;咪唑环上甲基的存在不利于化合物的抗菌活性;稠环苯并咪唑环对化合物的活性帮助不大,苯并咪唑环上硝基的存在有利于抗菌活性的提高。此外利用荧光光谱、紫外光谱等波谱手段研究了目标活性分子II-8b与人血清白蛋白的相互作用。通过II–8b–HSA体系的荧光猝灭机理、结合位点数、结合常数、热力学参数等,推断出II–8b–HSA结合是自发进行的,主要作用力类型为静电作用。(8)研究了系列III中的目标化合物的体外抗细菌活性和其p Ka值、细胞膜渗透性等理化性质以及体外细胞毒性。研究结果显示与参考药物相比,大部分的目标化合物均显示出较强的抑菌能力和较广的抗菌谱,尤其是喹诺酮甲硝唑衍生物III-3i活性远优于参考药物克林沙星,对所有测试细菌菌株的最低抑制浓度MIC值在0.25-16μg/m L之间。并且利用紫外可见分光光度法测试显示目标化合物具有适宜的p Ka值,为进一步新药研发打下了基础。与此同时,细胞毒性研究表明化合物III-3i对人胚肾HEK293细胞,小鼠胚胎成纤维MEFS细胞和小鼠成肌细胞C2C12均显示出较低的毒性。研究了喹诺酮甲硝唑衍生物III-3i与P.aeruginosa DNA相互作用以及初步抗菌作用机制。利用紫外光谱学方法研究的结果表明喹诺酮甲硝唑衍生物III-3i具有比参考药物诺氟沙星更强的与DNA键合的能力。(9)研究了系列IV的中间体和目标化合物喹诺酮唑硫醚类化合物的体外抗细菌活性和构效关系。抗菌活性研究显示大部分喹诺酮唑硫醚类目标化合物均显示出强的抗菌活性,尤其是目标化合物对革兰阴性菌、格兰阳性菌甚至耐药菌株MRSA均显示出强的抑制能力,并且筛选得到抗菌活性最优且抗菌谱最广的目标化合物IV-4e。现代分子模拟对接软件结果进一步证实化合物IV-4e可以与拓扑异构酶-DNA络合物中的DNA碱基形成多个氢键,从而使得杂合子IV-4e-拓扑异构酶-DNA形成的叁元络合物更加稳定,从而起到抑菌作用。(10)研究了系列V的中间体和目标化合物喹诺酮苯并咪唑类化合物的体外抗细菌活性和构效关系。实验结果表明目标分子V-15m具有强的抗菌活性。进一步实验证实化合物V-15m具有良好的细胞膜渗透性,不仅可以抑制生物膜的形成并且能够破坏成型的生物膜,诱导MRSA产生耐药性的几率低于环丙沙星。分子对接模拟和V-15m与DNA相互作用实验结果表明化合物V-15m显示出比参考药物更强的结合力,从而使得“化合物V-15m-DNA-酶”络合更稳定,更有利于活性分子发挥药效。本论文共合成158个化合物,其中新化合物112个,包括喹诺酮咪唑醇类33个,喹诺酮甲硝唑衍生物12个,喹诺酮唑硫醚类15个,喹诺酮苯并咪唑52个。
徐志[2]2018年在《新型喹诺酮类化合物的设计、合成及生物活性研究》文中指出经过50余年的发展,喹诺酮业已成为继头孢菌素之后目前临床上使用最为广泛的一类广谱、高效、低毒性的一线抗感染化疗药物。然而,随着这类药物的广泛使用甚至滥用,细菌耐药性逐年增加,已成为世界范围的棘手问题。因此,开发更具特点的优秀喹诺酮类抗菌药势在必行。已有的构-效关系表明,喹诺酮的C-7位取代基对抗菌谱、抗菌活性和药动学性质等均有较大影响,故对C-7位的结构修饰一直是该领域最主要的研究方向,其取得的成果最多。近年新上市的优秀氟喹诺酮类抗菌药均是对C-7位取代基化学改造的结果。进一步研究表明,向喹诺酮的C-7位引入大取代基并不会影响此类化合物的渗透性。显然,利用杂合的策略向喹诺酮的C-7位引入其它药效团可能会进一步提高此类化合物的抗菌活性、降低耐药性发生的几率。基于此,研究人员将多个药效团嵌入至喹诺酮的C-7位,并评价了它们的各种生物活性,获得了活性更高的候选物。较早期的某些氟喹诺酮类抗菌药作为二线抗结核药物在治疗耐多药结核病中发挥着重要作用。研究表明,适当改善氟喹诺酮的亲脂性(渗透性)有利于克服分枝杆菌胞壁表面脂质和分枝菌酸所形成的转运屏障而增强其抗结核活性且8-甲氧基氟喹诺酮的抗菌活性明显优于相应的8-氢类似物;另外,向环丙基上引入手性氟原子,不仅可提高抗菌活性,而且可降低此类药物的脂溶性,进而降低中枢系统神经毒性。因而,氟原子的引入进一步降低了此类化合物对哺乳动物拓扑异构酶II的抑制作用,极大地降低了对人体细胞的毒性。本课题组近年来已展开对氟喹诺酮类抗菌药的结构修饰,并筛选出若干具有深入研究价值的候选物。作为对这一设计思想的进一步延伸,本论文对3个8-甲氧基氟喹诺酮(加替沙星、莫西沙星、8-甲氧基环丙沙星)和1个含2-氟环丙基团的2-氟环丙沙星(2-FCPFX)进行改造,通过不同的连接子向其7-位仲胺氮原子上引入取代靛红/腙/1,2,4-叁氮唑硫酮等药效团,设计合成了3个系列含有取代靛红/腙/1,2,4-叁氮唑硫酮的8-甲氧基氟喹诺酮衍生物和1个系列含2-氟环丙基团的氟喹诺酮2-氟环丙沙星(2-FCPFX)-1,2,4-叁氮唑-5(4H)-硫酮的杂合体,并初步评价它们的体外抗分枝杆菌活性和/或抗菌活性,获得了抗结核和/或抗菌活性更强的新氟喹诺酮类化合物,为进一步的深入评价提供了更多候选化合物。本论文研究工作分别以下面四个系列展开:1.基于加替沙星、靛红和1,2,3-叁氮唑具有潜在抗结核活性的事实,本系列设计合成了以次乙基-1,2,3-叁氮唑-次甲基为连接子的新型取代靛红-1,2,3-叁氮唑-加替沙星杂合体,并初步评价它们的体外抗分枝杆菌活性和细胞毒性。结果显示,加替沙星杂合体I-11和I-16对MTB H37Rv和MDR-TB的活性是母药加替沙星的8和4倍,此类杂合体细胞毒性高于相应的母药。降低此类杂合体的毒性将是未来研究的重点,值得进一步研究。2.基于莫西沙星的抗结核活性更高,且连接子对靛红-喹诺酮杂合体的抗结核活性息息相关的事实,本系列设计合成了以次乙基-1,2,3-叁氮唑-次甲基为连接子和以柔性更强的次丙基-1,2,3-叁氮唑-次甲基为连接子的靛红-1,2,3-叁氮唑-莫西沙星杂合体,并初步评价它们的体外抗分枝杆菌活性和细胞毒性。