（农药学专业论文）ALS抑制剂的设计、合成及构效关系研究.pdf

a v ,开久 p 1 . l ie 戈 ab s t r a c t p y r i m i d i n e a n d p y r a z o l e a r e g o o d b i o l o g i c a l a c t i v e g r o u p . f u r t h e r m o r e , p y r i m i d y l s a l i c y l a t e a n d s u l f o n y l u r e a a r e t w o o f t h e m o s t ty p i c a l a l s i n h i b it o r s .i n t h e a r t ic a l , p y r i m i d y l s a l i c y l a t e a n d s u l f o n y l u r e a w e r e s t u d i e d o n t h e b a s i s o f r e s e a r c h i n o u r g r o u p . t h e f iv e s e r i e s o f n e w 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 s i z e d . t h e y w e r e a l l c o n f i r m e d b y h n m r ,e l e m e n t a l a n a ly s i s a n d g c d - m s . w e a l s o s t u d i e d q s a r . t h e d e t e r m i n a t i o n o f n e w c o m p o u n d s t o o k o n d i f f e r e n t a c t i v i t i e s i n s i d e d i f f e r e n t p l a n t s . s o m e o f t h e s e c o m p o u n d s a r e p e r f e c t i n d e t e c t i o n . i n a d d i t i o n , t h e a c t i v i t y o f b e n z o t r a z o l e i s g o o d . o n t h e b a s i s o f o u r g r o u p r e s e a r c h , w e f u r t h e r t o i m p r o v e t h e i r i n s o me r e a c t i o n . k e y w o r d s :p y r i m i d i n e s u l f o n y l u r e a p y r a z o l e e t h e r p y r i m i d y l s a l i c y l a t e n u l e o p h i l i c s u b s t i t u t i o n 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 h e r b i c i d a l a c t i v it y h v 3 f 大劣/k % l - i g 戈 第一章 前言 以植物体内作为催化剂的酶为靶标来设计分子是寻找具有生物 活性物质 的有效方法 ，也是 目前应用较为广泛的 方法 ，它是根据 植物体 内催化酶的结构或性质来有 目的的设计符 合其结构或性质 的分子作为先导化合物 ，对先导化合物做进一步的结构改造或修 饰， 以合理设计为主流依据愈加丰富的药物作用机理信息， 利用先进 的技术手段， 提高设计分子的命中率以此来指导具有生物活性物质 的合 成 。 乙酸乳酸合成酶 ( a c e t o l a c t a t e s y n t h a s e ， 简称 a l s )是植物体 内支链氨基酸生物合成过程中重要的酶，它诱导两种平衡反应: 两分子丙酮酸缩合产生乙酞乳酸以及丙酮酸与 。 一 丁酮酸缩合形成 乙酞轻基丁酸。这两种反应分别专一性的对应于领氨酸、亮氨酸 和 异亮 氨 酸 等 支链氨 基 酸 的生 物合 成 。其 中异 亮氨 酸 的生物 合 成 是从苏氨酸开始0，先脱氨基形成。 一 丁酮酸，再与丙酮酸脱酸形 成乙酸一 焦磷酸胺素反应，合成 a 一 乙酞 。 . 轻丁酸。这步反应由 a l s 催化:颇氨酸的生物合成则从丙酮酸开始，在 a l s催化下与乙酞- 焦磷酸胺素反应，形成 。