【毕业学位论文】三嗪类化合物的合成及抗鸡球虫活性硕士论文

密级：秘密 论文编号： 中国农业科学院 硕士学位论文 三嗪类化合物的合成及抗鸡球虫活性 of 士研究生：冯 超 指 导 教 师：薛飞群 研究员 申请学位类别： 农学硕士 专 业：基础兽医学 研 究 方 向：药物化学 培 养 单 位：研究生院 上海兽医研究所 提交日期 2007 年 6 月 of s. ： ： ： 2007 中国农业科学院 硕士学位论文评阅人、答辩委员会名单表 论文题目 三嗪类化合物的合成及抗鸡球虫活性 论文作者 冯 超 专 业 基础兽医学 研究方向 药物化学 指导教师 薛飞群 培养单位（研究所） 上海兽医研究所 姓 名 职称 硕（博）单 位 专 业 签 名 仇缀百 教授 硕导; 博导; 上海复旦大学 医学院 药物化学 评 阅 人 虞心红 教授 硕导; 博导 华东理工大学 药物化学 答辩 主席 顾福康 教授 硕导; 博导; 华东师范大学 生命科学学院 生物化学与分子生物学 李绍顺 教授 硕导; 博导; 上海交通大学 药学院 药物化学 张大兵 教授 硕导; 博导; 上海交通大学 生命科学学院 生命科学 何国声 研究员硕导; 博导; 上海兽医研究所 预防兽医学 黄兵 研究员硕导; 博导 上海兽医研究所 预防兽医学 硕导 博导 硕导 博导 答 辩 委 员 硕导 博导 会议记录（秘书） 张可煜 论文答辩时间地点 2007 年 6 月 18 日 上海兽医研究所 独 创 性 声 明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下 进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果， 也不包含为获得中国农业科学院或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名： 冯 超 时间： 2007 年 6 月 19 日 关于论文使用授权的声明 本人完全了解中国农业科学院有关保留、使用学位论文的规定，即：中国农业科学院有权保留送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同意中国农业科学院可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 (保密的学位论文在解密后应遵守此协议 ) 论文作者签名： 冯 超 时间： 2007 年 6 月 19 日 导师签名： 薛飞群 时间： 2007 年 6 月 19 日 摘 要 鸡球虫病是对养鸡业危害严重的寄生虫疾病，全球养鸡业每年因此造成的损失达 20 亿美元 , 长期以来药物防治是对鸡球虫病最主要也是最有效的防治措施。但现有药物由于过度使用而产生了严重的耐药性，另外药物残留和成本也限制了抗球虫药的使用，而近些年一直没有新药上市。所以需要寻找新的抗球虫药物来解决目前的鸡球虫病问题，促进养禽业的发展。 我们通过对三嗪类活性化合物构效关系的分析研究，设计合成了生物和 2-34-(4氧基)- 苯基 ,4( 2H,4H)一类是将与心碳原子连接的氰基改造成为酰胺、羧酸和羧酸钠盐，后一类是在三嗪二酮环的 引入对位氨基取代的二芳醚结构。共合成 5 个化合物， 3 个为新化合物，并经过13 通过控制 水解条件分别合成了其衍生物 2,6-(44-1,2,4(2H,4H)苯乙酰胺(19) 和 2,6-(4,2,43,5(2H,4H)苯乙酸 (20)， 20 通过溶媒结晶法制备了其钠盐 21。 2-34-(4苯氧基)- 苯基 ,4( 2H,4H)22)是以对硝基邻甲苯胺为原料，经胺基氯代后与对乙酰氨基酚成醚，再经还原、成三嗪环、水解、脱羧得到中间体 2-4-(4氧基 ),43,5(2H,4H)3) ， 23 经酰化后得到目标化合物 22 22 抗鸡 验结果表明：化合物 19 的 180 以上，属高效化合物；化合物 22添加剂量为 10mg/ 50mg/，别为 193 和 195。