结果显示,以次乙基-1,2,3-叁氮唑-次甲基为连接子的靛红-1,2,3-叁氮唑-莫西沙星杂合体的活性普遍优于相应的以柔性更强的次丙基-1,2,3-叁氮唑-次甲基为连接子的杂合体。值得一提的是,杂合体II-3对MTB H37Rv和MDR-TB的活性是母药莫西沙星和一线抗TB药物的异烟肼和利福平的2~>2,048倍。该化合物值得进一步深入研究。3.腙和唑具有潜在的抗菌和抗结核活性,且对于N-1位环丙基的喹诺酮而言,C-8位甲氧基喹诺酮的抗结核活性明显优于相应的8-氢类似物。基于此,本系列设计合成了8-甲氧基环丙沙星-腙/咪唑/叁氮唑杂合体,并评价它们的体外抗菌和抗结核活性。结果显示,所有杂合体均显示出潜在的抗菌和抗结核活性。其中,8-甲氧基环丙沙星-腙杂合体III-3和III-11及8-甲氧基环丙沙星-酰腙杂合体III-12~16的活性优于抗结核活性最强的氟喹诺酮莫西沙星和一线抗结核药物异烟肼。大多数杂合体对所试验的革兰阳性菌如MSSA、MSSE、MRSA及粪肠球菌和革兰阴性菌的活性与对照药环丙沙星和左氧氟沙星相当。活性最强的杂合体III-16对嗜麦芽寡养单胞菌的MIC的活性是对照药环丙沙星和左氧氟沙星的8和2倍,值得关注。4.1,2,4-叁氮唑硫酮-喹诺酮杂合体具有良好抗菌包括耐药菌活性,且构效关系显示此类杂合体C-3和N-4位取代基对活性影响显着。基于此,本系列设计合成了C-3和N-4位含有各种取代基的1,2,4-叁氮唑硫酮-2-氟环丙沙星(2-FCPFX)杂合体,并初步评价了它们的体外抗革兰阳性菌和阴性菌活性。结果显示,所有的杂合体均具有良好的抗菌活性。其中,代表物IV-16对绝大多数所测革兰阳性菌和阴性菌的MIC为≤0.05~6.47μM,总体上与对照药左氧氟沙星和环丙沙星相当,略优于2-氟环丙沙星(2-FCPFX)和8-甲氧基环丙沙星,明显优于万古霉素。显然,该杂合体具有进一步研究的潜力。总之,通过以上研究工作共合成了249个化合物,其中未见文献报道的化合物126个(包括88个目标物),新化合物的结构均经MS、~1H NMR确证,目标物还经~(13)C NMR进一步确证。本论文还评价了它们的体外抗结核、抗菌和细胞毒性,发现了若干具有潜在活性的候选物。此外,本论文研究工作进一步丰富该类化合物的构效关系,为进一步合理设计提供基础。
彭莘媚[3]2016年在《新型香豆素类化合物：设计、合成及其作为抗微生物制剂与DNA人工探针的相关研究》文中研究表明香豆素是一类重要的含苯并α-吡喃酮结构的芳香氧杂环化合物,具有较大的共轭体系,强的分子内电子转移能力以及良好的热力学和光化学稳定性。这种特殊的刚性稠环结构使其易于进行结构修饰并能方便地引入各种功能基团,因而在食品、燃料、香料、光电材料、医药、农药、超分子识别等众多领域具有广泛的潜在应用。尤其是在医药领域,香豆素类化合物在抗细菌、抗真菌、抗癌、抗病毒、抗氧化、抗凝血、抗炎等方面发挥着重要作用,相关研究备受关注,日益活跃,发展十分迅速。一些香豆素类药物如华法林、双香豆素、醋硝香豆醇、双香豆素乙酯、亮菌甲素、羟甲香豆素、氯达香豆素、卡波罗孟等已广泛应用于临床。在抗感染领域,基于香豆素的抗生素如香豆霉素A1、新生霉素、氯新生霉素等已得到广泛研究,它们不仅可通过抑制叁磷酸腺苷酶的活性阻碍DNA的超螺旋,导致细菌死亡,还可作用于DNA拓扑异构酶II或DNA回旋酶,干扰DNA的复制、转录和染色体的分离,从而有效抑制细菌的生长。近些年,许多人工合成的香豆素类化合物显示出了良好的抗微生物活性及宽的抗微生物谱,尤其对耐甲氧西林金黄色葡萄球菌的生长具有突出的抑制作用,具有开发成药的希望,致使无数研究者致力于香豆素类抗微生物药物的开发。此外,香豆素类化合物在作为探针方面的应用也得到广泛研究,许多文献已报道了基于香豆素分子结构的生物分子探针,这类探针的开发应用有助于人们适时地了解生物体内生物大分子的活性、重要的生命过程及药物的药理学与药代动力学性质等,为疾病的预防、药物的研发与临床应用提供可靠的监测手段。鉴于此,本文基于香豆素类化合物在国内外抗菌抗真菌领域及作为生命物种探针方面的研究与开发现状,一方面结合本课题组有关香豆素类抗感染活性分子的研究基础,设计合成了一系列新型的香豆素类抗菌抗真菌化合物,探索了目标化合物的制备方法与条件,并对其进行了体外抗菌抗真菌活性、构效关系及抗菌作用机制的研究;另一方面,对新合成的香豆素叁唑基乙醇化合物作为DNA探针进行了初步的体外评估,主要工作总结如下:(1)新型香豆素喹诺酮类抗菌杂合体的合成:以取代苯酚为起始原料构筑不同结构的香豆素母核环II-3a-b,II-7和II-8,其中II-3a-b与氯乙酰氯经亲核取代反应制得中间体II-4a-b,而香豆素II-7和II-8则与二溴化合物反应得到中间体II-9a-c和II-10a-c,中间体与不同的喹诺酮化合物在乙醇的碱性溶液中回流反应即可快捷有效地得到香豆素喹诺酮类杂合体II-5a-f,II-11a-i和II-12a-i;(2)新型香豆素唑基乙醇类化合物的合成:以取代苯酚为起始原料构筑不同结构的香豆素母核环III-2和III-11,再与环氧氯丙烷经亲核取代反应快捷有效地制备环氧化合物中间体III-3和III-12,最后在乙醇为溶剂及碳酸钾为碱的条件下分别用各种唑类化合物开环得到香豆素唑基乙醇类化合物III-4a-e,III-5,III-6a-b,III-7a-b,III-8,III-9,III-13a-e,III-14,III-15a-b,III-16a-b和III-17;(3)新型香豆素查尔酮类化合物的合成:以间苯二酚为起始原料构筑7-羟基-4-甲基香豆素母核环IV-2,再经分步反应获得香豆素醛基化合物IV-3和取代的香豆素醛基化合物IV-4a-c,两者与不同取代的唑酮类化合物IV-7a-d在以甲苯为溶剂,冰醋酸和哌啶为催化剂的条件下于130 