（有机化学专业论文）以叠氮糖为中间体设计合成具有生物活性的杂环化合物.pdf

中图分类号： u d c ： 1 3 9 8 2 学校代码：1 0 0 5 5 密级： 高德夫淫 硕士学位论文 以叠氮糖为中间体设计合成具有生物活性的杂环化合物 答辩委员会主席评阅人 南开大学研究生院 二。一零年五月 南开大学学位论文使用授权书 根据南开大学关于研究生学位论文收藏和利用管理办法，我校的博士、硕士学位获 得者均须向南开大学提交本人的学位论文纸质本及相应电子版。 本人完全了解南开大学有关研究生学位论文收藏和利用的管理规定。南开大学拥有在 著作权法规定范围内的学位论文使用权，即：( 1 ) 学位获得者必须按规定提交学位论文( 包 括纸质印刷本及电子版) ，学校可以采用影印、缩印或其他复制手段保存研究生学位论文， 并编入南开大学博硕士学位论文全文数据库；( 2 ) 为教学和科研目的，学校可以将公开 的学位论文作为资料在图书馆等场所提供校内师生阅读，在校园网上提供论文目录检索、文 摘以及论文全文浏览、下载等免费信息服务；( 3 ) 根据教育部有关规定，南开大学向教育部 指定单位提交公开的学位论文；( 4 ) 学位论文作者授权学校向中国科技信息研究所和中国学 术期刊( 光盘) 电子出版社提交规定范围的学位论文及其电子版并收入相应学位论文数据库， 通过其相关网站对外进行信息服务。同时本人保留在其他媒体发表论文的权利。 非公开学位论文，保密期限内不向外提交和提供服务，解密后提交和服务同公开论文。 论文电子版提交至校图书馆网站：h t t p ：p 0 2 1 1 3 2 0 1 6 1 ：8 0 0 1 i n d e x h t m 。 本人承诺：本人的学位论文是在南开大学学习期间创作完成的作品，并己通过论文答辩； 提交的学位论文电子版与纸质本论文的内容一致，如因不同造成不良后果由本人自负。 本人同意遵守上述规定。本授权书签署一式两份，由研究生院和图书馆留存。 作者暨授权人签字： 奎= 堕 2 0 1 0 年5 月3 1 日 南开大学研究生学位论文作者信息 论文题目以叠氮糖为中间体设计合成具有生物活性的杂环化合物 姓名李一鸣学号 2 1 2 0 0 7 0 5 9 7答辩日期2 0 1 0 年5 月2 8 日 论文类别博士口学历硕士口硕士专业学位口高校教师口同等学力硕士口 院系f 骶化学学院元素所专业有机化学 联系电话1 3 7 5 2 4 9 3 1 7 2 e m a i l 1 i y i m i n g m a i l n a n k a i e d u c n 通信地址( 邮编) ：南开大学元素所1 2 0 室 是否批准为非公开论 备注：是 文 注：本授权书适用我校授予的所有博士、硕士的学位论文。由作者填写( 一式两份) 签 字后交校图书馆，非公开学位论文须附南开大学研究生申请非公开学位论文审 批表。 9 863mmmi8ii洲y 摘要 南开大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作所 取得的研究成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包 含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的作品的内容。对本论文所 涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本 学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。 学位论文作者签名： 奎二堕2 0 1 0 年5 月3 1 日 非公开学位论文标注说明 ， - - c 一? ，- 一 根据南开大学有关规定，非公开学位论文须经指导教师同意、作者本人申 请和相关部门批准方能标注。未经批准的均为公开学位论文，公开学位论文本 说明为空白。 论文题目 申请密级口限制( 2 年)口秘密( 1 0 年)口机密( 2 0 年) 保密期限 2 0 年月日至2 0年月日 审批表编号批准日期 2 0 年月日 限制2 年( 最长2 年，可少于2 年) 秘密l o 年( 最长5 年，可少于5 年) 机密2 0 年( 最长1 0 年，可少于1 0 年) 摘要 碳水化合物是自然界中一大类具有广谱化学结构和生物学功能的有机化合 物，它以各种形式参与生命过程，在体内具有重要和复杂的生理作用和生物活 性。吡啶基吡唑基团是新型鱼尼丁受体类杀虫剂氯虫酰胺的重要结构，对氯虫 酰胺的生物活性影响较大。三唑类杀菌剂使用广泛，具有高效、广谱、低毒、 持续时间长等特点，是新型杀菌剂研究的热点。基于以上原因，本论文设计合 成了两系列含有糖基并且具有潜在生物活性的化合物：糖基吡啶基吡唑甲酰胺 类，以及糖基三唑类。 在叠氮基全乙酰基糖与酸反应制备酰胺的步骤中，分别采用了s t a u d i n g e r 反应，和d c c 催化下酸与氨的反应，并对两种方法进行了比较；全乙酰基糖的 脱保护反应，根据原料的具体结构，以醇钠或者三乙胺为碱，达到脱去保护基， 且不影响化合物其他结构的目的；在取代苯胺与炔丙基溴的反应中，引入了微 波技术，大大缩短了反应时间，提高了产率。 