（有机化学专业论文）一种含25二氢吡咯结构的新型肽脱甲酰基酶抑制剂的合成研究.pdf

、， 7 叩 气】， y 2 010 m a s t e r st h e s i s l i n s t i t u t ec o d e ：10 2 6 9 s t u d e n ti d ：510 7 0 6 0 6 0 4 5 e a s tc h i n an o r m a l u n i v e r s i t y s y n t h e s i s o f 2 ，5 - d i h y d r o p y r r o l ef o r m y lh y d r o x y a m i n o d e r i v a t i v e sa sn o v e lp e p t i d ed e f o r m y l a s ei n h i b i t o r d e p a r t m e n t ：q 亚堑! 堕曼堕q 鱼星堡i 墨鲤 m a j o r ：q ! g 垒道鱼g h 曼堡i 匹理 r e s e a r c h ： h 垒迦垒曼曼坠i 壁垒! s 迎塑! 曼墨i 墨 a d v i s o r ： a p p l i c a n t ：坠画i 垒qq 旦堑 s h a n g h a i m a y2 0 1 0 v - 一 0 下 华东师范大学学位论文原创性声明 郑重声明：本人呈交的学位论文一种含2 ，5 二氢毗咯结构的新型肽脱甲酰基酶抑 制剂的合成研究，是在华东师范大学攻读硒矽博士( 请勾选) 学位期间，在导师的指 导下进行的研究工作及取得的研究成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含 其他个人已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均 已在文中作了明确说明并表示谢意。 作者签名： 日期：a 吖d 年瓯妇c ig 日 华东师范大学学位论文著作权使用声明 一种含2 ，5 二氢吡咯结构的新型肽脱 师范大学攻读学位期间在导师指导下完成的 成研究系本人在华东 学位论文，本论文的研 究成果归华东师范大学所有。本人同意华东师范大学根据相关规定保留和使用此学位论 文，并向主管部门和相关机构如国家图书馆、中信所和“知网”送交学位论文的印刷版 和电子版；允许学位论文进入华东师范大学图书馆及数据库被查阅、借阅；同意学校将 学位论文加入全国博士、硕士学位论文共建单位数据库进行检索，将学位论文的标题和 摘要汇编出版，采用影印、缩印或者其它方式合理复制学位论文。 本学位论文属于( 请勾选) ( ) 1 经华东师范大学相关部门审查核定的“内部”或“涉密 学位论文幸， 于年月日解密，解密后适用上述授权。 2 不保密，适用上述授权。 导师签名 本人签名习净玉趾 o i | o 年o 期a 8 日 宰“涉密”学位论文应是已经华东师范大学学位评定委员会办公室或保密委员会审定 过的学位论文( 需附获批的华东师范大学研究生申请学位论文“涉密”审批表方为 有效) ，未经上述部门审定的学位论文均为公开学位论文。此声明栏不填写的，默认为 公开学位论文，均适用上述授权) o 壁旦筮硕士学位论文答辩委员会成员名单 姓名职称单位备注 周剑教授华东师范大学化学系主席 邹新琢教授华东师范大学化学系委员 徐华栋副教授华东师范大学科学与技术跨学委员 科研究院 姜丽琴 讲师华东师范大学科学与技术跨学秘书 科研究院 论文摘要 肽脱甲酰基酶( p d f ) 是细菌合成蛋白过程中一种必不可少的酶，病菌合成蛋 白需要先对甲硫氨酸进行甲酰化，最后又通过肽脱甲酰基酶口d f ) 进行脱甲酰基 化，再脱除n 端甲硫氨酸从而完成合成蛋白质的过程，人体细胞则没有甲酰化一 脱甲酰基的过程。因此，肽脱甲酰基酶己成为令人感兴趣的新的抗菌药物作用的 靶点。肽脱甲酰化酶能选择性的杀死细菌而不损害正常细胞，使得肽脱甲酰基酶 抑制剂成为一种新型作用机制的抗生素，尤其对耐药菌有着极好的效果。 l b m 一4 1 5 是一种已经进入临床研究的p d f 抑制剂，研究表明其对多种病原菌 均有显著的抑制活性。本论文的工作是通过对肽脱甲酰基酶抑制剂构效关系的研 究，以肽脱甲酰基酶抑制剂l b m 一4 1 5 为先导化合物，并提出了一种新的合成含2 ，5 二氢吡咯结构的新型肽脱甲酰基酶抑制剂的方法。本论文中合成的一类含2 ，5 一二 氢吡咯结构的新型肽脱甲酰基酶抑制剂表现出相当于甚至高于l b m 4 1 5 的体外 抗菌活性，而且对耐金黄葡萄球菌的抗茵活性明显高于利奈唑烷和万古霉素，后 两者则是现今对抗耐药菌的主要手段。 本论文研究合成了一种含2 ，5 二氢吡咯结构的新型肽脱甲酰基酶抑制剂，并 对它的体外抗菌活性进行了测试，表现出良好的结果，有望发展成为一种新的对 抗耐药菌的抗生素。 