oC反应制得香豆素查尔酮类化合物IV-8a-d和IV-9a-l;(4)新型香豆素苯并咪唑类化合物的合成:以取代苯酚为起始原料构筑不同结构的香豆素母核环V-2a-b和V-15,再经分步反应制得对应的香豆素醛基化合物V-3a-b和V-16,在DMF溶液中化合物V-3a-b和V-16与邻苯二胺类化合物于80 oC下反应分别得到香豆素苯并咪唑类化合物V-4a-b、V-11a-b和V-17a-b,化合物V-4a、V-11a和V-17a再与卤代烃或卤苄类化合物在DMF的碳酸钾溶液中反应制得双取代的香豆素苯并咪唑类化合物V-5a-b、V-12a-d和V-18a-b,另外,香豆素醛V-3a与溴乙烷经进一步亲核取代反应制得中间体V-6,中间体V-3a-b、V-6和V-16再与取代的邻苯二胺类于DMF溶液中反应即可简便高效地得到单取代的香豆素苯并咪唑类化合物V-7a–b、V-10a–j、V-13a–j和V-19a–d;(5)所有新化合物的结构均用IR、1H NMR、13C NMR、MS和/或HRMS等现代波谱手段证实;(6)探索了溶剂、催化剂和反应温度对系列III香豆素唑基乙醇类化合物制备的影响,研究结果发现以乙醇为溶剂、碳酸钾为催化剂且反应温度为70 oC时目标化合物III的产率最高。(7)研究了系列II中目标化合物的体外抗细菌、抗真菌活性。活性研究结果显示大部分的香豆素喹诺酮类杂合体显示出较强的抗菌活性和较广的抗菌谱,并且对所测真菌菌株也具有较强的抑制能力。其中与香豆素4-位杂合的目标化合物II-11a–i的抗菌抗真菌活性普遍比较强,然而活性最强的杂合体是II-12g,它对所测细菌和真菌均显示出强的抑制能力,其抗菌活性优于参考药物氯霉素、诺氟沙星和氟康唑,与环丙沙星和克林沙星相当;(8)研究了香豆素喹诺酮类杂合体II-5b、II-12d和II-12g与参考药物的联用效果。发现化合物II-5b对革兰阴性菌的联用效果普遍高于革兰阳性菌,且其与环丙沙星联用时能得到更好的效果。化合物II-12d与诺氟沙星联用时对金黄色葡萄球菌的敏感度最高,FICI值为0.062。化合物II-12g与氯霉素联用时,对除金黄色葡萄球菌和藤黄微球菌外的所有测试菌株均表现出协同作用,并且该化合物对MRSA的药物联用效果高于II-5b和II-12d,这一结果表示杂合体II-12g在药物联用时具有解决细菌耐药性问题的潜能。另外,化合物II-5b、II-12d和II-12g能较快地抑制金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的生长,甚至在培养12代后也没有明显诱导金黄色葡萄球菌和MRSA耐药性的产生。分子对接结果显示,这叁个化合物同时还具有DNA回旋酶抑制能力;(9)研究了香豆素喹诺酮类杂合体II-12g的抗菌作用机制。利用紫外、荧光光谱法和DNA探针探索了高活性目标分子II-12g与小牛胸腺DNA的相互作用,研究结果表明化合物II-12g能以嵌入的方式与DNA碱基形成稳定的复合物,从而影响细菌和真菌DNA的复制,起到抑菌作用;(10)研究了系列III中目标化合物的体外抗细菌抗真菌活性、log P和高活性目标化合物III-14与小牛胸腺DNA的结合能力。研究结果显示与参考药物相比,部分目标化合物显示出中等或较强的抑菌能力及较广的抗菌谱。香豆素双叁唑醇化合物III-14表现出最强的抗菌活性,尤其是对于MRSA(MIC=8μg/m L),其抑菌活性与诺氟沙星(MIC=8μg/m L)相当,并强于氯霉素(MIC=16μg/m L)。与氟康唑相比,化合物III-14同样能有效地抑制所测试真菌的生长。利用紫外可见分光光度法所测理化数据log P显示,具有适宜log P值的目标化合物的抗菌抗真菌活性强于其他化合物,这说明化合物的理化性质对生物活性的影响也是相当重要的。另外化合物III-14能与小牛胸腺DNA通过氢键和范德华力与DNA的沟槽结合,形成III-14-DNA复合物,从而影响细菌和真菌DNA的复制,起到抑菌效果;(11)研究了系列IV的目标化合物香豆素类查尔酮的体外抗细菌抗真菌活性。活性研究数据显示多数目标化合物表现出有效的抗细菌抗真菌活性及较宽的抗菌谱。其中活性最好的目标化合物为IV-9h,它对所测试的所有细菌均具有较强的抑制能力,MIC范围为1-8μg/m L,强于参考药物氯霉素(MIC=8-32μg/m L),与诺氟沙星相当(MIC=1-16μg/m L)。同时,除白色念珠菌以外,化合物IV-9h对所测试真菌的敏感度也高于参考药物氟康唑,尤其是对氟康唑不敏感的黄曲霉菌,其抑制效果为氟康唑的512倍。此外化合物IV-9h不仅对藤黄微球菌和痢疾志贺菌具有较快的杀菌速度,且对金黄色葡萄球菌和MRSA即使在培养15代后仍然没有明显诱导其产生耐药性的趋势;(12)深入探讨了系列IV香豆素查尔酮类化合物的构效关系。体外活性研究数据显示,苯环上的取代基对目标化合物抗细菌抗真菌活性的影响明显不及烷基链大,没有烷基链修饰的化合物IV-8a-d及两个碳链修饰的化合物IV-9a-d的生物活性普遍低于四个及六个碳链修饰的化合物IV-9e-l,鉴于以上结果,以活性最好的目标化合物IV-9h苯环上的取代基为基准,选取化合物IV-8d、IV-9d、IV-9h和IV-9l四个化合物进行深入的构效关系研究。通过它们与小牛胸腺DNA的相互作用能力差别证明烷基链的长短对目标化合物活性影响强弱顺序为4碳链>6碳链>2/0碳链,这也进一步阐明了化合物IV-9h活性最强的原因;(13)研究了系列V香豆素苯并咪唑类目标化合物的体外抗细菌抗真菌活性和构效关系。活性研究数据显示部分目标化合物对所测试菌株表现出一定的抗细菌抗真菌活性。筛选出活性最优且抗菌谱最广的目标化合物V-19d,尤其是对藤黄微球菌和MRSA(MIC=0.5μg/m L),其活性强于参考药物氯霉素(MIC=8或32μg/m L)和诺氟沙星(MIC=2或16μg/m L)。