（农药学专业论文）新型哒嗪酮类化合物的设计、合成及构效关系研究.pdf

南开人学博士 学位论文 论文摘要 ri 汉交c h s 夕咬 ; 沃 r ， c h 3 _ 卜n k j、 = 少n二 k 2 n 人s h 初步生测结果表明， 部分化合物具有良 好的杀菌， 植物生长调节和除草活性。 其中有2 1 个化合物的生物活性达到a级， 可望作为先导化合物进行进一步研究， 论文还探讨了各类目 标化合物的构效关系，并对其中的两类化合物进行 2 d - q s a r研究，建立了 较好的结构与活性相关式。 测定了化合物n - ( 1 - ( 4 - 氯代苯基)- 1 , 4 一 二氢- 4 一 哒嚓酮- 3 - 拨基)- n苯甲 酞胳和 n - 叔丁基一 n -( 1 一( 4 - 氯代苯基)一 1 ，4 一 二氧- 4 - 哒啧酮- 3 - 拨基)- n，- 2 , 4 一 二 氯 苯 甲 酞 v 的 单 晶 结 构 少 关 键词: 哒啧酮 衍生 物， 联二 杂 环化合 物， 吾 添洲 设 钊， 生 物活 性， 定量结 构一 活性关系，单晶结构。 南开大学博 学位论文 a h s t r a c d e s i g n , s y n t h e s i s a n d s t r u c t u r e - a c t i v i t y r e l a t i o n s h i p s t u d i e s o n t h e n o v e l p y r i d a z i n o n e p h . d c a n d i d a t e x i a j u a n z o u c o m p o u n d s s u p e r v i s o r g u i y u g i n ab s t ract p y r i d a z i n o n e d e r i v a t i v e s r e p r e s e n t o n e o f t h e m o s t a c t iv e c l as s e s o f c o m p o u n d s p o s s e s s i n g a b r o a d s p e c t r u m o f b i o l o g i c a l a c t i v i t i e s . t h e y a r e w i d e l y u s e d i n p h a r m a c e u t ic a l s a n d a g r o c h e m i c a l s . s i x s e r i e s , w h i c h i n c l u d e s e v e n t e e n k i n d s o f n o v e l i - a r y l - 4 - o x o - p y r i d a z i n e c o m p o u n d s c o n t a i n i n g 1 3 5 c o m p o u n d s , w e r e d e s i g n e d a n d s y n t h e s i z e d . s o m e o f t h e m a r e n o v e l d i - h e t e r o c y c l i c c o m p o u n d s c o n t a i n i n g p y r id a z in o n e . t h e i r s tru c t u r e s w e r e c h a r a c t e r iz e d b y ( h n m r , i r a n d m s s p e c t r o s c o p e s . f o r m u l a e o f t a r g e t c o m p o u n d s w e r e i l l u s t r a t e d as f o l l o w s : c o n f nh z ( h i 0 )cnhn=ch一 心 r = c n h n (c o o c z h s )i11 r 浅“0 hn n c二q i i c _ 甲 - n h - 下创, o b u - t nh n - co c二q 比 c bu -t o cnhnh( q r2 cnhnhb. ilo 日o ljo i i i cnhnhcnh 曰曰叼 日o 南开大学博 卜 学位论文 a h s t r a c t i v =0 n h 人一 尸 n 人n h z v nih n h 人_ 尸 vi 0 n n r 2 n 人s h p r e l i m i n a r y b i o a s s a y s h o w e d t h a t s o m e o f t h e m h a v e f u n g i c i d a l , p g r a n d h e r b i c i d a l a c t iv i t i e s . 