关键词：肽脱甲酰基酶；脱甲酰基酶抑制剂；菌蛋白质合成；抗生素；耐药 菌；l b m 4 1 5 ；2 ，5 一二氢毗咯；抗菌活性 a b a s t r a c t p e p t i d ed e f o r m y l a s e ( p d f ) ，ah i g h l yo n s e r v e dm e t a l l o p r o t e i n a s e ，i sa 1 1e s s e n t i a l e n z y m ei nt h eb a c t e r i a ll i f ec y c l e i tc a t a l y s e st h er e m l v a lo ft h en t e r m i n a lf o r m a l y g r o u pf r o mt h en - t e r m i n a lm e t h i o n i n ed u r i n gb a c t e r i a lp r o t e i ns y n t h e s i s ，b u ti ti sn o t r e q u i r e db ym a m m a l i a nc e i l s t h e r e f o r e ，p d fi so n eo ft h em o s ti m p r e s s i v et a r g e t s t h ep e p t i d ed e f o r m y l a s ei sa b l et ok i l lt h eb a c t e r i as e l e c t i v e l yw i t h o u ti n t e r f e r i n g n o r m a lc e l l ，a n t i b i o t i c sb a s e do np d fi n h i b i t i o nh a v et h ep o t e n t i a lt o p r o v i d et h e m u c hn e e d e da n t i b a c t e r i a la c t i v i t ya g a i n s tm o s to f t h em a j o rd r u g r e s i s t a n tp a t h o g e n s l b m - 415i so n eo ft h ep e p t i d ed e f o r m y l a s ei n h i b i t o r sw h i c hh a se n t e r e dc l i n i c a l e v o l u t i o n ，r e s e a r c hi n d i c a t e si th a sn o t a b l e a c t i v i t y t o m a n yp a t h o g e n i c b a c t e r i a a c c o r d i n g t ot h e s t r u c t u r e a c t i v i t yr e l a t i o n s h i p ( s a r ) o fp e p t i d e d e f o r - m y l a s e i n h i b i t o r s ，ak i n do f 2 , 5 一d i h y d r o p y r r o l ef o r m y lh y d r o x y a m i n o d e r i v a t i v e sw e r es y n t h e s i z e d a sn o v e lp d fi n h i b i t o r sb a s e do nt h es t r u c t u r eo f l b m 一415 ，a n dt h e i ri nv i t r oa n t i b a c t e r i a la c t i v i t i e sw e r ee v a l u a t e d t h en e wk i n d p e p t i d ed e f o r m y l a s ei n h i b i t o ri n c l u d i n g2 , 5 一d i h y d r o p y r r o l es t r u c t u r ed i s p l a y e de q u a l e v e nh i g h e ri nv i t r oa n t i b a c t e r i a la c t i v i t i e st h a nl b m 415 ，a n ds h o w e db e t t e ri nv i t r o a n t i b a c t e r i a la c t i v i t i e st h a ne x i s t i n gd r u g si n c l u d i n gv a n c o m y c i n ，l i n e z o l i d , a n dt h e l a t t e ra r ep r i m a