而化合物 22添加量到为 50mg/， 达到 197，化合物 20 和 21 活性不理想。 关键词 : 抗球虫药，三嗪类化合物，构效关系，合成 I is a in of is at of is in of of In to In to we to to of of in -3 1,2,4(2H,4H)of by to -2 of of 13S. As 9 0 by 1 by 2-31,2,4(2H,4H)by by we 3. 2-a 2-b by 3 . On of of CI of 9 80, 2-a 0mg/kg 0mg/CI 93 95. 2-b 0mg/kg CI 97. 0 1 I 目 录 第一章 立题背景 1 1. 1 抗鸡球虫药物 1 1. 1. 1 鸡球虫病的危害及防治 1 1. 1. 2 鸡球虫药物的种类及特点 1 1. 2 研究意义与目的 4 第二章 研究进展 5 2. 1 抗鸡球虫活性化合物研究进展 5 2. 2 三嗪类化合物构效关系研究进展 7 2. 3 研究基础 11 第三章 生物的合成 12 3. 1 目标化合物的设计 12 3. 2 目标化合物的合成 12 3. 3 实验部分 13 3. 3. 1 2,6-(44-1,2,4- 三嗪( 2H,4H)苯乙酰胺 13 3. 3. 2 2,6-(44-1,2,4- 三嗪( 2H,4H)苯乙酸14 3. 3. 3 2,6-(44-1,2,4- 三嗪( 2H,4H)苯乙酸钠 14 3. 4 小 结 16 第四章 2-3 氧基 ),4( 2H, 4H) 17 4. 1 目标化合物的设计 17 4. 2 目标化合物的合成 17 4. 2. 1 路线 A17 4. 2. 2 路线 B19 4. 3 实验部分 21 4. 3. 1 2-(43基),4- 三嗪( 2H,4H)21 4. 3. 2 2-3 氧基),4( 2H,4H)- 二酮 23 . 4 小 结 26 第五章 抗鸡球虫活性试验 27 5. 1 生物的活性试验 27 5. 1. 1 试验药品与方法 27 5. 1. 2 试验结果与结论 28 5. 2 化合物 22 的活性试验 29 5. 2. 1 试验药品与方法 29 5. 2. 2 试验结果与结论 29 第六章 结 论 30 参考文献 31 附 图 36 致 谢 53 作者简历 54 c 酰基 球虫指数 Ar 基 133C 磁共振碳谱 较分子场分析 3维定量构效关系 喷雾质谱 1 1H 磁共振氢谱 效液相色谱 性判别分析 低有效浓度 元回归分析 Ph 基 最小二乘法 层色谱 甲基硅 嫩艾美尔球虫 in 内的 德迈尔反应 霉菌 尔曼反应 第一章 立题背景 第一章 立题背景 鸡球虫药物 球 虫病的危害及防治 球虫病是一种由单细胞寄生虫感染畜主肠道而引起的传染病（角田清 , 1986）。鸡球虫病是由孢子虫纲、艾美尔科、艾美尔属中的一种或数种单细胞寄生原虫寄生于鸡肠道上皮细胞所引起的传染性疾病（才凤峰 , 2004; 角田清, 1986 ）。鸡球虫病会导致鸡肠壁组织学上的变化而改变肠腔内的环境条件，使脂肪、矿物质、脂溶性维生素、氨基酸等营养物质的吸收出现障碍，从而使鸡的增重率下降、饲料转化率降低。目前已确认的鸡艾美尔球虫（ 7 种， 6 种具有致病性，其中柔嫩艾美尔球虫 （ 的致病性最强（才凤峰 , 2004; 甘德培, 1999 ）。在集约化养殖时，雏鸡和火鸡最容易感染球虫， 15 30 日龄的雏鸡发病率达80%，死亡率更是高达 30%。全球每年因球虫病而造成的损失高达 20 亿美元，抗球虫药物的花费每年约 8 亿美元（张祝明等 , 2005; et 2005）。 