2 1 c o m p o u n d s r e a c h t o t h e g r a d e o f a a n d c a n b e f u r t h e r i n v e s t i g a t e d a s l e a d c o m p o u n d s . i n a d d i t i o n , t h e s t r u c t u r e - a c t i v i t y r e l a t i o n s h ip o f t h e t a r g e t c o m p o u n d s , i n c l u d i n g t h e 2 d - q s a r o f t w o s e r i e s , w a s d i s c u s s e d . c ry s t a l s t r u c t u r e s o f c o m p o u n d s n - 1 一 ( 4 - c h l o r o p h e n y l ) 一 1 ,4 - d i h y d r o - 4 - o x o - 6 - m e t h y lp y r i d a z i n e - 3 - c a r b o n y l - n- b e n z o y l h y d r a z i n e a n d n - t e rt - b u t y l - n - 1 - ( 4 - c h l o r o p h e n y l ) 一 1 , 4 - d ih y d r o - 6 - m e t h y lp y r i d a z i n e - 4 - o x o - 3 - c a r b o n y l - n 一 ( 2 ,4 - d i c h l o r o b e n z o y l ) h y d r a z i n e w e r e d e t e r m i n e d . k e y w o r d s : p 州d a z i n o n e c o m p o u n d s , d i - h e t e r o c y c l i c c o m p o u n d , s y n t h e s i s , d e s i g n , b i o l o g i c a l a c t i v i t y , q s a r , c ry s t a l s t r u c t u r e . 南开大学博 1 了 学位论文 第一章 第一章 文献综述及论文立题思想 第一节新农药创制的现状、方法和发展趋势 一、现状 解放以来，我国农药工业从无到有，发展迅速，对我国工农业生产作出了很 大贡献。 现今从生产吨位来看，已居世界前列， 但由于产品结构不尽合理， 其年 产值仅占世界农药销售额 ( 3 1 2 亿美元) 的3 . 5 %， 其原因之一是不少农药品种是 国外早己淘汰的高毒品种。 我国农药行业面临参加世贸组织、 国际知识产权和环 境保护的挑战， 外国研制新一代农药品种进入国内市场日益增多， 加上国内企业 之间无序竞争等，导致利润下降。由于国际公认新农药创制具有投资大周期长、 风险高的特点， 目 前我国农药企业尚未成为新农药创制的主体。 近年国家决定并 相继成立国家农药工程中心， 国家南方新农药创制中心实是一个可喜的开端。 长 期以来， 在十分艰难的条件下， 我国科技人员开展了一些创制工作， 但不少仍囿 于外国的设计思想。 在我国真正的新农药创制体系和相应的风险投资基金还未建 立起来，这和我国日 益增长的国际地位很不相称。 二、方法 新农药品种的创制是一项大规模跨学科、跨专业的、复杂的系统工程，整 个过程可 分为“ 研究” 和“ 开发” 两 个阶 段。 研究阶段包括如 下几个步 骤 z 3 : 创制目标的确定峥先导化合物的选择分新化合物的设计与合成峥生物活性 筛选斗高效化合物的选定分药效大田实验及毒性实验 在新农药创制中最重要的一环是先导化合物的产生和先导化合物的优化， 这是两个相继进行互相联系， 有时又需不断循环的 研究过程。 先导化合物是指通 过各种方法或手段确定的具有某种生物活性的化学结构。 先导化合物未必是可实 用的优良 药物， 它们可能由于活性不强， 作用的特异性低， 药代动力学性质的不 合理或毒性较大等缺点，不能直接药用，但作为新的结构类型和新的线索物质， 对下一步结构改造和修饰，即先导化合物的优化，却起着很重要的作用。 先导化合物可以是天然生物活性物质，或是根据生物化学和药理学原理衍 生出来的结构， 也可以是根据化学的或物理化学的理论产生， 或者是从已知活性 的药物或化合物结构中，提取出决定生物活性有共同性的部分结构拼接而成。 