初步的生物活性测定结果表明，部分糖基吡啶基吡唑甲酰胺化合物具有一 定的杀菌活性，对钙离子通道具有一定的抑制作用。 本文合成的新化合物共计3 8 个，包括3 个新中间体，均未见文献报道。所 有新化合物的化学结构均已通过1 hn m r 、1 3 cn m r 、m s 确认。 关键词：糖吡啶基吡唑三唑钙离子通道 o r g a m cc o m p o u n d sa s i d en u c l e i ca c i da n dp r o t e i ni nn a t u r e t h e yp a r t i c i p a t ei n v a r i o u sv i t a lp r o c e s s e s ，s h o w i n gi m p o r t a n tp h y s i o l o g i c a la n d b i o l o g i c a la c t i v i t i e si n v i v o p y r i d i n y lp y r a z o l eg r o u pi st h ek e ys t r u c t u r ei nt h en o v e lp e s t c i d er y n a x y p ， ah i g h l yp o t e n ta n ds e l e c t i v ea c t i v a t o ro fi n s e c tr y a n o d i n er e c e p t o r sw i t he x c e p t i o n a l i n s e c t i c i d a la c t i v i t y t r i a z o l ec o m p o u n d sp o s s e s sab r o a ds p e c t r u mo fb i o l o g i c a l a c t i v i t y ；h a v eb e e nw i d e l yu s e di nt h er e s e a r c ho ff i n d i n gn e wa n t i b a c t e r i a la g e n t s i no r d e rt of i n dn o v e lb i o a c t i v ec o m p o u n d s ，t w os e r i e so f n o v e lc o m p o u n d sb a s e do n c a r b o h y d r a t e 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 ：g l y c o s y l p y r i d y l p y r a z o l e s a n d g l y c o s y l - t r i a z o l e s s t a u d i n g e rr e a c t i o na n dd c cc a t a l y s t e da m i d a t i o nw e r ea p p l i e da n de v a l u a t e di n t h er e a c t i o no fn 3 。g l y ( o a c ) nw i t hp y r a z o i ca c i d t h ed e p r o t e c t i o no f g l y ( o a c ) nc a n b ea c h i e v e db y a d d i n gm e o n a o re t 3 n ，d e p e n d i n go nt h em o l e c u l a rs t r u c t u r eo ft h e c o m p o u n d s i nt h er e a c t i o no fs u b s t i t u t e da n i l i n e sa n dp r o p a r g y lb r o m i d e ，m i c r o w a v e t e c h n o l o g yi sa p p l i e d ，w h i c hc a ng r e a t l yi n c r e a s et h ey i e l da n dr e d u c et h er e a c t i o n t i m ec o m p a r e dt of o r m a lm e t h o d s p r e l i m i n a r yb i o a s s a yi n d i c a t e dt h a ts o m eo ft h o s ec o m p o u n d sh a v em i l d a n t i b a c t e r i a