对鸡球虫的防制主要有药物防治和免疫预防两种途径，免疫预防方面尽管已经有强毒苗和弱毒疫苗等商品上市，但都存在着许多技术障碍和条件限制，长期以来药物防治是最主要也是最有效的防治措施（才凤峰 , 2004; 1990） ，抗球虫药的使用为养鸡业的发展提供了保障。 制药公司曾投入大量资金研制新的抗球虫药，但由于耐药性或交叉耐药性的产生和药效偏低等问题，近些年一直没有新的抗球虫药上市。 球 虫药物的种类及特点 自 1939 年发现磺胺类药物对球虫有治疗效果以来，先后出现了上百种不同种类的抗球虫药物，这些药物为鸡球虫病的防治起到了举足轻重的作用。目前仍在使用的抗球虫药大约有20 多种，基本都是九十年代以前发现的药物。 球虫药可按结构特点和生产过程分为两大类（甘德培 , 1999; 1990） ：化学合成类药物和聚醚类离子载体抗生素药物。化学合成类药物主要有磺胺类、硫胺类、双胍类、二苯脲类、喹唑酮类、三嗪类等几大类。代表药物有磺胺喹噁啉（ 、氨丙啉（ 、氯苯胍（ 、尼卡巴嗪（ 、常山酮（ 、妥曲珠利（、 地克珠利（； 聚醚类离子载体抗生素代表药物有莫能霉素（ 、马杜拉霉素（ 、盐霉素（ 。 (1) 磺胺类 磺胺类药物是最早的抗球虫化学合成药物，是控制和治疗球虫病暴发的首选药物，但长期应用会出现中毒症状（袁宗辉 , 2003） 。代表药物为磺胺喹噁啉（ （图 1其结构为喹噁啉与对氨基苯磺酰胺的偶联产物，是抗球虫专用磺胺药，对巨型、布氏和堆型艾美尔球虫作用最强。现在国内外主要使用磺胺增效合剂防治球虫病，如磺胺喹噁啉与氨丙 1中国农业科学院硕士学位论文 第一章 立题背景 啉合用可扩大抗球虫谱并具有协同抗球虫作用，混饮给药，每吨水含磺胺喹噁啉 180g、氨丙啉 240g。但耐药性较强，停药期 10 天。 胺喹噁啉(1) 的结构式1he 1) (2) 二苯脲类 二苯脲类药物主要指尼卡巴嗪（ （图 1（甘德培 , 1999; 袁宗辉, 2003 ） ，商品名球虫净。它是 4,4 2- 二甲基嘧啶（ 1 1 的络合物， 具有抗球虫作用，但络合后的 药效好于两者且不易产生耐药性，但在组织中有一定残留。饲料添加剂量为 125g/t，产蛋鸡禁用，停药期 4 天。 卡巴嗪 (2)的结构式1he 2) (3) 喹唑酮类 喹唑酮类药物主要指常山酮（ (3)（程文虹等 , 2005） ，化学名称为： 673-3-(3啶基)- 丙酮基3H)图 1，商品名速丹。从药用植物常山（ 提取出来的一种生物碱，为广谱抗球虫药，不易与其它抗球虫药产生交叉耐药性。其最低饲料添加量为 3g/t，产蛋鸡禁用，停药期 4 天。 967 年完成人工全合成，现在由法国 司独家生产，由于合成工艺复杂，其成本较高，目前国内许多高校和科研院所都在研究其全合成工艺路线，希望能尽早国产化，降低成本。 2中国农业科学院硕士学位论文 第一章 立题背景 山酮(3)的结构式 1he 3) (4) 三嗪类 三嗪类药物是目前的应用最广的一类抗球虫药物，其作用机理独特 （才凤峰 , 2004） ，具有干扰虫体细胞核的分裂和线粒体呼吸代谢的功能，能杀死球虫所有细胞内发育阶段的虫体，对球虫轻度及重复感染均有高效，而不是像其它药物那样只有抑制球虫的作用。三嗪类的代表药物是 妥曲珠利（ 4）和 地克珠利（ 5） （见图 11- 甲基 间甲苯基,5- 三嗪 2, 4,6(1H,3H,5H)985 年由德国司开发，对多种家禽的 用剂量为 25g/t。 2,6-(44-1,2,4 三嗪 (2H,4H)- 二酮基 苯乙腈 ， 1988 年由比利时 是一种高效、低毒的广谱驱球虫药，饲料添加量为 1g/t。 本研究室于九十年代初成功开发了 得国家二类新兽药，并实现了工业化生产。 