至于对先导化合物进行优化，则前人积累的各种经验性规律具有重要的借 南开大学博士学位论文 第一章 鉴作用。特别是医药的开发历程对于农药的创制研究具有极为重要的参考意义， 由于医药的发展较农药为快， 对它的成功实例的研究将有助于农药创制研究。 回 顾许多药物开发的历史， 可知其都有各自 的必然性， 对这些背景材料加以系统化， 总结出经验规律，即结构与生物活性间的关系，并利用这些构一 效关系加以引伸 或扩展进行优化设计，是获得药物行之有效的方法。 ( 一) 、先导化合物的产生 先导化合物的产生有五种途径:随机合成筛选、类同合成、天然活性物质模 型、生物合理设计以 及离体筛选法， 简介如下: 1 .随机合成筛选 随机合成筛选是发现先导化合物的最基本的经典途径，它具有非定向性和 广泛性的特征。 其内容包括新化合物分子设计和合成以及生物测试: 其目的是发 现化合物的生物活性。 此法的特点是思路广阔、 发现新颖化学结构及生物活性的 机会多;其缺点是工作量大、投资多、相对成功率低、易入研究误区等。 该方法的 设计思路包括: ( 1 ) 、 在分子结构中引入过去农药分子中少见的元 素; ( 2 ) 、设计和合成各种新颖的杂环化学结构; ( 3 ) 、 利用化工产品的副产物; ( 4 ) 、立体化学思路; ( 5 ) 、 模拟天然生物活性化合物的化学结构， 通过全合成、 半 合 成技 术 进 行 结 构的 衍生 改 变。 ( 6 ) 、 亚 结 构 连 接思 路。 锐劲特和 r h 5 9 9 2就是典型的随机筛选的，锐劲特原是考虑为除草剂开发 的;而r h 5 9 9 2 则是由 特丁基阱为原料进行合成时所得副产物。 值得一提的是，近年来在随机合成中也用 “ 组合合成”方法，合成具有许 多化合物的 “ 化合物库” ，通过 “ 化合物库”的生物活性筛选来寻求的新先导化 合物， 有文献介绍了用固相合成法合成并筛选出高效除草活性的新先导化合物。 2 . 类同 合成 在开发新农药的过程中，避开他人专利的保护，合成与已知专利或其它文 献中报道的化合物结构相似的化合物， 也是开发新农药的一种重要的方法， 即通 常所说的模仿法或类同合成法。 这种方法的设计思路可分为两个层次: 低层次的 分子设计是保留基本的化学结构， 只改变个别基团或亚结构， 合成同一系列的衍 生化合物， 从中探寻新品种; 较高层次的分子设计是对已开发品种的分子结构进 行较大的改变， 包括骨架结构的改变，以谋求新的二次先导化合物， 进而开发出 新型化学结构的品种。 南开人学博 卜 学位论文 第一章 类同合成法有两种主要的途径:一 是亚结构连接法;二是利用生物等排原 理改变结构。 其中亚结构连接法是将两种或更多的己知有效结构进行各种方式的 连接， 用生物测试来观察新化合物的生物活性。 生物等排 4 是由f r i e d m a n 首先提 出的， 该学说认为具有相似的物理或化学性质的基团或分子会产生大致相似或相 关的或相反的生物活性。 根据这样的假说对某个己知的农药品种进行基本骨架的 改变， 使设计的新型结构关键部分仍然保持生物活性的相似性。 这种方法设计出 的新型结构与原来农药相比面目 全非， 但实际上还保持内在的共性联系， 因此具 有相似的生物活性。 利用生物等排原理的设计途径是一种高层次上的农药分子设 计方法，在先导结构优化研究中具有应用广泛和潜力大等特点。 王大翔、刘长令等人认为，类同合成法最适合我们的国情，是我国新农药 创制中 选 择先导 化合物的主 要方 法4 . 5 。 杀 靖剂 哒蜗酮及n c - 1 7 0 , n c - 1 8 4 的开 发就是一例5 9 , 6 0 我国的农药研究工作者应用这种方法己成功地创制了多个农药品种，如沈 阳 化 工 研究院 的 李宗 成 等 创 制开 发 的丙 烯酸醋 类 杀菌 剂s y p - z 0 7 1 : 沈阳 化工 研 究院的刘长令等应用类同合成法，于 1 9 9 4年选择发明烯酞吗琳类杀菌剂 s y p - l 1 9 0 . i n 0 2 0n o c h 3 s 0 2 n 能n h 资 9 2 8 2 5 s yp - z 0 71 3 、天然活性物质模型 天然生物活性物质模型的途径就是从生物合成的天然物质中发现生物活性 和选择先导化合物来开发新农药。 天然生物活性物质有微生物源、 植物源、昆虫 源、 动物源等。 天然生物活性物质是各种生物在生命活动过程中产生的化学物质， 其中包括生物本身的活性物质、 次生代谢物质等。 对天然活性物质开发有两种方 式， 一为直接利用的方式， 如微生物源的除草剂双丙胺磷，杀虫剂春雷霉素; 二 为开发利用方式， 即与人工合成途径相结合， 在确定药效之后， 将其化学结构作 为先导化合物模型， 用合成方法进行结构优化研究， 以期开发出性能比天然物质 更好的新农药。 作为合成化学品先导化合物的某些古老的植物性杀虫剂是非常突 出的， 最好的例子之一就是以天然除虫菊素开发的拟除虫菊酷，以及烟碱新 .