l a c t i v i t y ；s o m ec o m p o u n ds h o w e di n h i b i t o r ye f f e c to nh i g h v o l t a g e a c t i v a t e dl - t y p ec a l c i u mc h a n n e l si nt h e e x i g u ac e n t r a ln e u r o n s at o t a lo f3 8c o m p o u n d sw e r es y n t h e s i z e d ，3o fw h i c hw e r en e wi n t e r m e d i a t e s a l lt h o e s ec o m p o u n d sw e r en o tr e p o r t e dp r e v i o u s l y , a n dw e r ec h a r a c t e r i z e db v1 h n m r , 1 3 cn m r a n dm s k e yw o r d s ：c a r b o h y d r a t e s p y r i d y l - p y r a z o l e t r i a z o l ec a l c i u mc h a n n e l 目录 目录 摘要i i a b s t r a c t i i 第一章前言一1 一 第一节具有生物活性的碳水化合物一1 1 1 1已商品化的碳水化合物一2 1 1 2 具有生物活性的碳水化合物研究进展一2 1 1 3 总结一1 2 一 第二节具有生物活性的吡啶基吡唑类化合物一1 3 1 2 1 鱼尼丁受体一1 3 一 1 2 2 含有吡啶基吡唑的鱼尼丁受体农药一1 4 1 2 3 含有吡啶基吡唑的鱼尼丁受体杀虫剂研发进展一1 8 一 1 2 4 总结与展望一2 2 一 第三节具有生物活性的三唑类化合物研究进展一2 3 1 3 1 三唑类化合物的活性机理一2 3 一 1 3 2 在农药领域的研究进展一2 4 一 1 3 3 在医药领域的研究进展一2 5 1 3 4 结论一2 8 一 第二章论文设计思想一3 4 一 第三章糖基吡啶基吡唑甲酰胺类化合物的合成及生物活性一3 8 一 第一节l _ ( 3 一氯一2 一吡啶基) - 3 - 溴( 氯) 一卜全乙酰基糖基- 1 h - p 比唑- 5 - 甲酰胺 的合成一3 8 3 1 1 仪器及试剂一3 8 3 1 2 合成路线一3 8 3 1 3 结果与讨论一4 4 一 第二节卜( 3 - 氯一2 一吡啶基) - 3 - 溴( 氯) 一n _ 糖基一l h 一吡唑- 5 - 甲酰胺的合成一5 l 一 3 2 1 仪器及试剂一5 1 3 2 2 合成路线一5 1 一 i 目录 3 2 3 结果与讨论 第三节目标化合物生物活性及讨论 3 3 1 目标化合物的抗菌活性 3 3 2 目标化合物杀虫活性及对甜菜叶蛾神经元钙通道抑制 3 3 3 实验部分讨论 第四章糖基取代三唑类化合物的合成及生物活性 第一节卜全乙酰基糖基- 4 - n - ( 2 - 吗啉乙氧基) 苯基 胺甲基 - i h - 三唑的合成 4 i i 仪器及试剂一6 3 4 1 2 合成路线一6 3 4 1 3 结果与讨论一6 6 一 第二节卜糖基- 4 - i n - ( 2 一吗啉乙氧基) 苯基 胺甲基卜i h - i ，2 ，3 一三唑的合 成一7 4 4 2 1 仪器及试剂一7 4 4 2 2 合成路线一7 4 4 2 3 结果与讨论一，一7 5 一 第三节目标化合物生物活性及讨论一8 0 4 3 1 目标化合物的抗菌活性一8 0 4 3 2 实验部分讨论一8 0 一 结论一8 3 一 附录本论文所合成的未见文献报道的化合物一览表一8 4 一 致谢一8 8 一 个人简历一8 9 一 第一章前言 第一章前言 第一节具有生物活性的碳水化合物 糖作为基本生命物质，以各种形式参与生命过程，具有信息传递、能量转移 及物质输送的功能。糖以多糖或寡糖的游离形式直接参与生命过程，并以糖缀合 物的形式参与许多重要的生命活动。以生物学上的观点看，碳水化合物在分子 识别、细胞信号、生物分子转移、免疫等生物过程发挥着重要作用，糖作为内 源物质参与一切重要的生命活动过程；以化学的观点看，碳水化合物长期以来 被用作合成手性天然产物的原料，如d 一葡萄糖u 1 。 长期以来，科学家们致力于蛋白质和核酸的研究，而较少关注碳水化合物。 但是近年来，随着人们越来越认识到糖在生命活动中的重要性，对于糖的研究 越来越多。 一方面，以碳水化合物为靶标的药物设计引起很大关注。比如，在分子的 识别过程中，如病毒细菌的连接、发炎，肿瘤的形成和转移，碳水化合物起了 很重要的作用瞳3 ，基于物碳水化合物的药物设计能调整细胞的这些功能。另外一 方面，通过糖修饰，可以改变许多药物的生物特性。许多药物，比如杀菌剂除草 剂等，用药后在土壤中残留时间较长，代谢缓慢，不易被生物降解，容易造成 药害，对环境造成污染；抗病毒、抗肿瘤药物，在治疗疾病的同时会给身体带 来难以避免的毒副作用，因而限制了药物的应用。