另外,香豆素苯并咪唑化合物V-19d具有较好的水溶性(26.65 mg/L),且对金黄色葡萄球菌和MRSA即使在培养15代后仍然没有明显诱导其产生耐药性的趋势,为进一步深入研究提供了可行性。构效关系研究表明,3-位香豆素苯并咪唑化合物的抗微生物活性强于8-位香豆素苯并咪唑化合物,这一结论进一步得到量子化学研究数据分析的证实;(14)研究了香豆素苯并咪唑化合物V-19d的抗菌作用机制。实验结果表明化合物V-19d能有效地透过所测试革兰阳性菌MRSA和革兰阴性菌大肠杆菌的细胞膜。进一步实验结果显示其抑制50%生物膜生成的浓度即IC50值对MRSA和大肠杆菌分别为0.5μg/m L和1μg/m L,且其分解50%生物膜的浓度即EC50值对MRSA和大肠杆菌分别为3.2μg/m L和6.25μg/m L;(15)合成了香豆素叁唑基乙醇化合物VI-7,其结构得到现代波谱手段证实。应用紫外光谱、荧光光谱等光谱学方法研究了化合物VI-7作为DNA人工探针的潜能。实验结果显示化合物VI-7初步有望开发为基于香豆素结构的新型DNA人工探针。本论文共合成141个化合物,其中新化合物102个,包括香豆素喹诺酮杂合体24个,香豆素唑基乙醇类23个,香豆素查尔酮类化合物16个,香豆素苯并咪唑衍生物39个。
齐昀坤[4]2012年在《以FtsZ为靶点的新型3-MBA衍生物的设计、合成及抗菌活性研究》文中研究说明抗生素的广泛应用尤其是滥用已经导致耐药菌的出现和流行,耐药菌感染已经严重威胁人类的健康。目前传播最广的两种耐药菌是耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)和多重耐药金黄色葡萄球菌(MDRSA)。这两种耐药菌对住院病人造成非常大的威胁,这一威胁正朝社区逼近。面对多重耐药菌,临床上原先使用的高效抗生素活性降低甚至失去抗菌活性。基于以上原因,人们迫切须要研发下一代抗菌药物以对抗日益增加的耐药菌感染。研发新型抗菌药物的首要困难是寻找新的抗菌研发靶点。细菌分裂必需蛋白对于细菌的二分裂是必不可少的,这类蛋白在形态上高度保守且不易变异,是最有希望的一类抗菌研发靶点。细菌体内共存在大约16种分裂必需蛋白,FtsZ是其中的起始蛋白并发挥核心作用。在细菌二分裂过程中,FtsZ水解鸟苷叁磷酸,并在细菌中央聚合形成环状的Z环；与此同时,FtsZ招募下游的分裂蛋白。当Z环周围的鸟苷二磷酸浓度升高到阈值时,Z环收缩并促使分裂蛋白复合物形成隔膜,最后两个新细菌彼此分离。Z坏对于绝大多数致病菌的二分裂是必不可少的,而FtsZ的动态聚合和鸟苷叁磷酸酶活性对于Z环的生成是缺一不可的。因此,化合物只要抑制FtsZ的动态聚合或抑制FtsZ的鸟苷叁磷酸酶活性就能杀灭细菌。诸多化合物特别是天然产物能够强烈抑制FtsZ的理化活性并进而抑制细菌的二分裂。然而,绝大多数FtsZ抑制剂没有体内抗菌活性且无一进入临床研究。目前,只有PC190723被证明具有体内抗菌活性并有望进入临床试验。在诸多FtsZ抑制剂中,3-MBA是最有研发前景的一个先导化合物。与其它先导化合物如A-189和534f6等相比,3-MBA具有两大优势。首先,3-MBA对FtsZ的特异性强、亲和度高。其次,3-MBA能够较容易地穿透细菌细胞,这通常是其它FtsZ抑制剂的限制性因素。3-MBA的代表性衍生物是PC190723。计算机对接模型显示,3-MBA及其衍生物能够与FtsZ上羧基端和H7螺旋之间的裂缝结合。具体结合情况是：苯甲酰胺基团与R191、Q192、N263、V307、和T309等氨基酸组成的口袋结合,起着重要的FtsZ靶向作用；苯氧基的氧原子能够与R191和Q192形成氢键结合,显着增强3-MBA及其衍生物对FtsZ的亲和度；3-MBA的3位侧链能够与1172、E185、N188、1228和1230等氨基酸残基形成的疏水性通道结合,该区域的结合情况很大程度上决定了3-MBA衍生物的体外抗菌活性。目前,3-MBA及其衍生物对FtsZ的调控区域即H7螺旋没有抑制作用。科学家预测,如果3-MBA的3位侧链能够与H7螺旋结合,将大幅提高衍生物的抗菌活性。本论文以FtsZ为抗菌研发靶点,以3-MBA为先导化合物,选取3-MBA的3位甲基为主要结构修饰位点,设计合成了A、B和C叁个系列的目标化合物,并系统测定了化合物的体外抗菌活性。在总结叁个系列化合物构效关系的基础上,选取抗菌活性较强的化合物A5、A6和A7作为起始化合物进行进一步的结构修饰,而后得到D和E系列目标化合物。所有目标化合物的化学结构均已通过质谱、核磁共振氢谱和红外进行了确认。本论文采用96孔板微量稀释法对目标化合物的体外抗菌活性进行了测定。体外抗菌活性总结如下：针对金黄色葡萄球菌：1)与3-MBA相比,A系列所有化合物对MRSA、耐青霉素金黄色葡萄球菌和敏感型金黄色葡萄球菌(MSSA)的抗菌活性均有显着的提高(MIC8-128μg／ml)。其中A2和A7对叁种金葡菌的MIC均为8μg／ml,抗菌活性是3-MBA的256倍。2)除了B1和B9,B系列化合物对叁种金葡菌的抗菌活性得到极大的提高(MIC4-128μg/ml)。抗菌活性最强的B5和B12对叁种金葡菌的抗菌活性是3-MBA的256～512倍。3)C系列化合物对金葡菌的抗菌活性总体上明显弱于A和B系列化合物。只有C6和C12具有较好抗菌活性(MIC8-32μg/ml)。4)与3-MBA相比,D和E系列化合物体外抗金葡菌活性没有提高,MIC均大于128μg/ml。针对链球菌属菌株：与3-MBA相比,A-E系列目标化合物体外抗六种链球菌的活性没有提高,所有化合物的MIC均大于128μg／ml。通过MIC测定,本论文对目标化合物的构效关系和抗菌谱等进行了深入研究,总结如下：1)大多数3-MBA衍生物对金葡菌属具有较好的体外抗菌活性,但所有的3-MBA衍生物对链球菌属基本没有抗菌活性。这一现象与Stokes教授的研究一致,但具体原因目前还不是很清楚。