日. 南开大学博 l 学位论义 第一章 烟碱类似物，香豆素 禾草灭 ( 除草剂) 等。1 9 9 8 年英国的j m c l o u g h 等研 究开 发的s t r o b i l u r in 杀菌 剂a z o x y s t r o b in 就是 这 样 成 功的 in 子 e c h 3 0 /ozc ,och3 粤 。 i io o耳 c h 3 02 c 夕 义 o c h 3 o s tr o b 同时还需要量子化学、 分子力学和计算机技术等方面的相关 知识，为其提供了强有力的工具。 由于农药作用的一些生物靶标的结构尚不清楚，故从目前来看，生物合理 设计作为一个新的思路途径尚处于探索发展阶段。 我所李正名研究小组成功地应 用分子合理设计， 对磺酞脉类除草剂进行再次优化 创制开发了磺酞脉类除草剂 9 2 8 2 5 9 ; 我所杨华铮研究小组成功地应用分子合理设计， 对 o 一 烷基一 。 一 芳基一 烷基 硫 代 磷 酞 胺 类 化合 物 进 行再 次 优 化， 创 制开 发了h 9 2 0 1 除 草 剂 叭 我所李正名院士、杨华铮教授领导的研究小组在这方面己开展了一些工作: 以 受 体结构 未知的乙 酞乳 酸合 成酶( a l s ) 为 研究对 象， 应用分子力 学、 量子化学、 比 较分子场分析( c o m f a ) 等方法， 全面系统地研究了 磺酞a, 稠杂磺酞胺以 及啼 吮( 硫) 醚等几 类典型的a l s 酶抑制剂的 结构与活 性关系， 并间 接进 行了a l s 酶 抑制剂的 分子设计” 。 此外， 他们还 建 立了 豌 豆光合作用光 系统i i d l 蛋白 的 三 维结构模型， 在此基础上采用生物合理设计， 开拓性地开展了新光合作用抑制剂 的设计与合成1 2 5 、离体筛选方法1 3 过去农药公司所得先导化合物均来自于化学样品的活体筛选， 但是随着组合 南开大学博士 学位论文 第一章 化学 ( 库) 和自 动化化学的发展， 人们对植物、 动物和菌类的遗传学和基因组知 识的不断增长，这些新技术不仅是用在微滴定体系中筛选出害虫种类的新方法， 而且是处理不同化学形式、低用量、高通量的能力提供了阶梯变化的离体方法， 也越来越重要地用于寻找先导物在特征过程的早期阶段的作用机制。 在过去，农药发明物的分子靶标对杀死害虫的化学抑制剂生效。当今，通过 分子遗传学的技术所产生的致死突变体， 己用于在化学抑制剂不存在的时候选择 潜在杀菌剂的靶标分子。 用现有的技术是不可能直接研究所有靶标害虫的， 但是 用有助于选择靶标分子的模型系统是必要的。 捷利康公司研究表明， 酵母菌是杀 菌剂发明物的一个有价值的模型生物体;该公司还用高通量筛选方法测定电子- 传导链上的染色体i 和染色体m的抑制剂。 将遗传学的信息用于菌类的模型和害虫类型对先导物的产生十分有用， 基因 技术的革命， 意味着不久的将来可以进入致病菌的基因中并应用它， 例如， 不仅 使用基因剂量方法来测定先导物的作用机制， 而且用于筛选的初级阶段。 基因重 组技术就意味着克服限制使用有效的靶标蛋白 质， 为离体筛选开辟了一个广阔的 空间，这将增加不同种类的靶标分子并允许设计抗性蛋白质的先导物。 ( 二) 、 先导化合物的优化 先导化合物优化是研究和开发新药的重要环节。由于先导化合物只提供一种 新作用的结构类型， 往往因作用强度弱、 药代性质不合理和 ( 或) 不良 作用的存 在不能直接临床使用， 需要对该先导化合物结构的改造或修饰， 以 优化出具有良 好的药效、 合理的药代和最低的毒副作用的新药结构。 通过这样的化学操作及生 物评价，既可能发现出决定药理作用的药效团、 药效片断或基本结构， 也会得到 在药效、毒性、 特异性、 作用时间等方面优于先导化合物的化合物， 而且还可能 在易服用、 化学稳定和方便易得等物理和化学性质方面有其优越性。 从而产生更 高一级的先导化合物，如此循环，直到找到可进行开发的新药为止。 1 、先导化合物优化的一般方法 先导化合物优化与先导化合物产生是相辅相成，相互渗透的，先导化合物产 生的方法也用于先导化合物优化过程。 1 ) 、局部修饰， 4 先导化合物优化进行的结构改造， 更多的是对原先导化合物分子做局部修饰 南开火学博士学位论文 第一章 或变换，包括改变分子的大小，柔性一 刚性的变换，增加或减少饱和碳数的同系 化合物， 链状化合物闭环或环状化合物剖裂，引入双键或手性中心的引入， 除去 取代有空间障碍的大体积基团， 基团位置或方向的改变。 改变分子的电 荷分布或 状态等，都是局部修饰的内容。 2 ) 、生物等排， f r i e d m a n首先提出生物等排 ( b i o i s o s t e r i s m) 概念。该学说认为具有相似的 物理或化学性质的基团或分子会产生大致相似或相关的或相反的生物活性。 