r ym e a l l sf o ri n h i b t i n ga n t i b i o t i c r e s i s t a n tb a c t e r i ai nn o w d a y s w es y n t h e s i z e dan e wk i n dp e p t i d ed e f o r m y l a s ei n h i b i t o ri n c l u d i n g2 ，5 一d i h y d r o p y r r o l es t r u c t u r e ，a n dt h e i ri nv i t r oa n t i b a c t e r i a la c t i v i t i e sw e r ee v a l u a t e d ，s h o w i n g g o o dr e s u l t s ，i se x p e c t e d t o d e v e l o p i n t oan e wk i n da n t i b i o t i c s a g a i n s t n t i b i o t i c - r e s i s t a n tb a c t e r i a k e y w o r d ：p e p t i d ed e f o r m y l a s e ；p e p t i d ed e f o r m y l a s ei n h i b i t o r ；b a c t e r i a lp r o t e i n s y n t h e s i s ；a n t i b i o t i c s ；d r u g - - r e s i s t a n tp a t h o g e n s ；l b m - - 4 1 5 ；2 , 5 - d i h y d r o p y r r o l e ； a n t i b a c t e r i a la c t i v i t i e s 膏 ll叫il叫| 一 目录 第一章前言i * 1 1第一草刖茜1 1 1 肽脱甲酰基酶及其抑制剂简介1 1 2 论文的立论依据5 1 3 本章小结7 第二章含2 ，5 一二氢吡咯结构的新型肽脱甲酰基酶 抑制剂的设计抑制剂的设计_ 9 2 1l b m - 4 1 5 的设计9 2 2 双键脯氨酸的优势1 0 2 3 含2 ，5 - - - 氢吡咯结构的新型肽脱甲酰基酶抑制剂的设计11 2 4 本章小结12 第三章含2 ，5 一二氢吡咯结构的新型肽脱甲酰基酶 抑制剂的合成研究13 3 1p d f 抑制剂l b m 一4 1 5 的合成13 3 2p d f 抑制剂侧链的合成15 3 30 一( 4 一甲氧基苄基) 羟胺的合成15 3 3 1 合成路线16 3 4( s ) 一4 - 苄基一2 一噶唑烷酮的合成17 3 4 1 背景介绍17 3 4 2 合成设计。17 3 4 3 结果与讨论18 3 5 2 ，5 一二氢吡咯一1 ，2 一( 2 s ) 一二碳酸卜叔丁酯一2 一甲酯的合成19 3 6 含2 ，5 一二氢吡咯结构的新型肽脱甲酰基酶抑制剂的合成19 3 7 本章小结2 0 第四章含2 ，5 一二氢吡咯结构的新型肽脱甲酰基酶 抑制剂侧链的合成研究2 2 4 1 外消旋体拆分法合成侧链一2 4 4 1 1 路线设计2 4 4 1 2 结果与讨论2 5 4 2 亚胺与烯醇硅醚的不对称加成合成侧链2 6 4 2 1 合成设计2 6 4 2 2 反应的研究2 6 4 3 不对称mic h a ei 加成合成侧链2 8 4 4 一锅法m a n nic h 反应合成侧链3 0 4 4 1 路线设计3 2 4 4 2 试验研究3 2 4 5 不对称诱导合成侧链：3 3 4 5 1 路线设计3 3 4 6 本章小结3 5 第五章含2 。5 一二氢吡咯结构的新型肽脱甲酰基酶3 6 抑制剂的构效关系研究3 6 5 1 含2 ，5 一二氢吡咯结构的新型肽脱甲酰基酶 抑制剂体外活性测试3 6 5 2 含2 ，5 一二氢吡咯结构的新型肽脱甲酰基酶 抑制剂的构效关系研究3 7 5 3 本章小结3 8 第六章实验部分3 9 6 1 试验仪器和试剂3 9 6 2 试验操作过程和产物分析数据3 9 参考文献5 0 硕士期问的科研成果5 5 致谢5 6 华东师范大学理学硕士论文 第一章前言 近年来，细菌病原体几乎对所有现存的抗生素产生抗药性，临床上急切需要 新的作用机制的抗生素。肽脱甲酰基酶( p d f ) ，一种金属蛋白酶，在细菌的蛋白 质合成中具有重要的作用，p d f 通过从甲硫氨酸残基脱除n 端甲酰基来完成细 菌蛋白质的合成。因此，p d f 抑制剂可通过影响细菌蛋白质的合成过程，从而选 择性地抑制或者杀死细菌，为抗生素治疗的研究提供了一个有发展前途和令人兴 奋的靶点，并且不会影响真核生物的新陈代谢。基于p d f 抑制剂研究的抗生素， 有可能对大多耐药病原体产生抗菌活性。 