2)MRSA和耐青霉素金黄色葡萄球菌等耐药菌对3-MBA衍生物尚未产生耐药性。3)3-MBA的3位甲基可以用其它基团取代。用烷烃和卤代烷烃取代甲基能够大幅提高衍生物的抗菌活性；当引入氯代烷烃和溴代烷烃时,烷烃侧链长度以4个碳原子为最佳,过长或过短均会明显降低抗菌活性。4)在3-MBA的3位引入芳环侧链,能够增强抗菌活性,但是侧链长度及末端基团类型对抗菌活性影响较大。在3-MBA的3位引入小极性基团比引入大极性基团具有更强的抗菌活性,这可能是由于3-MBA的3位侧链是与FtsZ上的疏水性通道结合。通过本论文的研究,我们发现：FtsZ是一个非常有希望的抗菌研发靶点,目前尚未被深入研究；在诸多FtsZ抑制剂中,3-MBA是较为理想的抗菌先导化合物,具有很好的研究前景；3-MBA的3位甲基是潜力巨大的结构修饰位点,通过对3位侧链长度及末端基团类型进行深入优化,可以得到抗敏感型和耐药型葡萄球菌活性明显提高的3-MBA衍生物。在以后的研究中,可以进一步探索其它有前景的结构修饰位点,并尝试多位点同时修饰的方法。
伊磊[5]2011年在《左氧氟沙星类似物C-3/C-6位席夫碱类衍生物合成与抗肿瘤活性研究》文中指出当今社会,肿瘤尤其是恶性肿瘤已成为严重威胁人类健康的疾病之一,抗肿瘤药物的研究与开发成为当今生命科学领域中极富挑战性且意义重大的课题。喹诺酮类药物是一类人工合成的含有4-喹诺酮母核的广谱抗菌药物,其中氟喹诺酮类药物由于其具有抗菌活性强、生物利用度高、毒性小等优点,目前在临床上得到广泛的应用。喹诺酮类药物的抗菌作用靶点是DNA拓扑异构酶II,这与现有的某些抗肿瘤药物的作用靶点相似,以作用靶点为出发点设计合成具有抗肿瘤活性的新型喹诺酮类药物逐渐成为现代喹诺酮类药物研究的新热点。目前,关于喹诺酮类药物在抗肿瘤方面的研究报道已有很多,大量的新化合物被合成,但是所得化合物其结构修饰主要集中在喹诺酮类药物母环喹啉酸N-1位、C-7位上,并且大部分化合物因存在体内毒性大、生物利用度低等诸多问题而未能在临床上得到很好的应用。关于母环喹啉酸C-3位羧基、C-6位氟原子的结构修饰在抗肿瘤方面研究的报道不是很多,尤其是对C-6位氟原子的结构修饰。席夫碱类衍生物在抗菌、抗病毒、抗肿瘤等方面有着广泛的应用,已经成为现代抗肿瘤药物研究中一个重要的研究方向。综合以上特点,本文设想选择某种氟喹诺酮类药物对其C-3位、C-6位进行结构修饰,合成氟喹诺酮类C-3位/C-6位席夫碱类衍生物,从而探寻某种新的结构修饰方法,以得到具有一定抗肿瘤活性的新型喹诺酮类先导化合物。1、目标化合物的设计与合成本文以氟喹诺酮类药物左氧氟沙星前体酸(S)6,7-二氟-1,8-(2-甲基亚乙氧基)-1,4-二氢-4-氧代喹啉-3-甲酸为起始原料,利用生物电子等排及药效活性基团迭加等药物设计原理,分别以酰腙替代C-3位羧基、以腙替代C-6位氟原子、以哌嗪基替代C-7位氟原子,进而得到了两个系列新目标化合物:一个系列为C-3位单席夫碱类衍生物;一个系列为C-3/C-6位双席夫碱类衍生物。所得到的新目标化合物分别经MS、1H-NMR、IR光谱数据分析进行结构表征,以检测目标化合物的正确性。2、体外抗肿瘤活性评价本文采用MTT实验方法,评价了新目标化合物对人乳腺癌细胞MCF-7的体外生长增殖抑制情况。实验数据分析结果表明,所得到的单/双席夫碱类衍生物对所选试验癌细胞表现出潜在的生长抑制活性,大部分双席夫碱类衍生物表现出较好抑制活性。3、结论本文设计合成了20个新化合物(10个单席夫碱类衍生物;10个双席夫碱类衍生物),所有新化合物的MS、1H-NMR、IR光谱数据都与其结构特征相一致,为预期的目标化合物。体外抗肿瘤活性评价结果表明:大多数目标化合物对所选的试验癌细胞表现出一定的抑制活性,5个目标化合物的IC_(50)<5μM,其中双席夫碱类衍生物占有3个,部分双席夫碱衍生物对试验癌细胞的体外抑制活性要高于对应的C-6位单席夫碱类衍生物。由以上数据分析可知,氟喹诺酮类药物母环喹啉酸C-3位羧基、C-6位氟原子并非是其发挥抗肿瘤活性所必需的基团,对C-3位尤其C-6位的抗肿瘤-构效关系值得进一步研究。
谢建刚[6]2003年在《新型喹诺酮类化合物的设计合成及抗菌活性》文中认为由于喹诺酮类抗感染药物具有抗菌活性强，抗菌谱广的特点，近年来对其的研究报导层出不穷，本文对该类药物的发展历程，药理活性，合成方法，改造路线等方面进行了综述，对该类药物的合成及改造方法进行了研究，合成了一系列新的喹诺酮类衍生物。 经过对喹诺酮类抗感染药物的合成方法、构效关系、抗菌活性优缺点等方面的分析，我们发现近年来人们对喹诺酮类药物的研究热点大都集中在喹诺酮6，7，8位的改造和3位羧基的拼合方面，期望筛选出抗菌效果更好的药物。 鉴于以上工作，我们首先以2，4—二氯—5—氟苯甲酸为原料，经六步反应合成了3个喹诺酮类先导化合物1—3：环丙沙星，诺氟沙星，恩诺沙星。然后以诺氟沙星、环丙沙星为先导化合物，利用它们7位哌嗪环上4位氮的活性，把磺酰基、酰基、烷氧羰基通过酰氨键与以上两种喹诺酮类药物结合，合成了两个系列的氟喹诺酮衍生物——化合物4—21。同时利用所合成的化合物3，14，16为模板，对它们的3位羧基进行了酯化反应合成了4个喹诺酮酯类化合物：化合物22—25。并经IR、HNMR、元素分析等方法确定了所合成化合物的结构。 化合物4—21经初步体外活性测试，发现化合物4—7对3种常见细菌的生物活性高于对照药物诺氟沙星、环丙沙星，其它化合物的活性与对照药物相当。