使用糖及其衍生物对先导药 物进行化学修饰后可能提高药效，降低毒副作用，或者使药物更容易被降解。目 前应用于药物修饰的糖类主要是：葡萄糖及其衍生物，木糖及其衍生物，甲壳胺 等。此外，过去2 0 年有关糖的化学和生物学研究取得了长足进步，使得基于糖 结构的药物研究也得到了较大发展。在农业上，葡聚糖及寡聚六糖用作杀菌剂 及除草剂；由于糖基化酶的成功克隆及其性质的认识，寡糖合成技术及细胞表 面聚糖分析技术的提高，使人们更清楚了解糖分子所具有的重要药学价值。通 常糖类药用于治糖尿病、癫痫、血栓及关节炎，将来极有希望成为再灌注损伤、 流感和癌症的治疗药物，糖类化合物还可以用来修饰其他药物( 比如重组蛋白 药物) ，修饰的杂合分子与母体药物相比，活性提高，副作用降低。利用糖类化 合物对某些类型细胞的特异性寻靶性质，进行药物和基因的定向转运，也是当 第一章前言 前生物药剂学和基因治疗学研究热点，已有几个候选分子进行筛选。 本小节总结了已商品化的碳水化合物，并回顾了最近报道的具有生物活性 的碳水化合物。 1 1 1已商品化的碳水化合物 许多糖类化合物具有杀菌除草杀虫的生物活性，比如碳水化合物农药一中科 一号应用于防治小麦赤霉病，具有无毒性污染、无公害、成本低廉等优点。另 外一种低聚糖类农药，可以系统地提高植物的免疫和抗病性1 。 糖缀化合物刺糖菌素，也叫多杀菌素( s p i n o s a d s ) ，是由放线菌刺糖菌素多孢 菌发酵产生的天然杀虫剂，兼具生物农药的安全性和化学合成农药的快速效果， 对害虫的主要作用机理是刺激昆虫的神经系统，导致非功能性的肌肉收缩、衰 竭，并伴随颤抖和麻痹，从而引起昆虫死亡。这种作用结果和烟碱性乙酰胆碱 受体被激活的结果相一致【4 】。 r 2 - o r 1 髀o m e 、 、产m e 2 时n 十美i g , , “ h 2 n * 葫逡 p 上，c ( m e 刚p 上一q l 7 、l 7 、l 0 7 、l 刺糖菌素l 1 1 2 具有生物活性的碳水化合物研究进展 1 1 2 1 单糖 1 1 ，2 1 1d 一葡萄糖( d - q i u c o s e ) 二硫代氨基甲酸盐是现在广泛使用的有机杀菌剂，主要用来处理土壤，种 子，植物的叶子及防治收获后影响到几类谷物的病菌。但是，现在发现代谢生 h 0 e t 2 n v s 23 t 0 | 太 第一章前言 成痕量毒性物质，因此设计合成新型含d 葡萄糖氨基甲酸酯的衍生物，避免与 金属离子结合，其中二 1 ，3 s ( n ，n 二乙基硫代氨基甲酰基) 】1 ，3 一二脱氧丙 三醇( 2 ) 和n ，n ( 1 ，3 二脱氧丙三醇一l ，3 二酯) 二( 二硫代氨基甲酸酯) ( 3 ) 对抑 制有关植物生长的菌丝的增长比商业化的n ，n 二乙基二硫代甲酸钠盐和m a n e b ( 代森锰) 的活性要好的多【5 】。 葡萄糖出发合成的糖的双环辛烷和壬烷( 1 s , 2 r ，4 s ) 4 一苄氧基2 甲氧基6 ，8 二氧双环 3 2 1 】辛烷( 4 ) 在1 0 2k g h a 浓度下苗前对1 7 种杂草反枝苋4 聊绷行历螂 r e t r o f l e x u s 、鬼针草b i d e n s p i l o s a 及旋花科圆叶牵牛l p o m o e a p u r p u r e a 抑制率为 8 1 9 5 或9 6 1 0 0 6 。2 苄氧基6 ，8 二氧双环 3 2 1 】辛烷( 5 ) 具有除草活性及植物 生长调节活性，1 ，6 去水3 脱氧4 d - ( 2 ，6 二氯苄基) 2 一o - 甲基1 3d 已吡喃糖 在浓度l gm l 。1 能够杀死植物，如果浓度减少具有植物生长调节活性。苯环上烷 基或取代烷基增强了对阔叶植物的选择性【7 。 p h h p h h 1 1 2 1 2 d 一核糖和d - 2 - 脱氧核糖( d - rib o s e ，d - 2 - d e o x y r ib o s e ) d 一核糖及d 一2 一脱氧核糖是核酸的组分，在细胞核中起遗传作用，与生命现 象有关，在生理上非常重要，在医疗上也有应用。 壳质是大多数真菌细胞膜的主要组成部分，而在植物和哺乳动物细胞膜上则 没有，因此壳质的生物合成是寻找对宿主无毒的新型抗真菌药物具有吸引力的 靶标。肽基核苷多氧菌素d 和尼可霉素n i k k o m y c i nz 就是有效的抑制壳质生物 合成的抗真菌药物和例证。这些天然核苷抗生素竞争性抑制壳质的合成显示了 抗真菌性，杀虫活性及杀螨活性阻1 。 带有核苷基团的甲酰基膦酸酯衍生物具有很好的抗病毒活性。这些化合物 通常用甲酰基膦氯与核苷的一个羟基反应来合成。用有机磷基团对生命体内源 活性物质一糖进行结构修饰，通过含糖基的三配位磷化合物与氯甲酸甲酯的 a r b u z o v 反应，将具有抗病毒活性的特征基团一甲酰膦酰基引入糖分子中，合成 一系列伊糖基一甲氧甲酰基膦酰胺酯，对人肝癌b e i - 7 4 0 2 细胞和人白血病h l - 6 0 第一章前言 细胞及对烟草花叶病毒有一定的抵制作用1 。 