分子 或基团的外电 子层相似， 或电子密度有相似分布， 而且分子的形状或大小相似时， 都可认为是生物等排体，或称作非经典的电子等排体 ( n o n c l a s s i c a l i s o s t e r s ) 。在 进行生物等排取代时， 基团的变换应考虑以下几方面: 基团的大小和形状， 包括 键角、 基团的长度和杂化的相似性;电性分布，包括可极化性、 诱导效应，电荷 和偶极性; 脂溶性、 水溶性、p ka 、 化学反应性和生物转化的相似性，以及氢 键的形成能力等。 这种取代的结果会得到相同或相似生物活性的化合物， 也可能 生成作用相反的拮抗剂。 生物等排转置换引起激动作用一拮抗作用的翻转， 成功 的例子很多，许多抗代谢物、抗维生素和抗激素往往需生物等排的置换而获得。 生物等排是定量构效关系研究的组成部分， 也是在缺乏足够的数据进行定量 分析时， 设计合成新的系列时常用的概念， 尤其值得注意的是由此产生的先导化 合物可以大幅度地摆脱原有先导结构的限制。 下面列举一些实例进一步说明这一 原理的应用。 阿扑吗 啡( a p o ) 中的 邻二 酚 基可 被各种基团 置 换， 如 倍高 利 得( p e r g o l i d e ) 结构中具有刚性毗咯乙胺片断，与a p o刚性儿茶酚胺片断相对应，是儿茶酚胺 受体激动剂。 倍高利得的垛环可认为是儿茶酚胺的“ 间位” 经基的生物等排体， 因而又合成了4 一 取代的叫垛多巴 胺激动剂， 是多巴胺d 2 受体激动剂。 因为这些 化合 物的p k a 值被认为是决 定药 效的 主 要因素， 而 这几个基团 又具有类 似的p k a 值，则认为这几个基团是生物等排体。 南开大学博学位论文 第一 章 c 氏s c h 3 r-n一r n一h 3 nih nh ch 7 qo hh 阿扑吗啡倍高利得多巴胺d 2 受体激动剂 由氨基啼咙. 氨基咪畔以及毗哇环也是多巴胺类苯酚环的生物等排体， 这也 是因为它们具有类似的p k a 值。 2 、定量构效关系的研究 1 ) 、 h a n s c h - f u j i t a 分析法” h a n s c h 和f u j i t a 从 热 力 学原 理出 发， 考 察 药 物 作 用的 条 件和 状 况， 认 为复 杂 结构的药物分子之所以呈现生物活性， 是因为它同作用部位的某些细胞成分或特 定的受体发生相互作用。 生物体是个由许多非均相组成的系统， 药物分子从给药 部位在转运到作用部位的过程中， 需穿越多个相膜， 发生与蛋白或生物膜的吸附 和解吸附， 和不同生物相之间的分配等过程， 而且在作用部位药物与受体相互作 用时，受体周围的非均相成份如分子、血清蛋白和脂质粒等会发生微扰作用 ( p e r tu r b a t i o n ) . 他们认为药物在体内的转运和与受体作用的过程，自由能变化或活化自由能 变化的内涵， 包括有药物分子在生物相中分配性质， 与受体分子的作用部位的电 性和立体效应的改变，也就是说药物的分配系数，电性参数和立体参数的改变， 直接影响药物的转运和受体作用的自由能变化。h a n s c h因此提出了包罗各种与 自由能相关的参数的普遍方程，亦即线性自由能相关方法( l i n e a r f r e e - e n e r g y r e l a t e d m e t h o d ) : lo g ( 1 / c ) = a ( l o g p ) z + b lo g p + p a + s e s + c 对于系列化合物，若只改变基本结构上的取代基，上面方程可简化为: lo g ( 1 / c ) = a 二 2 + b : + p a + s e s + c 式中， l o g p 为分配系数: 是取代基的 疏水性常数， 代表化合物的 疏水性质对转 运或与受体作用的影响;。 是h a m m e t t 方程取代基电性常数， 代表药物分子的电 j性对活性的影响;e s 是t a f t 基团立体常数， 代表药物分子的立体因素与活性的 关系; c 为常数，与化合物类型、测定生物活性所用的生物材料及试验条件等有 南开大 学博 学位论义 第一章 关。 方程中a , b , p 和 s 是表明各项因素的重要性的系数， 这些系数的大小 ( 包 括正值或负值)取决于化合物类型、生物系统和作用方式，并为是永远显著的， 这些系数使用最小二乖法， 经多重回归分析求出， 每个系数的显著性水平用统计 学方法判断，如t 和f 测验等。 