仵钊锋[7]2014年在《二氢氟喹诺酮查尔酮衍生物的合成及抗肿瘤活性研究》文中研究指明查尔酮是以1,3-二苯基丙烯酮或含有α,β-不饱和酮为基本骨架、且广泛存在于多种药用植物中的一类化合物,因其具有多种药理活性而备受关注。对其结构的修饰除多集中于苯环取代基的变化外,用杂环或稠杂环替代经典的苯环以改善其药效学或药动学性质,促进其向成药性方向发展,已成为新查尔酮化合物研究的重点。氟喹诺酮类药物是以1-取代-6-氟-7-杂环-喹啉-4-酮-3-羧酸为结构特征的新型抗菌药。基于其作用靶拓扑异构酶(TOPO)也是抗肿瘤药物的重要靶点,企图转化其抗菌活性到抗肿瘤活性已成为氟喹诺酮发展面临的新挑战。然而,对抗肿瘤氟喹诺酮的研究多源于对抗菌氟喹诺酮N-1位和C-7位取代基及C-3位羧基生物等排体的变化,产生的候选化合物均因体内利用度或毒性或稳定性等亟待要解决的生物学问题而未进入临床评价。因此,寻找新的结构修饰途径和方法,获得新结构的先导化合物可能是解决成药性问题的关键。基于已有的抗肿瘤氟喹诺酮构-效关系,C-3位羧基并非是抗肿瘤活性所必需的药效团,可用其等排体替代。本论文为进一步发现氟喹诺酮新的修饰方法,结合查尔酮类化合物的结构特征及其广泛的抗肿瘤活性,通过对抗菌氟喹诺酮C-3羧基的修饰,发展了一类新型结构的氟喹诺酮类查尔酮衍生物,并经目标化合物的体外抗肿瘤活性筛选结果,评价了结构修饰的合理性,为未来新化合物的设计提供依据。1.目标化合物的设计与合成本文以商业氟喹诺酮羧酸为原料,经亲核取代、硼氢化钠还原脱羧,得到中间体C-7二乙醇胺二氢氟喹诺酮,再与芳香醛发生Claisen-Schmidt反应,得到相应的查尔酮类似物,产物经IR,1HNMR光谱数据进行表征。2.体外抗肿瘤活性评价采用MTT实验方法,测试了新合成的28个化合物对人Panc胰腺癌、T24膀胱癌、PU145前列腺癌、HGC27胃癌、Capan胰腺癌体外生长抑制活性。结果表明,大部分化合物对人Panc胰腺癌、T24膀胱癌、PU145前列腺癌、HGC27胃癌、Capan胰腺癌均具有较强的生长抑制作用。3.结论本文设计合成了28个C-7二乙醇胺取代的氟喹诺类酮衍生物,经1H-NMR、IR、光谱数据确证为目标化合物。体外抗肿瘤活性测试结果显示,对人五种癌细胞均有不同程度的抑制作用。表明C-3羧基和C-7哌嗪基并非是抗肿瘤所必须的基团,分别可以用亚甲基和二乙醇胺基替代。
程宇[8]2017年在《喹诺酮-3-唑类新化合物的设计合成及其抗微生物研究》文中认为喹诺酮是一类含有苯并吡啶酮酸结构的人工合成抗菌剂。因具有较好的口服和非肠道活性、宽广的抗菌谱、临床上可实现的剂量、相对低的耐药水平、独特的分子作用模式、容易的合成方法、很高的安全性等许多优点,常被用于治疗革兰阳性菌、革兰阴性菌和厌氧细菌等引起的感染性疾病。但随着临床上大量使用、甚至滥用,喹诺酮耐药性问题日趋严重,再加上新的有害病原菌不断产生,这些都严重威胁喹诺酮药物的使用。因此,开发结构新颖、耐药性小、药理学性质好、活性高的喹诺酮活性分子成为热门研究课题。唑类化合物作为重要的结构片段在药物设计和合成中发展迅速。许多唑类化合物都已成功开发,被广泛用于临床治疗各种疾病如抗菌、抗癌、抗寄生虫和抗炎等。尤其作为抗微生物试剂,大量氨基噻唑和甲硝唑衍生物如头孢他啶、头孢唑胺、卡努康、氨曲南、奥硝唑和奥克硝唑等在抗感染性疾病中起重要作用。这些药物在临床上的成功催生了一大批具有强活性的类似物。其中最常见的得到此类新分子的方法是基于现有临床药物引入氨基噻唑或甲硝唑片段来提高生物活性、降低微生物耐药性形成几率,从而构建新的生物活性分子。因此,本文以喹诺酮为先导化合物,基于国内外相关研究近况,结合喹诺酮耐药性形成机制,根据药物设计相关原理,对喹诺酮3-位进行结构修饰。设计合成了一系列新型喹诺酮-3-氨基噻唑和喹诺酮-3-甲硝唑化合物,评估了目标化合物抗微生物活性,筛选出高活性分子并进行构效关系分析,研究了高活性分子的生物相容度及微生物耐药性,揭示了高活性分子的量子力学性质并从分子层面和轨道层面对高活性分子生物特性进行解释,探索了高活性分子抗微生物作用靶点和作用机制,主要工作总结如下:(1)喹诺酮-3-唑类新化合物的合成(A)喹诺酮-3-氨基噻唑新化合物的合成:原甲酸叁乙酯、醋酸酐和乙酰乙酸乙酯作为起始原料发生脱水缩合反应,以较高收率得到中间体II-1,然后再与2,4-二氟苯胺发生亲核取代反应以80%左右的收率得到化合物II-2。得到的化合物II-2在二苯醚为溶剂、250 oC条件下环化得到3-乙酰基喹诺酮II-3,再与不同的烷基卤以及苄基卤发生N-烷基化以及N-芳烷基化反应得到化合物II-4a-h和II-7a-f,然后在醋酸作溶剂室温下经溴化反应得到化合物II-5a-h和II-8a-f。最后,化合物II-5a-h和II-8a-f与硫脲在乙醇作溶剂,60 oC下环化得到目标分子喹诺酮-3-氨基噻唑II-6a-h和II-9a-f,收率在50%至60%之间。(B)喹诺酮-3-甲硝唑新化合物的合成:以醋酸酐、乙酰乙酸乙酯和原甲酸叁乙酯为起始原料经过缩合反应得到中间体II-1,然后再与不同取代的苯胺在120oC条件下反应得到化合物III-1a–k,然后以二苯醚作溶剂、250 oC下回流得到3-乙酰基喹诺酮III-2a–k。化合物III-2a–k在DMF做溶剂、碳酸钾作碱条件下与溴乙烷发生N-烷基化反应得到中间体III-3a–k,然后在醋酸作溶剂进一步用液溴溴化得到二溴化合物III-4a–k。二溴化合物然后以THF作溶剂、叁乙胺作碱以及亚磷酸乙酯作为还原剂得到一溴化合物III-5a–k。2-甲基-5-硝基咪唑在DMF作溶剂、碳酸钾作碱60 oC下搅拌一小时后将温度降至零度,30分钟后加入一溴化合物反应得到2-甲基-5-硝基咪唑取代的喹诺酮化合物III-6a–k。然后乙醇做溶剂用NaBH4在0 oC下还原III-6a–k得到喹诺酮-3-甲硝唑III-7a–k。其中目标化合物III-7j在以DMSO为溶剂碳酸钾作碱氧化亚铜作为催化剂条件下与不同的环胺反应得到另外叁个喹诺酮-3-甲硝唑III-8a–c。(2)所有的目标化合物均经IR、NMR和HRMS等波谱手段证实。(3)喹诺酮-3-唑新化合物抗微生物活性分析(A)喹诺酮-3-氨基噻唑新化合物抗微生物活性分析:N-1位炔丙基修饰的化合物II-9f显示出广谱和强的抗微生物活性。