1 1 肽脱甲酰基酶及其抑制剂简介 抗生素( a n t i b i o t i c s ) 是由微生物( 包括细菌、真菌、放线菌属) 或高等动 植物在生活过程中所产生的具有抗病原体或其它活性的一类次级代谢产物，能干 扰其他生活细胞发育功能的化学物质。现临床常用的抗生素有微生物培养液液中 提取物以及用化学方法合成或半合成的化合物。目前已知天然抗生素不下万种。 抗生素作为抵抗致病微生物的药物，为人们的健康保驾护航，使人们能很好 的抵抗以往十分棘手的感染性疾病如天花、肺病、脑膜炎及伤寒病等的侵扰。就 现今的药物发展状况来看，抗生素药物依然占世界抗感染药物市场的最大份额。 然而，随着抗生素的大量使用甚至滥用，使得细菌的基因发生变异，从而对 抗生素产生耐药性。现如今耐药菌的发展令人触目惊心。2 0 年代，医院感染的主 要病原菌是链球菌。而到了9 0 年代，产生了耐甲氧西林的金黄色葡萄球菌( m r s a ) 、肠球菌，耐青霉素的肺炎链球菌、真菌等多种耐药菌。如耐青霉素的肺炎链 球菌，过去对青霉素、红霉素、磺胺等药品都很敏感，现在几乎“刀枪不入”。 绿脓杆菌对氨苄西林、阿莫西林、西力欣等8 种抗生素的耐药性达1 0 0 ，肺炎克 雷伯氏菌对西力欣、复达欣等1 6 种高档抗生素的耐药性高达5 2 1 0 0 。万古霉 素曾被认为是人类抵抗葡萄球菌的最后一道防线，但在1 9 9 6 年日本临床发现葡萄 球菌对糖肽类抗生素万古霉素也产生耐药性，并在2 0 0 2 年美国首次发现万古霉素 对该类细菌完全失效。如果照这样的形势发展下去，若干年后人类可能会对耐药 菌引起的感染性疾病束手无策，因此，开发新的抗生素来对抗日益严峻的细菌耐 药性势在必行。 抗生素的发现及其对细菌感染的影响，是2 0 世纪医学取得的最伟大的成功实 例之一，但现在越来越多的人所关心的问题是对抗生素耐药性的增加。最终，研 华东师范大学理学硕士论文 究证明细菌是有能力发展成为对临床上使用过的任何抗生素产生耐药性的，唯一 未知的什么时候产生抗药性，而不是如果。抗生素能安全地治愈感染，依赖于其 利用细菌和人类细胞生物化学方面的差异，抗菌药物靶点的发现可以合理地利用 这些差异。尽管有大量的抗生素应用于临床，但它们抑制的目标有是有限的。对 微生物基因组的分析透露有大量新颖的目标可以使用，但到目前为止，这些方面 的研究还没有什么结果，其中一个直到最近才被引起注意的靶点就是肽脱甲酰基 酶( p d f ) 。肽脱甲酰基酶( p d f ) 抑制剂则有望成为担负这一使命的一类新型的 抗菌药物。 蛋白质合成被证明可以为研究抗菌药物作用靶点提供丰富来源，很多已知的 抗生素( 如氨基糖苷类，大环内酯类，四环素和恶唑烷酮类) ，是通过抑制这一复 杂过程的一个或多个步骤来达到抗菌效果的。虽然，哺乳动物和细菌细胞蛋白质 的合成机理的总的来说是相似的，但是有一个差异可以用来选择性地阻止细菌蛋 白质的合成。 人体细胞和病菌合成蛋白的过程基本类似，两者的起始物均为甲硫氨酸，但 两者有一个最大的区别：相对人体细胞，病菌合成蛋白质需要先对甲硫氨酸进行 甲酰化，最后又通过肽脱甲酰基酶进行脱甲酰基化，再脱除n 端甲硫氨酸从而 完成合成蛋白质的过程，人体细胞则没有甲酰化一脱甲酰基的过程【1 】( 见f i g u r e 1 】) 。 ( a ) 细菌( b ) 哺乳动物 f i g u r e1 1p d f 的作用机制 早在1 9 6 8 年，人们就发现了病菌的脱甲酰基活性。但由于p d f 抑制剂含f e ( i i ) 2 华东师范大学理学硕士论文 而对空气不稳定，而难以分离得到，所以对这方面的研究在很长一段时间都停滞 不前。直銎 1 9 9 3 年，脱甲酰基酶的基因才完全被研究清楚。1 9 9 5 年，m e i n n e l 通 过凝胶过滤，阴离子交换，疏水作用色谱法分离得到z n p d f 。1 9 9 7 年r a j a g o p a l a n 等人首次报道f e - p d f 才是真正的生理上的甲酰基转移酶的结构，其活性为z n p d f 的1 0 0 倍左右，并指出由于f e ( i i ) 的存在使得它易被氧化而失活。从1 9 9 8 年 至0 2 0 0 3 年，陆续有n i p d f ，c o p d f 被分离得到，相比f e p d f ，它们有更好的稳 定性以及与f e p d f 相似的活性，因此它们被用作f e p d f 的替代品。 肽脱甲酰基酶是一种含f e ( ) 的金属蛋白酶，肽脱甲酰基酶抑制剂通过与 f e ( i i ) 发生螯合作用( f i g u r e1 2 ) ，从而达到使肽脱甲酰基酶失活的作用，抑制肽 脱甲酰基酶的脱甲酰基作用，从而使得细菌无法脱除n 端甲硫氨酸，进而选择 性的抑制病菌的蛋白合成，而不影响人体细胞的蛋白合成过程。p d f 抑制剂通过 形成类似于酶正常催化反应的四面体过渡态的结构，或作为类似物与酶更稳定的 结合，从而影响体内新生成n 甲硫氨酰多肽的脱甲酰基代谢过程，抑制蛋白质 的合成，导致细菌生长抑制或死亡。 