线性自 由 能相关分析或h a n s c h - f u j i t a 分析法进行定量构效关系的操作可分如 下几个步骤: a 、从先导化合物出发， 根据药物化学原理和一定的规划，设计选择首批化合物 并加以合成; b 、用离体或在体内的生物系统，定量地测定和评价合成的诸化合物的活性; c 、测定或计算化合物的物理化学参数或取代基常数; d 、计算机驱动多重回归分析程序，用逐步展开或逐步回归方法， 求出某个或某 几个物理化学参数与生物活性成显著相关的h a n s c h 方程; e 、用得出的方程解释作用方式或作用机理， 预测新化合物的活性，并指导设计 下一轮合成的化合物: 在一定意义上讲，定量构效关系， 特别是线形自由能相关分析，是用最小的 合成和生物测定的代价，获取最大限度的信息量，从有限数量化合物结构变化- 物化性质变化一 生物活性变化的量变规律，及构效方程，预示未合成化合物的活 性，指示高活性化合物结构特征并推测药物的作用机理。 2 ) 、 三维定量 构效关系1 6 , 1 7 , “ 药物分子与受体间的相互作用是在三维空间进行的， 定量地描述三维结构 与生物活性间的关系， 需要对药物分子乃至受体分子的立体结构及相互之间的作 用方式有精 确的 表达。 h a n s c h - f u j i t a 分 析法 采用的 物理 化学参 数虽然 涉及到整体 分子的结构与性质，并且在研究酶及抑制剂相互作用时结合计算机图形学的应 用， 但基本是处理分子的二维结构， 以 致在研究构效关系时遇到构型 ( 如光学异 构或几何异构) 和 ( 或) 构象问题的困扰， 这是显而易见的。而且， 在应用方面 主要针对先导化合物的优化， 即在己知的药效母体结构的基础上作基团变换的同 源物设计与研究，难以创立崭新的或未知的药效母体结构，即产生先导化合物。 三维定量构效关系 ( 3 d - d s a r )以及三维药物设计是以药物分子和 ( 或) 受 南开大学博十学位论文 第一章 体分子的三维结构特征为基础，以处理分子的内能和 ( 或) 分子间相互作用的能 量变化为依据，分析与生物活性间的定量关系。 当受体结构己知时， 我们可以考察蛋白质一 药物分子或d n a 一 药物分子的相互 作用。 从原子水平了解的受体三维结构怎样被配体首先定位 ( d o c k ) 到受体部位， 通常用交互立体图形学方法，靠化学家的直观，用手将配体 “ 放到”受体部位， 由于可以有多种方位的放置，需要进行能量最优化。但受体一 配体复合物包含有 成千上百个原子， 不可能对构象作广泛的搜寻。 而且这种构象搜寻还因受体与配 体之间另外的平移和转动自由度而更加复杂。 刚性的配体和 ( 或) 受体在构象搜 寻的计算上比柔性分子简单得多。 经过以上操作如果得到比较合理的受体一 配体的几何配置后， 下一步是对配体 和围绕配体的受体原子作能量最低化 如果系列化合物 ( 即配体) 与受体结合和 相互作用能计算值与实验生物活性具有相关性， 表明这种结合是呈现生物活性的 物理化学本质， 并用此模型与未知化合物结合进行能量计算， 可预测化合物的活 性。 根据酶的三维结构和酶的活性部位( 包括识别和结合催化部位) 的基团配置， 电性疏水性和空间拓朴性， 利用计算机程序可直接衍化其结构互补的激活剂或抑 制剂的先导结构， 而无需借助酶底物分子结构做参考， 这是近年来发展的一种新 方法， 用这种方法衍化出可以同现有已知激活剂或抑制剂的基本结构迥异的一个 或数个 ( 彼此也相差很多) 结构框架， 虽然尚未获得成功的新药， 但有时会提供 崭新的人们未能预料的先导结构。 某些酶分子和个别受体的三维结构己阐明清楚， 但大多数受体蛋白 与膜的镶 嵌和 ( 或) 结合分离出受体分子往往失去固有的二级和三级结构。 所以， 大多数 受体蛋白的三维结构是未知的。 基因克隆技术对于解析受体蛋白的一级结构( 即 氨基酸顺序) 并进行毫克水平的制备表达， 虽己 有很大的进展， 但由一级结构到 三级结构的认定过程却缺乏理论的指导和可靠的手段。 在这种情况下， 药物化学 的药物设计需要有新的方法和手段。 由c r a m e r 研究提出的分析分子力场分析( c o mf a ) 是一种重要的3 d - q s a r 研究方法。 其根据是: 与同一受体发生可逆性相互作用的系列化合物， 主要是通 过静电作用、 疏水作用和 ( 或) 范德华力等非共价键起作用的。该系列分子与受 南开人学博士 学位论文 第一章 体之间的上述力场应当有某种相似性， 力场的大小及方向也应与生物活性值具有 相关性。 从而在不了解受体三维结构的情况下， 也可以建立起各种力场与生物活 性间的定量依存关系。所以由c o m f a得出的是个数学模型，用来可以 “ 勾勒” 出受体与配体结合的理化环境或理化特征， 也可以用此模型设计新化合物， 并预 测其生物活性强度。 三、新农药创制研究的发展趋势 现代农业生态系统的新概念并非是消灭害虫，而是将其降到不成灾害的水 平。 还由于全社会对环境保护日 益增长的关注， 从分子设计开始就应牢牢掌握以 ( 对环境友好) 作为创制新农药的首选指标， 应积极汲取最新的分子生物学的成 就， 充分考虑酶的差异性， 先导化合物选择性， 对候选取结构要尽早了 解其作用 机制， 代谢机制和在环境中的消长动态等。 创制工作自 始至终要考虑对新结构化 合物的安全评价和环境评价. 