其对伤寒杆菌的抑制能力很好,MIC=1μg/mL,活性分别比参考药物氯霉素和诺氟沙星高32倍和4倍。此外,MRSA对化合物II-9f也非常敏感(MIC=8μg/mL),活性与诺氟沙星相当。另外,与两种参考药物相比,该化合物对痢疾杆菌和铜绿假单胞菌,也表现出相当甚至更好的活性。相比与参考药物氟康唑(MIC=256μg/mL),化合物II-9f(MIC=8μg/mL)抗黄曲霉菌活性比氟康唑高32倍。此外,目标分子II-9f对于其他真菌也表现中等到好的抑制能力,MIC=8–32μg/mL。(B)喹诺酮-3-甲硝唑新化合物抗细菌活性分析:化合物III-8c显示出好的广谱和高效的抗菌活性。其对金黄色葡萄球菌菌株表现出显着的抑制作用,MIC值为1μg/mL,活性比诺氟沙星(MIC=4μg/mL)高4倍。此外,MRSA对化合物III-8c(MIC=4μg/mL)比对诺氟沙星(MIC=8μg/mL)更敏感。在所有的目标化合物中,III-8c对于痢疾杆菌的抑制能力最强(MIC=2μg/mL),活性是参考药物诺氟沙星的8倍。(4)耐药性研究发现,相比于我们的活性分子II-9f、III-7k和III-8c,MRSA更易对临床药物诺氟沙星产生耐药性。杀菌动力学研究表明,活性分子II-9f的浓度为4倍MIC时,1小时后大多数MRSA被杀死,这表明该化合物对MRSA具有快速杀灭作用。体外细胞毒性研究揭示,活性分子II-9f、III-7k及III-8c没有细胞毒性。(5)膜通透性实验发现活性分子II-9f对革兰阳性菌(MRSA)和革兰阴性菌(B.typhi)细菌膜均有一定的作用。分子对接表明,化合物II-9f可与拓扑异构酶IV-DNA络合物之间发生氢键作用和疏水相互作用。化合物III-8c也可与拓扑异构酶IV及DNA通过多种分子间作用力相互结合。化合物III-8c和HSA结合研究发现,III-8c与HSA之间的主要作用力类型为氢键和疏水相互作用。本论文共计合成化合物58个,目标化合物28个,其中喹诺酮-3-氨基噻唑化合物28个,喹诺酮-3-甲硝唑化合物30个。
王新[9]2010年在《氟喹诺酮酰腙的合成与活性研究》文中研究指明目前,抗肿瘤药物因选择性差或易产生耐药性而导致化疗指数低,因此,寻找新结构的抗癌先导物已成为药物化学领域亟待要解决的问题。喹诺酮或氟喹诺酮是一类以1,4-二氢-4-氧代-3-喹啉羧酸为骨架的全合成广谱抗感染药物,因其作用靶点拓扑异构酶(TOPO)与哺乳动物的具有相似性,而导致基于其作用机制的抗肿瘤喹诺酮化合物的研究。人们在转化抗菌氟喹诺酮到抗肿瘤氟喹诺酮的研究中,主要集中于对喹啉环的N-1位和C-7位的结构修饰,并相应合成了包括二环、叁环、四环等结构的抗肿瘤喹诺酮类化合物,但遗憾的是候选化合物因体内毒性与活性相平行或生物利用度低或体内易被代谢失活等问题而未进入临床评价。因此,寻找新的结构修饰途径,有可能在抗肿瘤氟喹诺酮的研究上获得新的认识,为进一步的深入研究提供依据。1.目标化合物的设计与合成以氟喹诺酮药物氧氟沙星和左氧氟沙星为原料,利用生物电子等排及活性拼合等药物设计原理,用酰腙替代喹啉环C-3位羧基得到相应的氟喹诺酮C-3酰腙类目标化合物,结构经1H-NMR、MS、IR光谱数据进行表征。2.生物活性研究2.1体外抗菌活性评价采用肉汤稀释法,研究了部分目标化合物对金黄色葡萄球菌(S.aureus ATCC29213)、大肠埃希菌(E.coli ATCC25922)及铜绿假单胞菌(P.aeruginosa ATCC2785)的体外生长的影响。结果表明,除仅有少数化合物对叁种试验菌株有很弱的生长抑制活性外,多数化合物对菌株的无生长抑制活性。结果进一步证实了氟喹诺酮C-3位羧基是抗菌活性所必需的基团。2.2体外抗肿瘤活性评价采用MTT实验方法评价了目标化合物对人肝癌细胞HEP-3B和人肝癌细胞BEL-7402的体外生长抑制活性。结果表明,氧氟沙星酰腙和左氧氟沙星酰腙类目标化合物对两种试验癌细胞表现出潜在的生长抑制活性。3.结论合成了20个目标化合物,其结构经光谱数据确证。虽然体外抗菌最低抑制浓度(MIC)均≥32 mg/L,无抗菌活性,但体外抗肿瘤活性结果表明,20个目标化合物中有2个化合物的半数生长抑制浓度(IC50)<10μM,9个化合物的IC50在10~50μM之间。因此,由以上药理实验数据得出,氟喹诺酮C-3位羧基虽是抗菌活性所必需的药效团,但并非是抗肿瘤活性所必需的基团,其抗肿瘤构效关系值得进一步研究。
倪帅帅[10]2018年在《靶向金黄色色素合成蛋白CrtN的苯并六元含氧脂肪环类抗MRSA候选药物：设计、合成和药理学评价》文中认为金黄色葡萄球菌是一种致病力及致死率都很高的革兰氏阳性菌,它能在抗生素环境下快速突变为耐药金黄色葡萄球菌(methicillin-resistantS.aureus,MRSA),近年来几乎所有上市抗生素都出现了相应的MRSA菌。为了缓解抗生素耐药造成的公众健康危机,开发一类有别于传统抗生素的新型治疗策略尤其迫切。细菌在生长和繁殖过程中会分泌出各种毒力因子,这些毒力因子不仅能随宿主环境变化进行自适性调节,为细菌营造出更适宜的生长环境,而且能够帮助细菌躲避宿主的免疫杀伤,更重要的是毒力因子不直接影响细菌的生长和繁殖。因此以毒力因子为靶点的新型抗细菌感染治疗策略,能够在“不杀菌”的前提下降低细菌对人体的伤害,并有效避免细菌的耐药性突变。金黄色色素是金黄色葡萄球菌体内特有的毒力因子,不仅能够帮助细菌抵御人体的免疫杀伤(ROS杀伤机制),还会加速人体器官和组织的坏死,因此通过阻断金黄色色素的合成和产生,能高效专一的治疗MRSA引起的感染和损伤。金黄色色素的合成通路受操纵子crtOPQMN调控,CrtN是其中最重要的色素合成通路之一。在课题组之前的研究中,我们通过自建“老药库”发现了已上市抗真菌药物盐酸萘替芬,能通过靶向CrtN来阻断金黄色色素的合成。