曲珠利(4)和 地克珠利(5)的结构式1he 4) 5)(5) 聚醚类离子载体抗生素 聚醚类离子载体抗生素药物的化学结构上含有一个末端的羧基和多个四氢呋喃和四氢吡喃环，其作用机理（甘德培, 1999; et 1988）是药物与 K+、 在虫体内起重要作用的阳离子结合形成脂溶性络合物 , 协助阳离子进入虫体内, 破坏细胞内外的正常离子平衡 , 使细胞内外形成渗透压差 , 大量水分进入 , 最后导致虫体细胞破裂死亡，但相同的作用机制使这类药物容易产生交叉耐药性。另外，此类药物对家禽的毒性都比较大，必须精确计量，以防中毒。代表药物为莫能霉素（ 、马杜拉霉素（ 、盐霉素（ 。 3中国农业科学院硕士学位论文 第一章 立题背景 能菌素 (6)的结构式1he 6) 究意义与目的 抗球虫药对于减轻球虫病的危害、确保养殖业的发展起到了极大的作用，全球每年在球虫药物上的花费有数亿美元。但研究证明（张祝明等 , 2005; et 1990），化学合成药物的长期使用会引起球虫产生耐药性，如 妥曲珠利 和磺胺喹噁啉。球虫耐药性的产生，会直接导致抗球虫药使用年限的缩短，防治失败或效果不佳，引起临床或亚临床鸡球虫病，造成巨大的经济损失 , 抗球虫药的耐药性已成为球虫病防治中最严重的问题。而离子载体抗生素类药物用药安全性低、药效范围窄，对受药动物以及其它畜禽和人的伴随或无意间接触或摄入所造成毒性危害。另外，有些药物如尼卡巴嗪和莫能霉素的用量很大，饲料添加量在 120g/在动物可食性组织中的残留很容易超标，直接影响人们的身体健康。 我国是世界养鸡业大国，饲养总数近 70 亿羽，很多养鸡场饲养规模大、密集程度高，造成的球虫病危害严重。但国内的抗球虫化学药物发展比较滞后，没有自主知识产权的一、二类新药，满足不了国内市场的需求。所以需要寻找新的抗球虫药物来解决这些问题，促进养禽业的发展。 本课题组一直关注鸡球虫药尤其是三嗪类药物的研发和使用，针对目前使用的球虫药存在的耐药性严重，成本高，药效偏低等问题。我们希望通过对三嗪类抗球虫活性化合物构效关系的分析研究，设计合成出新结构的化合物，以筛选出高活性的化合物和新的先导结构。 4中国农业科学院硕士学位论文 第二章 研究进展 第二章 研究进展 如上章所述，目前的抗球虫药物由于存在耐药性及药效低、成本高等问题迫切需要寻找新的药物。近些年药物化学家在已有药物的结构改造及寻找新的抗球虫先导化合物方面作了大量的工作，取得了很大的进展 （ et 2002； 2000； et 2003; et 1998; et 2006; et 2006） ，发现了氨基喹啉类、 1,4前正在进一步研究其构效关系，以提高活性。而对于现有活性化合物的结构改造主要是对三嗪二酮类（ 6合物， . 1977; 1979; 1980; 1981; 1983）和 . 1991; 1992）在三嗪类化合物的合成和构效关系研究方面进行了大量的工作，并取得了很大进展。 鸡球虫活性化合物研究进展 近十几年来，对于新结构的抗鸡球虫活性化合物的寻找，药物化学家投入了很大精力，并取得了实质性进展，发现了几类有价值的先导化合物，其中 998; 1999）发现氨基喹啉类化合物的抗球虫活性， 2003）发现 1,41985）发现微生物代谢而产生的吡喃萘醌类抗生素富伦菌素 B （ ）具有抗鸡 96。（1）氨基喹啉类化合物 组（ 1998; 1999）以氨基喹啉类化合物及其代谢产物为先导化合物来寻找抗鸡球虫活性化合物（见图 2。戊胺喹（类化合物 7 的 合物8 是 7 的代谢产物，是从鸡的粪便中分离出来的，其 25 mg/过改变 引入卤原子或羟基等，化合物的体内 12 25mg/间。合成出来的几类化合物的活性虽然不是很理想，但是对氨基喹啉这类化合物， 组确定了其 的活性位点为甲氧基，胺基应有 4 6 个较长的碳链等结构特征，为下一步的研究奠定了基础。 