要积极开展生物合理设计， 提倡超高效性( u l t r a - l o w d o s a g e ) 农药， 大大缓和对环 境的 影响， 应开 展系 统总 结不同 化学 键和结 构单元 在环境中的降解规律。 鉴于对环境安全性已 提到最优先考虑的地位， 外国大公司创制一个新农药， 除了投入上亿美元，耗用8 - 1 0 年时间外，新筛选化合物的命中率 ( h it - r a t e )自 9 0年代初的一万分之一，提高到目 前的十万分之一。这样才能找到既对环境安 全，又有卓越性能的一个新农药品种以参加国际市场的激烈竞争。 近年的新技术如基因技术、重组技术，机器人自 动技术、高通量筛选系统、 基因组学、 组合化学以及生物信息学的相继出现正在悄悄地对新农药创制进行一 场全面高科技化的革命! 综上所述展望 2 1 世纪，可以 看到将来农药创制的发展趋势与传统的科研工 作相比己不可同日而语了。 对从事此领域的科技人员知识结构的高智能化， 仪器 设备的高技术化， 研究的高效率化， 都将有质的飞跃。 李正名院士对新农药创制 的新趋势的概括如下 9 : 数据库、网络 虚拟图书馆 南开人学博士 学位论文 第 一 章 第二节哒嗦酮类化合物的研究新进展 哒嗦，又名1 , 2 一 二嗦或邻二氮苯， 此名是由k n o r r 建议使用的_u 。第 一 个含 取代基的哒啧是由f i s c h e r 于1 8 8 6 年制备的 i ， 而哒嚓本身是由t a u b e r 于1 8 9 5 年制得2 ， 。化学家一雷蒙. 考斯特，他的一生对有机化学， 尤其是对哒啼类化合物 及杂环化合物的研究具有重大的贡献。他对哒嗦类化合物著有专著2“ ，同时由 他 创刊的杂环化学会志 ( j o u r n a l h e t e r o c y c l i c c h e m i s t r y )定期举办哒啧类化合 物的化学与药效的研讨会，到1 9 9 8 年己举办了六期研讨会。与1 , 3 一 二嗦和 1 , 4 一 二嚓相比， 哒啧在相当长的一段时间内， 在药物界及化学界没有引起足够的重 视。直到1 9 了 1 年，才找到第一个天然存在的哒嚎衍生物 ( 环已缩酚梭酸肤含有 一个六氢哒啧狡酸一 3 的特征次级单位) ，尤其是最近报道的第一例天然存在的、 具有杀菌活性的、完全为不饱和杂环的哒啧衍生物哒嗦霉菌素2月 ，引起了药 物界、 化学界对该类化合物的广泛兴趣， 大量的专利和文献报道其在医药、 农药 等方面的广泛应用25 。 哒嗓酮是在1 , 2 一 二啧环上含有一个碳基官能团气许多哒嗓酮类农药己 经开 发出来并商品化， 其中代表品种如表一所示。 现按照杀虫剂、 杀菌剂、 除草剂及 植物生长调节剂的分类简单介绍哒嗦酮类化合物在农药研究领域中的进展。 表一、己商品化的哒啧酮类化合物 一-a r . ,-9 下 丁一一 d ri 一 一 用 途 开 发 公 司 文 献 哒 r# 硫 磷 i o = = zl f t p 一 n s i i o p ( o ch s ) 2杀虫剂 日本三井东压化 学公司 o b r 杀荞敏 才 义除草剂 b a s f 公司 决曰 ，nn 杀草敏 沙除草剂 b a s f 公司 2-h ih一n n一- 一一六卜、厂 n ci 二甲哒草伏 社 n ( c h ) 2 除草剂s a n d o z 公司 南开大学博士学位论文 第一章 哒草伏 c;/- cf, 尽nhch3 除草剂s a n d o z公司 31 草哒松 n 份 n ij 1 h , n om / 权n h c c o o h 11o 除草剂b a s f公司 3 2 哒瞒酮 0 rhu-nn坟 一、 c(ch3)v 杀虫剂 日 本日产化学工 业公司 3 3 哒幼酮或 n c - 1 7 0 o c 7 ci尹替 ochv - cin 昆虫生长调 节剂 日本日产化学工 业公司 3 4 n c - 1 8 4 厂 尽 och,- 1 0 0 1 0 0 2 . 6 0 . 1 4 ( g l h表示黑尾叶蝉，b p h表示褐飞虱) 而化合物2 ( r 2 = 2 , 4 - c d ， 对黑尾叶蝉的活性消失， 但对褐飞虱具有活性， b部 分的细微变化，就引 起活性的极大不同。它们的构效关系如下: 对 黑 尾 叶 蝉: b r = - 2 .5 3 l y z + 4 2 .3 l y - 0 .7 2 w d r - 1 .6 9 w y - 4 . 7 4 l x - 0 .2 5 8 v o - 2 8 3 n = 3 9 ( 4 组 ) n j, 3 ( 0 ) r s = 0 .9 4 1 对褐飞虱: b r = - 2 .3 8 l r 2 = 3 6 . 7 l y - 0 . 5 8 9 wd r + 2 . 1 7 w y 十 3 .2 1 l x - 1 1 . 