我们以盐酸萘替芬为先导化合物,将其结构中的萘环替换成苯并脂肪环,发展了第一代靶向CrtN的苯并脂肪环类色素抑制剂,特别是候选药物44表现出了极佳的体内外药效。但是在随后的研究中,我们发现候选药物44存在水溶性差,心脏hERG毒性强等成药性缺陷。因此,本论文工作的主要目标就是发现一类具有良好体内外活性,同时能够克服第一代色素抑制剂缺陷的新型药物小分子。我们首先以同是苯并脂肪环衍生物的46为先导化合物,分析了化合物水溶性差的主要根源在于结构中存在疏水性苯并脂肪环,并验证性在46的结构中插入了一个亲水性氧原子,合成了具有苯并二氢吡喃新骨架衍生物60。60不仅保持了较好的色素抑制活性(IC50 = 4.6±0.2nM),同时水溶性比46提高了20多倍(13.2 mg/mL)。随后以苯并二氢吡喃为母核结构,在新化合物60的其他结构区域进行优化和改造,在保持其色素抑制活性和水溶性的基础上,改善心脏hERG毒性。在先导化合物46的烯丙基碳端位(A区域)引入环烷基、取代芳基及杂芳基等,设计合成了38个新衍生物(47-84),并考察它们对S.aureusNewman的色素抑制能力。测试结果不仅清晰的展示了化合物结构与抑制活性之间的关系,而且发现了 9个化合物的色素抑制活性达到了个位数纳摩尔级别,通过构效关系结果对化合物进行初步筛选后,4-二苯基取代基片段的化合物67表现出了最强的色素抑制活性(IC50 = 3.8±0.1nM)。随后将烯烃端位碳取代固定为对二苯基取代片段,开展了氮上(R)和链上取代变化(Linker)的考察。对这两部分的考察共合成了 10个化合物(85-94),根据色素抑制结果可知,氮上甲基被替换成氢原子、乙基或异丙基后(85-87),色素抑制活性丧失,链上双键被替换或剔除(89-93)也会丧失色素抑制活性,而引入共轭多烯基团后,色素抑制活性反而有所上升。色素抑制活性较好的衍生物53、56、57、58、59、60、63、66、67、81、88、94被优选进行水溶性和心脏hERG毒性方面的筛选,化合物67和88凭借出色的色素抑制活性、较低的hERG毒性和良好的水溶性,被选中进行随后的药理筛选实验。在CrtN酶抑制活性试验中,两个化合物均表现出较好的酶抑制活性(IC50<300nM)。在MRSA菌株色素抑制试验中,四组MRSA菌,USA400MW2、USA300 LAC、Mu50和NRS271菌株被用来考察化合物的色素抑制活性,结果显示67和88均表现出良好的MRSA色素抑制活性,但候选药物88在Mu50和NRS271菌株中的表现更佳(IC50 = 0.36±0.1 nM inMu50和IC50=0.4±0.1 nMinNRS271),我们将更有成药潜质的88作为候选药物开始进一步的考察。利用高效液相色谱法测定CrtM的催化产物,证明了候选药物88确实作用在CrtN色素合成通路。随后设置了四种不同的体外实验,详细考察与候选药物88共孵育的MRSA菌在免疫清除上的变化,综合各实验结果可知,候选药物88能够在“不杀菌”的情况下,极大的削弱了细菌的毒力和繁殖能力。鉴于第一代色素抑制体内药效评价中存在的缺陷,在本论文工作中,通过增加多种多重耐药MRSA菌株为受试菌、引入万古霉素和利奈唑胺作为阳性对照物、增加了对给药剂量(0.1mgb.i.d.和0.4mgb.i.d.)和给药模式(前给药模式和正常给药模式)的考察,全面评价了候选药物88的体内抗毒活性。实验结果表明候选药物88在S.aureus Newman菌株、中度万古霉素耐药MRSA菌株Mu50和重度利奈唑胺耐药MRSA菌株NRS271的小鼠感染脓肿实验中均表现出较好的治疗效果,甚至小剂量给药组表现出好于阳性药组的抑菌能力(部分脏器中抑菌率达到了99%)。为了进一步提高化合物水溶性,对88进行了盐型筛选,合成了 10类不同的盐型,结果发现88磷酸盐具有较好的水溶性(12.9 mg/mL)。以上实验结果都证明候选药物88可以作为抗毒力因子候选药物进行后续开发。在苯并二氢吡喃类衍生物设计中,通过在苯并脂肪环结构中引入亲水性氧原子,显着提高了化合物的水溶性,但是比较遗憾的是,由于在结构优化中引入了疏水的4-二苯基和共轭双烯,虽极大地改善了hERG毒性,但同时消泯了亲水性氧原子带来的水溶性提升。在本论文的第二部分工作中,为了进一步改善化合物水溶性,同时拓展第二代靶向CrtN金黄色色素抑制剂的骨架类型,我们再次以46为先导化合物,在苯并脂肪环结构中引入两个氧原子,设计并合成一类新颖的,具有苯并二恶烷骨架的化合物。苯并二恶烷候选药物的研究策略和发现过程与第一部分工作相同,共有46个新结构衍生物被合成并测试了S.aureus Newman色素抑制活性,其中有11个位数纳摩尔抑制活性的化合物被获得。通过构效关系结果筛选,活性较好的A05、A06、A37、A38(ICs0<3.5nM)被选取测试水溶性、心脏hERG毒性、体外酶活和其他MRSA菌色素抑制活性,候选药物A37在其中表现出最好的成药潜力,并进行了体外“不杀菌”免疫清除实验,实验结果可知,A37在“不杀菌”的前提下,高效的削弱了细菌在免疫环境下的存活能力。在体内药效实验中,候选药物A37依旧表现出色,实验结果显示大部分A37给药组显示出了良好的体内药效活性,小剂量给药组的体内活性好于提前给药组,甚至小剂量正常给药组活性和两个阳性药组相当。所有这些数据都表明候选药物A37是极具潜力的抗MRSA,VISA和LRSA感染的候选药物。本论文工作的创新性主要表现在以下3个方面:(1)在苯并脂肪环中引入亲水性氧原子,形成具有苯并二氢吡喃和苯并二恶烷骨架的第二代靶向CrtN金黄色葡萄球菌色素抑制剂;(2)克服了苯并脂肪环类色素抑制剂的缺陷,提升了候选药物的水溶性和改善了心脏hERG毒性;(3)优化了体内药效学评价模型,引入多重耐药菌株作为受试菌株,同时增加万古霉素和利奈唑胺为阳性药对照组。
参考文献：
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