o 一 沙n ，p 3 x p 二2 h o t r a n s i t i o ns t a t eo ff m a s g e n e r a li n h i b i t o rs t r u c t u r e f i g u r e1 2 p d f 抑制剂的一般结构 人们最早发现的肽脱甲酰基酶抑制剂是19 6 2 年从放射菌吲里提取分离出来 的，是一种天然产物放线酰胺素a c t i n o n i n ( f i g u r e1 3 ) ，直到最近才发现这种物 质是p d f 抑制剂【3 1 。 h o 、n h f i g u r e1 3 这种物质被发现具有很好的体外抑制肽脱申酰基酶活性及抗菌活性：然而， 以：殴 华东师范大学理学硕士论文 这种天然产物并不具有体内的抗菌活性，其原因可能是不具有良好的药代动力学 行为，如：体内吸收不好或快速被代谢掉，因而无法应用为抗茵药物。 而在a c t i n o n i n 结构基础上进行改造，衍生出的p d f 抑制剂则能表现出鼓舞 人心的体内抗菌活性。从2 0 0 0 年开始至今与p d f 抑制剂有关的专利超过5 0 篇 ( f i g u r e1 4 ) 。其中有很大一部分是对a c t i n o n i n 进行结构改造得到新化合物的专 利。进入这一行列的制药公司和研究机构超过1 1 家，这其中包括g l a x o s r n i t h k l i n e ， n o r v a t i s ，p f i z e r 等著名国际跨国制药公司。其中最为成功的是由b r i t i s hb i o t e c h 公司开发出的p d f 抑制剂b b 一8 3 6 9 8 ( f i g u r e1 5 ) 以及由v i c u r o n 公司开发的p d f 抑制剂l b m 一4 1 5 ( f i g u r e1 6 ) ，两者均己进入临床测试，p d f 抑制剂至今没有产 品上市。 f i g u r e1 4 基于p d f 抑制剂研究申请的专利数 2 0 0 1 年1 0 月，由b r i t i s hb i o t e c h 公司开发出的肽脱甲酰基酶抑制剂b b 一8 3 6 9 8 ( f i g u r e1 5 ) 进入一期临床。 0 f i g u r e l 5b b 一8 3 6 9 8 2 0 0 3 年1 0 月，自v i c u r o n 公司开发的肽脱甲酰基酶抑制剂l b m 一4 1 5 ( f i g u r e 4 o l n v o h 华东师范大学理学硕士论文 1 6 ) 进入一期临床。 o h v n o f i g u r e l 6l b m - 4 1 5 1 2 论文的立论依据 细菌感染一直以来都是人类健康的第一杀手，如一些至今人们都谈之色变的 感染性疾病如天花、肺病、脑膜炎及伤寒病等。而2 0 0 2 年的“非典”则再一次敲 响了细菌感染对人类健康危害的警钟。人类发现并应用抗生素，是人类的一大革 命，从此人类有了可以同死神进行抗争的一大武器。 最先被发现的抗生素是1 9 2 9 年英国学者弗莱明发现的青霉素，1 9 4 0 年，弗洛 利( f l o r e y ) 和钱恩( c h a i n ) 在弗莱明发现的基础上，发明了可供人体注射用的青霉 素。1 9 4 3 年1 2 月，美国外科开始用青霉素治疗战争中的创伤。1 9 4 4 年，w a k s m a n 分离出链霉素，令人们兴奋的是这种抗生素对结核杆菌有很强的抵抗作用，而结 核病当时被认为是绝症。此后，氯霉素( 1 9 4 7 年) 、新霉素( 1 9 4 9 年) 、土霉素( 1 9 5 0 年) 、红霉素( 1 9 5 2 年) 、四环素( 1 9 5 3 年) 相继被发现。1 9 5 9 年1 9 6 1 年以后，出 现了大量的半合成头孢菌素( 先锋霉素) ，其新品种不断出现，临床疗效也最为突 出。8 0 年代后期，人工合成的喹诺酮类抗菌药物( 如吡哌酸、氟哌酸、氧氟沙星、 环丙沙星等) 迅速发展并广泛用于临床各种感染。2 0 0 0 年，人工合成的唑烷酮类 抗生素利奈唑胺，获得美国f d a 批准进入市场，用于治疗革兰阳性( g + ) 球菌引 起的感染，包括由砌r s a 引起的疑似或确诊院内获得性肺炎( h a p ) 、社区获得性 肺炎( c a p ) 、复杂性皮肤或皮肤软组织感染( s s t i ) 以及耐万古霉素肠球菌( 迮) 感染。 现今阶段，抗生素已成为药物市场的生力军，占据着药物市场的大半壁江山。 目前全球抗感染药物市场销售额约占药品销售额的1 5 左右，位居全球药品市场 销售额的第二位。 5 g 分 华东师范大学理学硕士论文 f i g u r e1 7 抗生素的发展历程 自2 0 世纪8 0 年代以来，随着抗生素的广泛使用甚至滥用，以及致病菌耐药机 制的不断演化，细菌耐药性已经成为临床面临的一大难题。