基喹啉类化合物 79 的结构式 2he 9 5中国农业科学院硕士学位论文 第二章 研究进展 （2）1,42003）研究 1,4图 2体内外抗球虫活性时发现，所有具有抗球虫活性的化合物都含有 3导结构 10） ，而所有不含 30g/除 3基或烃基等集团取代，这些化合物体外抗球虫活性较好，0mg/体内抗球虫活性的 00mg/进一步的研究。不过前期工作明确了 1,4环间要有 3 4 个碳的碳链长度，不饱和二稀的结构和吡啶环的取代。 图 2化合物 11 和 12 为先导物， 2被甲基、甲氧基、硝基、氰基等基团所取代，得到系列化合物。这些化合物与结构 10 的衍生物活性特点类似，虽然有一定的体内活性， 0 20mg/体内活性不佳， 00mg/ 1 12图 2类先导化合物的结构式 2he 3）富伦菌素 B 富伦菌素 B（ ）是一种由土壤中分离的链霉菌（ 代谢物中分离提取的吡喃萘醌类化合物（见图2。 1985）发现具有抗鸡 196，从而确定它是一类很有研究价值的抗球虫先导化合物。 已经完成了人工全合成 , 其构效关系的研究也取得了一定进展 （ et 1995; et 1992; et 2000） 。 近来的研究又发现（ et 1987） ，该化合物与离子载体类抗球虫药物联合使用对因长期使用离子载体类抗球虫药而导致的耐药虫株有很好的疗效；与磺胺类联合使用对磺胺药的抗球虫活性有很好的促进作用。 的结构式 2he 6中国农业科学院硕士学位论文 第二章 研究进展 总之，近十几年来，为寻找新的抗球虫药物，药物化学家进行了大量的基础研究，发现了氨基喹啉类、芳基丁二烯类等几类化合物有抗球虫活性球虫，通过研究构效关系，不断优化结构。但由于研究时间还比较短，目前合成的化合物的药效还没有达到目前使用药物的水平，但已经看到了很好的苗头，我们相信通过进一步的研究一定能发现高活性的化合物。 嗪类化合物构效关系研究进展 三嗪类抗球虫药物 后又有五十多个三嗪类化合物被合成出来，有些化合物的活性不弱于但由于体内代谢缓慢及毒性、致畸等副作用 , 至今还未有新的三嗪类药物出现，但这类化合物的构效关系研究一直没有中断过。引入芳环 . 1977） 66身具有一定的抗球虫和促植物生长活性，早期对 6式14a 14 50mg/ 6 倍。从分子的结构上分析，如同 2,46对嘌呤和嘧啶的氮原子进行芳基化可使其阻断相关酶的活性提高。实验结果证明 高到 60 mg/式 14d14 f。 1mg/14 3 250 14 250 14 3,4250 14 60 14 60 14 60 7中国农业科学院硕士学位论文 第二章 研究进展 引入硫代苯 . 1981）在 6引入含苯砜、亚砜或苯硫代物可使化合物的抗鸡球虫效果比 6且比以往化合物的血液半衰期（ 短。虽然苯硫代物在动物体内会迅速氧化代谢成苯亚砜或苯砜，但体内活性试验表明苯硫代物的抗鸡 从以往的研究结果中（et 1977）总结出， 苯环的亲脂性强弱对化合物的活性影响比较大；在 苯环的上的 外苯环对位引入第二个苯环或杂环后对活性有进一步的提高。根据以上分析， 5a 15g。抗鸡 心苯环的 硫代物的活性比苯亚砜和苯砜要高。而且苯硫代物有更强的亲脂性，更易被吸收，但它在动物体内会很快氧化代谢成亚砜或砜，而后者很可能对活性位点靶酶的适应性更好，是更好的酶抑制剂。 化合物 15 15 低于 1mg/ 6000 倍和 2000 倍，从药效方面来说 引入硫代苯是很成功的结构改造，但是 15六周龄肉鸡体内有长达 47 15然只有 16h 的血液半衰期，但实验室在对八周龄肉鸡的长期试验结果表明：即使是很低的用量都会使肉鸡出现中毒的症状。 )1 n X mg/15 H 2 15l 5l 5 15e 15l 0 5e 5l H 0 8中国农业科学院硕士学位论文 第二章 研究进展 引入二苯甲酮 1983）了 6的另一种修饰基团二苯甲酮基，代谢研究表明二苯甲酮的羰基在动物体内会被迅速代谢还原成醇 , 二苯甲酮衍生物从构效关系