1 1 2 1 3 氨基糖( a m i n o s u g a r ) 氨基糖( 6 ，7 ) 在结构上是和糖很相似的一类物质，为分子中某一个羟基被 氨基取代的化合物。例如甲壳素就是节肢动物( 虾、蟹等) 的甲壳内由d 一氨基 糖形成的高聚物。d 一氨基葡萄糖经氧化后，即生成d 一氨基葡萄糖酸。 a - d - 氨基葡萄糖6 b - d - 氨基葡萄糖6 苏云菌b a c i l l u st h u r i n g i e n s i s 是国内大量使用的生物农药杀虫剂，它是一种糖 蛋白毒素，其主要成分是n 乙酰基氨基葡萄糖【10 1 。 1 1 ，2 1 4 氮糖 至今为止，已确认了二十多个天然存在的氮糖( 8 1 3 ) ，也合成了许多类似 、 。 物和同系物，其中大多数都是糖苷酶的抑制剂。 h 娣o n 哟h 蕊舢埘o h o h 伽疑惑oho艇件ohho h o - - x - - 。o , n 心 飞s q 伽h o 弋，忒哪心个n h 2 89l o1 11 21 3 1 1 ，2 2 寡糖( 0 iig o s a c c h a rid e ) 寡糖( o l i g o s a c c h a r i d e ) ：也称低聚糖，一般可看作是由两个到十个左右的 单糖失水而成的糖类。如蔗糖是一个寡糖( 双糖) ，水解后得到一分子葡萄糖和 一分子果糖。 在该类碳水化合物中，蔗糖酯可用来杀虫，乳糖衍生物可用来预防霍乱，糖 缀化合物的寡糖残基在分子内与分子间的信息传导过程中起非常重要的作用， 因此糖缀化合物也被认为药物治疗的靶标【l l 】。 1 1 2 2 1蔗糖( s u c r o s e ) 蔗糖酯( s e ) 是由蔗糖的一个或多个羟基与脂肪酸或芳香酸酯化产生的， 具有抗曲霉菌a s p e r g i l l u s , 青霉菌p e n & i l l i u m , 枝孢霉菌c l a d o s p o r i u m , 链霉菌 a l t e r n a r i a 等真菌的活性。在烟草，野生马铃薯及野生西红柿中都发现了天然的 第一章前言 蔗糖酯。从& b e r t h a u l t i i 的香毛簇腺体中分泌的蔗糖脂肪酸酯能抵抗晚疫病菌 p h y t o p h t h o r ai n f e s t a n s 的感染，抵抗马铃薯蚜虫，粉虱。心叶烟n i c o t i a n ag l u t i n o s a 表面油酯是分离纯化的s e ，能抑制畜棚场杂草的生长，抑制烟草种子的发芽及生 长。从烟草t a b a c u m 和心叶烟g l u t i n o s a 分离到的s e 能抑制小麦胚芽鞘的 生长及枯草芽孢杆菌b a c i l l u ss u b t i l i s ( c e r e u s ) 菌落的生长。烟草叶的表面分离出来 的四种蔗糖酯也具有杀虫和杀菌和活性【1 2 】。 2 0 0 3 年，t e h i n d a 从药用菊科植物v e r n o n i a 分离出了有杀虫活性的两个蔗糖 酯( 1 4 ，1 5 ) 【1 3 l 。 o h _ n = 3 ，l 、广o h h o h 2 c h h o 广，o h u ，o h o h oo h c a l y s t e g i n eb 42 0 3 , 3 - d k t21 m d l 2 5 ，6 3 72 2 1 1 2 。3 多糖( p o l y s a c c h a ri d e ) 多糖( p o l y s a c c h a r i d e ) 多糖可以看作是十个以上甚至几百、几千个单糖失 水而成的糖类。比如淀粉水解，得到几百或几千个葡萄糖分子。 多糖具有许多方面生物活性，多数无毒，是比较理想的药物，如昆布多糖和 肝素有抗凝血作用，硫酸软骨素可防止血管硬化，香菇多糖、银耳多糖、刺五加 多糖、黄芪多糖、灵芝多糖、酵母葡聚糖、茯苓多糖、地黄多糖、枸杞多糖等 具有增强免疫功能和抗癌作用。葡聚糖主链是p d 一( 1 3 ) 葡萄糖吡喃糖，0 - 6 被 单个b d 。葡萄糖吡喃糖基支链取代具有抗癌活性【2 l 】。豆科植物l e g u m i n o s a e 是 非洲一种药用植物，树皮具有消炎、利尿、抗寄生的性质，而果实和叶子用来 治疗痢疾和梅毒，p e d r o 经分离确定其主要成分是多糖。p h o m o p s i s f o e n i c u l i 体外 产生的两个主要的多糖( f o e n i c u l o x i n ) 是茴香的真菌病原体，对茴香，烟草西红 柿产生萎黄病，坏疽，萎缩等植物性毒素有一定的影响【2 2 1 。 来自细胞壁具诱导活性的寡聚糖类( o l i g o s a c c h a r i d e s ) - - - 寡聚糖素 ( o l i g o s a c c h a r i n s ) 越来越受到人们的关注。