革兰阳性菌的耐药问 题尤为严重，以对甲氧西林耐药的葡萄球菌( m r s a ) 为例，8 0 年代初，9 5 有效， 没过5 年，1 9 8 5 年，有效率一下子下降了2 0 ，至u 1 9 9 6 年，7 2 无效，现在基本 没用( f i g u r e1 8 ) 。2 0 年前抗菌药环丙沙星开始在临床上应用，当时被证明是副作 用小、治疗效果好的药品，而现在环丙沙星几乎对6 0 以上的病人失去了作用。 某些时候，除万古霉素外，这些葡萄球菌已经无药可治。 1 0 0 8 0 琶6 0 褂 茬4 0 2 0 o 笏蟹譬。”7 ：t 一”蹿酽移鳓移博妙警铭缈譬乡嬲繁攀雩移彬絮獬缈垮缆豫搿张缓 ，b ， j ， ，霭 象 。 一 1 绣 ：o 。，+ 、囊 ； 疆 纱 +， 一 髫 鼋 镌 凑 褫磊“。貔锄巍燃二积移罐罐螽赫磊参磁，陵锄彩溅二曼豳l 1 9 8 0 年1 9 8 5 年1 9 9 6 年 f i g u r e1 8 对甲氧西林耐药的葡萄球菌0 u r s a ) 6 ， _ 华东师范大学理学硕士论文 万古霉素曾被认为是人类抵抗葡萄球菌的最后一条防线，但在1 9 9 6 年日本临 床发现葡萄球菌对糖肽类抗生素万古霉素也产生耐药性，并在2 0 0 2 年美国首次发 现万古霉素对该类细菌完全失效。临床上需要解决日益严重的细菌耐药的问题。 而肽脱甲酰基酶( p d f ) 抑制剂则可能成为一种新型作用机制的抗生素。人 体细胞和病菌合成蛋白的过程基本类似，两者的起始物均为甲硫氨酸，但两者有 一个最大的区别：相对人体细胞，病菌合成蛋白需要先对甲硫氨酸进行甲酰化， 最后又通过肽脱甲酰基酶进行脱甲酰基化，再脱除n 端甲硫氨酸从而完成合成蛋 白质的过程，人体细胞则没有甲酰化脱甲酰基的过程。鉴于两者的这一区别， 一种含f e ( ) 的金属蛋白酶的肽脱甲酰基酶( p d f ) 的抑制剂通过与f e ( i i ) 发生 螯合作用，从而达到使肽脱甲酰基酶失活的作用，抑制肽脱甲酰基酶的脱甲酰基 作用，使得细菌无法脱除n 端甲硫氨酸，进而选择性的抑制了病菌的蛋白合成， 而不影响人体细胞的蛋白合成过程。p d f 抑制剂的抗菌作用与已知的抗生素药物 作用机制不同，因而能杀除那些对已有抗生素有耐药性的细菌，为抗菌药物的发 展开辟了一条新道路，具有很好的发展前景。 肽脱甲酰基酶抑制剂的临床前数据非常乐观，临床分离出某些革兰氏阳性肺 炎链球菌对新药利奈唑烷和万古霉素同时显示了一定程度的耐药性，对1 9 种菌 株的平均最低抑制浓度利奈唑烷为8 毫克升，万古霉素高达1 6 毫克升。而对这 些耐药性的菌株，l b m - 4 1 5 的平均最低抑制浓度为1 毫克升，显示了较好的体 外抗菌性能。厌氧菌是威胁人类健康的一类细菌，这类细菌对现有抗生素的耐药 性不断增加。从对临床分离出的5 0 7 个厌氧菌的研究表明，肽脱甲酰基酶抑制 剂l b m 一4 1 5 显示了极好的抗菌活性，最低抑制浓度的范围为o 0 3 0 5 毫克升。 而其中大多数菌株对b 一内酰胺，喹诺酮和四环素类药物产生了耐药性。同时 l b m 4 1 5 对这些厌氧菌的抗菌活性明显优于利奈唑烷，为利奈唑烷的2 0 1 0 0 倍。 1 3 本章小结 肽脱甲酰基酶( p d f ) 是一种脱甲酰基的金属蛋白酶，在细菌合成蛋白的过 程中起着关键性的作用，但在哺乳动物中并不需要，所以肽脱甲酰基酶已成为令 人感兴趣的新的抗菌药物作用的靶点。p d f 抑制剂通过抑制p d f 在细菌合成蛋 白过程中的脱甲酰基的作用，从而起到抑制细菌合成蛋白的过程。 肽脱甲酰基酶抑制剂类抗生素是2 0 世纪9 0 年代末在国外兴起的一个研究热 点，这一类药物与己知的抗生素药物作用机制不同，因而能杀死那些对已有抗生 7 由于p d f 抑制剂较好的抑菌活性， 华东师范大学理学硕士论文 第二章含2 ，5 一二氢吡咯结构的新型肽脱甲酰基酶 抑制剂的设计 2 1i b m - 4 1 5 的设计 以先导化合物l b m 4 1 5 为例，其结构是在天然化合物a c t i n o m n 的框架上进 行改变。从构效关系来分析，a c t i n o n i n 及l b m - 4 1 5 均可分为p l ，p 2 ，p 3 三部分 ( f i g u r e2 1 ) - n 厨f h b h o 、n h l 一、，l y l y j p 1 p 2 p 3 a c t i n o n i n l b m _ 4 1 5 f i g u r e2 1 ( 1 ) p 1 部分的甲酰羟胺是p d f 抑制剂与肽脱甲酰基酶发生作用的主要官能 团，异羟肟酸( - c ( = o ) n h ( o h ) ) 基团也可以与肽脱甲酰基金属酶的f e 2 + 发生螯 合作用，从而使p d f 能与p d f 酶很好地结合，p d f 有一个较大的“疏水口袋”， 这一位置可与底物的甲硫氨酸侧链作用，从而使得p d f 酶选择性的脱掉底物中 的甲酰基甲硫氨酸侧链的甲酰基。因此在p d f 抑制剂中与螯合配体相邻的位置 也有一个疏水侧链，起到模拟底物的甲硫氨酸侧链。