1 a y - 1 5 7 n = 3 9 ( 4 组)n ,n s3 ( 0 ) r s = 0 .9 7 2 定量构效关系表明， a . b部分的立体因素对其活性有关，对不同的害虫， 其立体因素的影响是相反的， 这样只有当r r 2 为 适当的取代基时， 对两种害 表2 .5 一 毗睫甲氧基哒嚓酮类衍生物的结构与对叶蝉保幼激素活性 i c 5 0 ( p p m) ar gl hbp h 0 . 0 8 0 . 0 7 1 0 0 7 . 8 o c h z -a r 6 - c i - 3 - p y r i d y l ( n c - 1 7 0 4 , 6 - c i 2 - 3 - p y r i d y l 5 - c i - 2 - p y r i d y l 4 - p y r i d y l 5 - c i - 2 - t h e n y l 1 . 8 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 虫 均 有 效。 从 其电 荷 分 布来 看， 化 合 物1 , 2 基 本上 没 有多 大关 别， 只 是 化合 物 2的苯环上与邻 ，位氯相连的碳原子的正电荷分布较化合物 1 大，也许 b部分 南开大学博上学位论文 第一章 的静电性质及其立体因素对其活性有关。改变 b部分的结构， 研究其构效关系 如表2 所示，当a r 为3 - 毗咙结构时，其活性增大，当为2 - 毗陡结构时，其活性 大幅度下降。其它杂环取代时活性较低。 表 观上看， n c - 1 7 0 与m e t h o p r e n e 的 结 构一点 也不相象， 但是从比 较分子 模 型图上看，整个分子长度和电荷分布很相似。 n c - 1 8 4 和n c - 1 9 6 的发现 n c - 1 7 0仅对两种害虫具有变性作用，当他们将2位的芳基 ( a部分)变为 卤代脂肪烃时， 带来今人注目的变化， 使化合物活性谱更广泛且活性增强 ( 见表 3 ) 。 如化合物4 对所列害虫均有活性。 在研究中， 他们发现脂肪烃或卤代脂肪烃 越大，其活性下降或消失 ( 除对r f b以外) ，b环的活性顺序为6 - 碘毗陡 6 - 氯 毗淀 6 - 澳毗咤。6 一 乙 基毗淀也显示出了强的活性。综合这些因素，最后开发出 化合物n c - 1 8 4 . 表3 , 2 位卤代脂肪烃的结构与保幼激素活性 _ _ ， 、i c s o ( p p m) a 都 分 gl hbp hgp ahm 3 , 4 - c l 2 p h ( n c - 1 7 0 ) 3 - b r - p r o p y l ( 化3 ) 4 - b r - b u t y l 3 - c 1 - 2 - me - p r o p y l 2 , 3 - c i 2 - 2 - me - p r o p y l ( 化4 0 . 0 80 . 0 7 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 03 . 25 4 刀 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 061 . 3 1 0 0 1 0 0 6 5 . 02 . 8 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 . 8 50 . 0 37 . 00 . 1 00 . 0 82 4 . 6 ， 一一钾 一一一一一一一一-一一一一一 一cf , o ci 替1 ci 班 替och2 /- ci 。 ， ， 穿 义 n封 c h 3 x c h 2丈 少 z o c 姚 17 1 、 一n 替!ocl替 nc- 1 9 4 表流 ra舔 r , ( - - 以1r 犯 少 卜 气 乡 - x c h 2人 。 c 。 c i - , / 卜 替och,n 图2 , n c - 1 7 0 . n c - 1 8 4 的开发过程 南开大学博士学位论文 第一章 将哒幼酮的a 环结构换成节基，b 环结构变成氨基甲酸酷，增强了化合物的 内吸性，并兼有较强的杀卵活性和抑制变态活性，从而筛选出n c - 1 9 6 二、杀菌剂 1 、结构类型与生物活性 己商品化的哒啼酮类杀菌剂为哒菌清，但有关哒啧酮类衍生物的杀菌活性的 专利及文献报道相对较少， 一般地， 具有杀虫作用的这类衍生物也具有杀菌活性。 近年来的主要专利和文献报道列于表三。 表三、哒啧酮类杀菌剂的代表结构与生物活性 n o .代表结构生物活性 开发公司文献 1 1 1 cl ch3势众 0 n-nn cl 杀菌剂，对水稻纹枯 病有高效。 日本三共公司 3 7 1 1 2 0 h-舍 二 杀菌 m o r i s h i t o . p h a r. 6 1 1 1 3一 炙 少 n - n c h , c 0 c c h 甲e 在