在寄主与病原菌两者细胞壁界面这个 战场中释放的寡聚糖素在植物中作为信号分子，调节着植物的生长、发育以及在 逆境中的生存能力。这些寡聚糖素能单独起作用，也可协调作用。寡聚糖素也可 以诱导植物抗病性【2 3 】。 几丁寡糖本身具有生物活性，聚合度在4 - - 6 间的寡糖对于巨噬细胞有血吸 效应( h e m o a t t r a c t i v ee f f e c t ) ，几丁六糖和其完全n 乙酰化的衍生物能够抑制小鼠 癌细胞的生长，并且能够保护其免受乳头状念珠菌( c a n d i d aa l b i c a n s ) 的感染。低 分子量的脱乙酰壳多糖以及几丁寡糖的混合物能够抑制植物中植物病原菌的生 长。由于几丁寡糖的内毒素性，能够引起内毒素休克( e n d o t o x i cs h o c k ) 使其没有广 泛用于临床。v l a d i m i r 等人在聚合度为2 - - 4 的几丁寡糖分子的还原末端的2 位 - n h 2 上酰化了不同的脂肪酸得到了一系列不同的衍生物。结果发现脂肪酸残基 第一章前言 改变了生物学功能并降低了毒性。 当诱导物被寄主植物识别后，植物必须产生第二信使来传递膜受体上的信 号至细胞核内，以导致基因的转录。抗病或感病植物品种之间的差异并不在它们 保卫系统的差异，而在于最初的识别及其后信号分子产生的质或量上的不同， 寡聚糖素将能缩小此差异。如今寡聚糖素已被应用于植物病害防治。如叶面喷 洒寡聚半乳糖醛酸可防治某些真菌病害，植物病理学家认为用诱导物提高植保 素的浓度以达到防病治病是很可能的，且植保素具有广谱抑菌力。经试验证明植 保素抑制真菌、细菌生长的有效浓度一般在1 0 4 - 1 0 m o l l ，而这样的浓度范 围在植物体内是容易达到的。因而将寡聚糖素应用于植物特别是农作物的防病 治病，对开发新型生防农药是个很大的鼓舞。即使它不具有直接杀菌的作用，也 能诱导植物体内产生植保素来防御病害。用它作为新型生防农药具有以下优点： 对人畜无害；不污染环境；长期或多次诱导不会使植物产生特异性抗病性；用量 低。 1 1 2 3 1 壳聚糖( c h i t o s a n ) 壳聚糖( 2 3 ) 是具有特殊结构和性质的聚阳离子聚合物，包含5 0 0 0 个葡萄 糖胺单元，通常商业上都是从虾和蟹壳的壳质中提取，通过细菌培养则是最近 发展的另一种新方法阱1 。 卜 o h n h a c 由壳质制取壳聚糖 对以壳聚糖及壳低聚糖为有效成分的天然农药，分别进行体内杀虫和抑菌 活性实验。结果表明，壳聚糖对鳞翅目和同翅目害虫均有一定的杀虫活性。在 相同浓度下，对小菜蛾的杀虫活性高于棉铃虫：对不同蚜虫的杀虫活性，一般 在6 0 8 0 之间，最高可达9 9 。用室内离体平皿法检验测定了以壳低聚糖 为有效成分的药剂对1 7 种植物病原菌生长的抑制作用，结果表明，壳低聚糖对 其中1 6 种病原菌都有抑制作用。收获后的谷物及果实，用l m o l l 的壳聚糖处 理后能够抵抗一系列真菌的感染，现在有望代替化学杀菌剂。壳聚糖同样对多 类细菌生长也有抑制作用，抑制滤过性病毒的繁殖嘶1 。与其他的杀菌剂相比， 第一章前言 壳聚糖具有广谱性，比较高的除菌率，对哺乳动物的毒性很低。 壳聚糖能控制海藻的生长和病毒的繁殖，n 一羧基甲基壳聚糖抑制土里的植 物病原真菌镰刀霉f u s a r i u ms o l a n i 和刺盘胞菌c o l l e t o t r i c h u ml i n d e m u t h i a m u n ， 谷物和花生的曲霉菌a s p e r g i l l u s # a v u s 能被完全抑制生长。壳聚糖能诱导植物抗 毒素的前体酚类化合物，增加几丁质酶的生产，诱导细胞壁的形态变化以达到 抑制根霉菌r h i z o p u ss t o l o n i f e r 的目的。羟基吡啶硫酮壳聚糖能抑制乳头状念珠 菌c a n d i d aa l b i c a n s 的生长，该病菌在人体内也已经发现。 经5 0 0 6 0 0 m g l 的 壳聚糖处理后，鱼类病原菌o o m y c e t es p a r a s i t i c a 的菌丝显著变短收缩口引。 现在壳聚糖生物材料已在兽医上用作杀菌剂和伤口愈合剂，壳聚糖主要增 强寄主抗感染能力加速伤口愈合。 经过改良的壳聚糖具有杀菌的活性，五个化学修饰过的壳聚糖试验了对 水霉菌( s a p r o l e g n i a ) 的杀菌活性。( ：5 甲基吡咯烷酮壳聚糖，n c m ：n 羧甲 基壳聚糖，- n h c h 2 c o o n a ，d c m ：- n h c h 2 c o o n a 单取代，d m a p ：n - 二 甲基胺基丙基壳聚糖，n p h m ：n 二氧磷基甲基壳聚糖) 。 实验结果表明水霉菌( s a p r o l e g n i a ) 不能正常的生长。它的生长能被修饰的 壳聚糖抑制或降低。