一般来说疏水基为正丁基， 也有以环状烷基作为疏水侧链。目前的研究证实这一疏水基对p d f 抑制剂的活 性起着至关重要的作用。 ( 2 ) p 2 部分具有较高抗病毒活性的抑制剂侧链一般为脯氨酸( v r c 3 3 7 5 ) 和叔一亮氨酸( b b - 3 4 9 7 ) ( f i g u r e2 2 ) ，并且脯氨酸具有更好的抗病毒活性和最低 的细胞毒性。通过对p 2 的设计，改变p d f 抑制剂的物理化学性质来增加其渗透 病毒细胞膜的能力及其体内药物动力学行为。 ( 3 ) p 3 位置的取代基可以修饰p d f 抑制剂的性质而不影响其与p d f 金属 蛋白酶的作用，这一位置取代基的研究主要是以同时具有亲水和疏水基团的侧链 9 o n 丫o h 1 0 华东师范大学理学硕士论文 h 。0 h 。j n - - - n h b h o 飞 o n h 3 , 4 d e h y r o p o l i n e t h r o m b i ni n h i b i t o r q 筠员科 t h n n h o 、 o m e n n o i 八l | 矿u 广洲 v l a - 4a n t a g o n i s t r = hp h o m o p s i nb n h 2 r a n t i m i t o t i cd r u g f i g u r e2 3 含有双键的药物分子 2 3 含2 ，5 二氢吡咯结构的新型肽脱甲酰基酶抑制剂的设计 基于以上的p d f 抑制剂的构效分析，我们小组设计的p d f 抑制剂保持p l ， p 3 位置的甲酰羟胺基团，可以确保抑制剂与p d f 能很好地螯合，改变p 2 位置的 基团，以期获得更加好的活性，体内药物动力学行为，和较低的细胞毒性。 最终，我们小组在较为成熟的肽脱甲酰化酶抑制剂l b m 4 1 5 的基础上进行结 构改进，p 2 部分为含有双键的脯氨酸，设计了一种含2 ，5 二氢吡咯结构的新型 肽脱甲酰基酶抑制剂( f i g u r e2 4 ) 【1 l 】。 f i g u r e2 4 1 1 9。 华东师范大学理学硕士论文 2 4 本章小结 以l b m 为先导化合物，从化合物结构的设计来看，很多的生物活性化合物 均含有双键结构，如a n t r i m y c i n s ，t e n t o x i n , m i c r o c y s t i n ，n o d u l a r i n ，p h o m o p s i na 以及抗乙型肝炎新药恩替卡韦等。因此设计2 ，5 二氢吡咯类具有充分的合理性。 1 2 华东师范大学理学硕士论文 第三章含2 ，5 一二氢吡咯结构的新型肽脱甲酰基酶 抑制剂的合成研究 3 1p d f 抑制剂l b m - 4 1 5 的合成 l b m 4 1 5 的合成【1 2 4 j 以2 正丁基丙二酸( a ) 为原料，缩合后生成的2 一正丁 基丙烯酸( c ) ，在新戊酰氯和h u n i g 碱的作用下与手性辅剂( s ) - 4 苄基2 一噫唑烷酮 缩合，然后与o 苄基羟胺加成，得到的d 与对甲苯磺酸成盐，重结晶得单一异构 体e 。经碳酸钠中和，氢氧化锂双氧水水解得f ，再用甲酸醋酸酐甲酰化，得到 的化合物g 与二环己胺成盐，再与化合物h 的氢溴酸盐反应生成化合物i ，经氧化和 脱苄基，得到目标物l b m - 4 1 5 ( s c h e m e3 1 ) 。 b l u ! 暑b i u h o o c j c o o h -jxcoohhcho(aq - - _ 。- ) a b b n o n h 2 山一式 一山、o ，n n o ：、p h 1 n a 2 c 0 3 2 l i o h 。，h 2 0 2 3 h + d 队。，葑b u 。h 踟、o ，n 人丫o h f p i v a l o y lc h l o r i d e 与 烈) 兰 t s o h h c o o h 队。，葑式妒 鼬、o ，n u t s o h o t p h e o m h b u 队明 g b ：。 ： 华东师范大学理学硕士论文 e d c i h o b t n h h b r h f c o ( n h 2 ) 2 h 2 0 2 十b n 、 h b n 、 o o j o o i o l b m 4 1 5 s c h e m e3 1l b m - 4 1 5 的合成路线 f f f 对我们设计的含2 ，5 二氢吡咯结构的新型肽脱甲酰基酶抑制剂目标化合物 进行逆合成分析，目标化合物为三肽，从酰胺键处断开，可分为三个片段( f i g u r e 3 1 ) 。 h p g 、o o o h h n l o - f i g u r e3 1 目标化合物逆合成分析 1 4 f h 2 n f t rn r n m 1 i l i l 。7硼几u 华东师范大学理学硕士论文 3 2p d f 抑制剂侧链的合成 以正丁基丙二酸- - 7 _ , 酯为起始原料，经过亲和取代反应，水解、缩合反应生 成的2 正丁基丙烯酸( 3 ) 与手性辅剂( s ) 4 苄基2 - 嗯唑烷酮缩合得到化合物4 ，然 后与o 一( 4 甲氧基苄基) 羟胺加成，用对甲苯磺酸成盐，重结晶得单一异构体5 ， 经氢氧化锂仞e 氧水水解得到化合物6 ，其光学纯度 9 9 ，再用甲酸乙酯甲酰化， 得到关键中间体7 ( s c h e m e3 2 ) 。 b u b u e t o o c c o o e t 竺：呈些! - e t o o c 人c o o e t 里h o o c j c o o h t b a b ，k 2 c 0 3 9 0 4 7 1 2 b u 办c 删 ! ：! 竺竺! 竺， 2 n - b u l li p i 2 n i t - - l1 2 1 p m b o n h 2 ，t s o h 2 n a 2 c o a 5 8 3 6 e e 9 9 o k 卜- o 。5 8 h n j t 2 p h m 、。，葑v 0 0 o o p h o h h c o o e t 6 0 5 l i o h ，h 2 0 2 t h f ，h 2 0 3 4 一轨。h p m 、o ，n 人丫o h s c h e m e3 2p d f 抑制剂侧链的合成 3 3 o ( 4 一甲氧基苄基) 羟胺的合成 1 5 耪：=4 跏。 哪一h似一幻 焉涨 女一 h n 、o 岫 华东师范大学理学硕士论文 这种含2 ，5 二氢毗咯结构的新型的肽脱甲酰基酶抑制剂中含有碳碳双键结 构，而已经报道的肽脱甲酰基酶抑制剂侧链的合成含有苄基保护基，在最后h 2 p d 脱除苄基保护基的时候双键会被还原，因此，需要将苄基改为其他保护基，既不 能影响侧链的合成，又能在最后选择性的脱除。 相对于l b m 4 1 5 的合成，我们小组将苄基保护基改为对甲氧基苄基( p m b ) ， 采用t f a c h 2 c h 脱保护，不会影响到对h 2 p d ，c 这一还原脱苄条件敏感的基副1 1 】。 3 3 1 合成路线 o ( 4 甲氧基苄基) 羟胺的合成【1 5 】( s c h e m e2 2 ) ，在9 0 c ，以d m f 做溶剂 n - h y d r o x y p h t h a l i m i d e 与p m b c l 反应生成p m b h y d r o x y p h t h a l - i m i d e ( 8 ) ，然后在 水和肼存在的条件下水解生成o ( 4 甲氧基苄基) 羟胺，紧接着用浓盐酸成盐达到 纯化的目的，最后用饱和n a 2 c 0 3 将盐酸盐游离，就得到了产物l o ( s c h e m e3 3 ) 。 o o h p m b c i 。e t 3 n ，d m f 9 0o c 7 7 o p m b p m b = c h 2 c 6 h 4 一p - o m e 8 百hydrazine,60。c,meoo t t 华东师范大学理学硕士论文 o h 八+ r 协n 0 2 铲喘 h 6 1 = 而_ s ( 10 m 0 1 ) 1 4 - d i o x a n e s c h e m e4 6 or h 八人n 0 2 u pt o 9 9 e e 4 3 1 路线设计 根据文献报道的l 一脯氨酸及其衍生物催化的不对称m i c h a e l 加成反应，我们 设计了下面的合成路线( s c h e m e4 7 ) 。 n b u 啪洲2 + 芡n 卓p m b o ；j h 阳8 0 n h 2 + 办c h o * 一h y n n b u p m b o n h _ f m o c + 芡。n 革p m b o j j h 斗懈+ 办c h o 买p m b o n h o c a t a l y s t ： 9 c 删 h s c h e m e4 7 4 3 2 结果讨论 反应并没有得到目标化合物，可能是由于m i c h a e l 反应的受体活性不高，一 般文献中报道的m i c h a e l 反应为a ，p 不饱和硝基化合物。由于底物的局限性，这 个路线失败了。 4 4 一锅法m a n n i c h 反应合成侧链 m a n n i c h 反应是含活泼碳氢的化合物( 通常是醛或酮) 与胺( 伯胺或肿胺) 或铵 盐，以及另一分子醛或酮发生的一个三组分反应( s c h e m e4 8 ) 。m a n n i c h 反应 是建立c c 键的同时形成c n 键的重要反应，它在合成氨基羰基化合物、氨基 3 0 华东师范大学理学硕士论文 酸、氨基酸、氨基醇等系列含氮化合物中有着广泛的应用，比如用来合成天然产 物和药用化合物【5 2 5 9 1 。 oo r 1 八+h 儿r 2 + r 3 n h 2 x r ，太 + d i r e c t i n d i r e c t 0n h r 3 | l r i m r 3 s c h e m e4 8d i r e c ta n di