可能的机理是壳质葡聚糖b ( 1 4 ) 转移酶将还原性壳质 一 g l c n a c 的残基与细菌里非还原性的葡聚糖的葡萄糖基相连接起来，特定的n 一 乙酰基已糖胺单糖被抑制。 据报道，n ，n ，n 一三甲基壳聚糖，n 一丙基一n ，n 一二甲基壳聚糖和n 一呋喃甲 基- n ，n 二甲基在酸性介质中对e s c h e r i c h i ac o l i 的杀菌性明显强于以水为介质。 5 0 0p p m 的浓度仅在1 2 0 分钟之内杀死了所的的细菌【2 引。二乙基胺基乙基壳聚糖 水解产物的分子量表明细菌活性依赖于水解产物的分子量。 支链碳水化合物的衍生物，l 位上取代的卜脱氧一葡萄糖基壳聚糖对b a c i l l u s c i r s u l a h s 有活性。1 - 1 5 的壳聚糖溶液能使s a u r e u s 两天后完全失活。0 0 0 5 就 能诱导使其完全失活，这种活性可以用于肉类的保存。 l i m 两步合成的水溶性的四铵盐壳聚糖衍生物( 2 4 ) 口9 】在碱性条件下与纤维 素成共价键，在1 0 p p m 浓度下2 0 分钟内杀死织物上所有的s t a p h y l o c o c c u sa u r e u s 和e s c h e r i c h i ac o l i 细菌，因此可以作为纺织品的抗菌剂。 f 。鼍脚 帆 c h o 鞠 、。卟岛a 电。j k 扣剁 、。忒备些等箬些 i ，“ “ 幽p 啦_ 辛沁 o hc i 2 4 第一章前言 壳聚糖及其衍生物被认为是潜在的杀菌剂，研究并发展新的对哺乳动物低 毒或无毒的壳聚糖衍生物是研究者的任务。同时，这一类聚合物的生理功能的 潜在影响及代谢也迫切需要解答。 1 1 2 3 2 葡聚糖( g i u c o s a n ) 蔗糖在葡聚糖酶的作用下发酵，产生葡聚糖( g l u c o s a l l ) ，相对分子质量很 高。但经酸水解可以分解为较小的分子，结构上大部是以q 1 , 6 苷键聚合，有少 量分支。低聚糖素农药与直接杀菌剂不同，其作用特点是系统地提高植物的免 疫和抗病性。 真菌病原p m g ( p h y t o p h t h o r am e g a s p e r m af s p g l y c i n e a ) 菌丝体壁上b 连接的 葡萄糖寡糖是首次被发现的寡糖激活剂，l o n g ( 1 x l o g ) 应用于l g 植物组织( 相当 于l g 应用于l o o t ) 即能产生足够的植保素，迄今为止它是已发现的植保素激活剂 中效率最高的。由于l _ 3 p 、l _ 6 p 连接的葡聚糖存在于很多病原真菌中，因此 寡糖激活剂作为农药使用能抑制多种微生物。寡糖激活剂的作用虽然首先是在 大豆中发现的，但它能够适用于多种高等植物【3 i 。 寡聚糖生物农药作为一类新型的植物激素及植物抗性反应激活因子，它存 在于微生物中，是天然产物，可完全被降解，无残留。在农作物生长发育和病 虫害防治中具有广阔的应用开发前景。随着人们对绿色食品的需求量日趋增 加，寡聚糖农药的市场将会越来越大。 1 1 2 4 结合糖 1 1 2 4 1 糖缀化合物 糖缀化合物的寡糖残基在分子内与分子间的信息传导过程中起非常重要的 作用，因此糖缀化合物也被认为药物治疗的靶标n 1 。 刺糖菌素，也叫多杀菌素( s p i n o s a d s ) ，如前所述已商品化，该化合物是糖 缀化合物。 1 1 2 4 2 糖蛋白( g i y c o p r o t e i ng p ) 虽然蛋白质一般对热及水解作用很不稳定，但蛋白质与碳水化合物或生物 多聚体的交联能变得稳定，同时也能被赋予一些新的功能特性，比如通过糖与 蛋白质的q 或e 一氨基共价连接而成糖基化蛋白。现已知道，糖蛋白存在于细 第一章前言 胞质和核质内，是一种具有多种重要功能的大分子物质，已经成为生物学 的一个研究热点。糖蛋白在细胞识别、分泌以及蛋白质的加工和稳定方面，都 起着不容忽视的作用。现已证明，很多酶、激素、毒素、细胞因子和载体蛋白 等生物活性物质都是糖蛋( g l y c o p r o t e i n , g p ) 。蛋白质的理化特性能将糖基化 转变，鉴于糖基化作用与人类的一些疾病比如糖尿病，心血管病，白内障及衰 老的关系，蛋白质的非酶糖基化作用已在医学上被广泛的研究啪】。 植物在受到病原体的入侵后，将被诱发一系列防御反应( d e f e n s er e s p o n s e s ) 以阻止病害的进一步传播和病原微生物的进一步入侵。植物防御反应主要表现 在：i 产生一些合成抗毒素的蛋白酶，积累对病原起拮抗作用的低分子量次生 代谢产物，如植保素或抗毒素( p h y t o a l e x i n ) 。i i 诱导一些水解酶类( 如几丁质酶 和1 3 - 1 ，3 一葡萄糖苷酶) 和病理相关蛋白( p a t h o g e n e s i s r e l a t e dp r o t e i n ，即p r 蛋 白) 。i i i 积累一些特殊的结构蛋白。这些结构蛋白结合在细胞表面参与对病原 物的限制作用口。植物的抗病性是众多保卫基因( d e f e n s eg e n e ) 共同表达、协调 作用的结果，可经诱导表达出来。利用植物体天然存在的抗病基因培养转基因 植物，综合各种p r 蛋白让它们针对不同的病原物各自或协同作用以提高抗病 性是现在常用的手段。然而这也只能是模仿自然抗病性反应中直接和间接广阔 范围内抗微生物复杂物的一部分，因而通过诱导物来激发植物本身产生抗病性 物质将是一个更好的选择。 植物凝集素( 1 e c t i n ) 是源自非免疫系统的可逆的结合特异单糖或寡糖蛋白质， 在植物中凝集素保护植物免于草食昆虫的侵害，抗昆虫的活性归因于糖蛋白与 昆虫内脏上皮细胞相互作用削弱了营养物质的消化。植物凝集素可结合到其它 生物的缀合物上，在植物保护上起着重要作用。生物医学研究表明，许多单子 叶中结合甘露糖的凝集素对人类及动物反转录病毒( 包括h i v ) 具有有效抑制作 用，另外许多凝集素也具有间接防治病毒作用，例如，具杀虫性的凝集素防止 和( 或者) 减少了昆虫传播的病毒病。许多糖蛋白也具有诱导植物抗病性反应的 活性，且糖部分对于活性是必须的，进一步研究发现诱导活性更多地依赖于糖 的结构。对于连接m a n l 0 g l c n a c 2 和m a n l1 g l c n a c 2 的糖蛋白只需5 1 0n m 。的 浓度就可以诱导乙烯的合成及p a l 的活性副。而用内切一b - n 乙酰葡萄氨酶降 解后，活性便失去了。从糖蛋白降解下来的寡聚糖m a n 5 g i c n a c ， m a n 3 ( x y l ) g l c ( f u c ) g l c n a c 2 和m a n 3 ( x y l ) g i c n a c ( f u c ) g l c n a c 能明显地促进生 长和刺激乙烯的合成。迸一步结构与活性关系的研究还有待实验口。 1 1 3 总结 综上所述，经过化学修 能够在动植物体内参与细胞 活性等多种生化途径发挥药 糖化合物结构具有复杂性，但也正是其生物活性多样性的根源，也正由于糖类 化合物结构复杂性，使有关糖类化合物合成及其结构分析一直成为制约糖类研 究的瓶颈。未来糖类农药的发展，除了发展无公害的农药小分子，寡糖及多糖 抗转移活性及利用合成寡糖缀合物发展农药也应给予关注，糖基化药物比如糖 蛋白的糖基修饰也是产生新型糖类药物的重要领域，而糖类化合物在药物转运 和寻靶方面的应用研究也为科学工作者改善现有药物性质提供了十分有效的手 段。寻找糖类化合物的新药用价值获益的不仅是药物科学这个过程，对人们更 好的了解生命过程也是大有裨益的。 第一章前言 第二节具有生物活性的吡啶基吡唑类化合物 自从二十世纪七八十年代拟除虫菊酯的发现和开发以后，人们对杀虫剂的 要求越来越高，高选择性、低的急性与慢性毒性、较低的化学稳定性以及对有 益生物的保护，越来越成为农药研发的方向和焦点。近年来，激素类、几丁质 抑制剂类、代谢抑制类、脂质合成抑制类等均得到了人们的关注，特别是最近 十年间发现的鱼尼丁受体类杀虫剂，由于其对害虫的高效、对人畜的低毒、对 有益生物的保护，受到了人们极大的关注。其中，由杜邦公司开发的，含有吡 啶基吡唑结构的杀虫剂一氯虫酰胺，目前已推向市场。 1 2 1鱼尼丁受体 鱼尼丁受体( r y r s ) 分布在肌肉细胞的肌浆网、神经元的内质网以及其他类型 的细胞中，是一类截然不同的配体门控通道，它们在细胞内控制着钙离子释放。 图2 1 是鱼尼丁受体示意图【3 4 】，该受体是由四个相同的亚基组成，图中所示为其 中两个。每个亚基在内腔侧为c 末端，在细胞质侧为巨大的n 末端。示意图中 还有一些与受体结合的重要蛋白，如钙调结合蛋白( c a mc a l m o d u l i n ) ，f k 5 0 6 结合蛋白( f k 5 0 6 b i n d i n gp r o t e i n ) ，集钙蛋白( c s qc a l s e q u e s t r i n ) ，钙离子( c a 2 + c a l c i u mi o n s ) 。鱼尼丁受体常见的两种调节剂一咖啡因和鱼尼丁的结合位点也如 图所示，一个位于细胞质侧巨大的n 末端上，一个位于通道孔道内侧。 9嵇 留影 图1 1 鱼尼丁受体结构示意图 细胞通过动用细胞内和细胞外两方面的钙离子源来产生细胞的c a 2 + 信号。 细胞内的c a 2 + 源是通过内质网来供给的，而在肌肉细胞中则是通过肌浆网。内 质网( 肌浆网) 中c a 2 + 的释放通过磷酸肌醇受体( i n s p 3 r s ) f r 茸lr y r s 来调节。i n s p 3 r s 1 3 第一章前言 依赖于第二信使一肌醇1 ，4 ，5 三磷酸的扩散，也就是通过与i n s p 3 r s 的结合 来激活c a 2 + 从内质网中释放出来。在肌肉的肌浆网中，c a 2 + 的释放通过r y 黜与 x - d , 管膜中的二氢吡啶受体( t h ed i h y d r o p y r i d i n er e c e p