一 乙酞乳酸.其后的反应类似于异亮氨酸 的合成，而在亮氨酸的合成过程中，从丙酮酸到 。 一 酮异戊酸的合 成过程与颇氨酸完全一致。因此，其生物合成开始均需要 a l s的 催化，同时，上述三种氨基酸还对 a l s 活性表现出反馈抑制1 l 1 a l s对支链 氨基酸生物合成的催化以及支链对氨基酸对 a l s 活性的反馈抑制构成 了调控植物体内支链氨基酸尘物合成 的机 制，任何外源化合物对 a l s的抑制，必将导致支链氨基酸 ( 领氨 酸、亮氨酸和异亮氨酸)的生物合成受阻，从而形响蛋白质的合 成，进一步抑制细胞分裂，使有丝分裂指数下降，同时植株表现 为组织失绿、黄化，逐渐死亡1 2 1 。因此，以 a l s作为靶标就成为 开发除草剂新品种 的重要领域 。 杜邦公司创制的磺酞脉类化合物开辟了除草剂品种发展的新 h v 3 f 才笋动l : r e 灵 一一 - - - 一 - - - 一 - - 一 - -一 纪 元 。从1 9 7 5 年合成 了高活性磺酞脉类第一个化合物 3 1 后 了在农药工业发展历史中前所未有的大规模超高效除草剂 开始 品种 开 发研究。到 目前为止，己经证明至少有十几类结构不同的化合物 对 a l s产生抑制作用1 - 1 4 1 ，如下图: ch , c 0 2 h 01 s 0 2 nh c nh oc h 3 c h b r s u lf u r o a l h n- u r u v n p y r , l l c 3 h 7 i o 丫过 n书n c 0 2r 尸 .飞 甲 一 。 一父_7 oc h 3 夕义 s 0 2 nh och 3 h 3 c 0 2 c p u r m ti d y l s a 卿 la t e , 川 tr c o 匕 p y r 如id in e , l l l oc h 3 了过 n矛 夕 义 oi i i n 食 s o 尹 s 0 2 n h c - n oc h 3 - c 0 2 c h 3 .- c a r b a m o y l 仍 . 万 而 ro ,v c 02 c 垅 s u lfo n y l i n i n t r ia z in y l d 句d rot h ia mle , v i oc h 3 义 c 0 2 h n 二 二 oc 姚 心 ahvihcnh日? 。拼。 n - p h t h a ty r l - v a l h i e a n i5 d e , v l l p y r i n id y l m e r n l e k a c id ,x c 0 2 c h 3 0oc h 3 s 0 2 nh c l 2 k 0 /i s 0 2 n h c n h -父 o c h 3 夏 n礴n s u lf o n y l p y r i n id y la m id e , v i i i 0 s u 肪m e t u roit x o h 3 只 s 0 2n h c - n h c c h 3 c 2 h 7 i 0 必晚 u i a n e o , x 1 1 1s u l f o n y l c a r b o x a m id e , x i oc h 3 o“ 1 1 3 c , h 3 c s 0 2 n s 0 2 n h c n h oc h 3 夏 n书n b e m e re s u l) n y ld a ia r n i d e , x l l 其 中 睫 ( 氧 ) 磺酞脉 ( s u) 、咪哇琳酮 ( i m) i磺酞胺 ( t p )以及啼 硫苯水杨酸 ( p s )等四大类是典型的 a l s抑制剂【 i s l e c i 0 一 一s 02 n h c n h 杯 c h 3 之 o c h 3 2书n 万 刀、 s u i m oc h 2 t - s 0 2 - n h n ci 7 p ci一i 微亘 oc h 3 丫n f i 万i t 笋ij : i e 见 第二章 p it 吮醚 ( 胺) 类化合物的研究 第一节.立题思想 在众多的具有 a l s抑制活性的化合物中，喀睫水杨酸醚类化 合物是近年来开发成功并引人注 目的一类化合物 1 6 . 1 8 ) 。此类化合 物 的开 发 是从磺 酞脉 类化 合物 结构 改造 衍化 而来 的 。首 先 ，将 磺 酞a fj 与芳氧苯氧结构对接 ，即在磺酸17fh 的含氮杂环上引入苯氧苯 氧基 结 构 ，结果 发现 ，苯氧 苯氧 基 三氮 苯对 阔叶 杂草 具有 活 性 。 在此基础上对苯氧苯氧基三氮苯进行研究，以 2 , 4 一 二甲基嚓咤替 换掉三氮苯，发现它对禾本科与阔叶杂草有活性，但选择性不强， 之后系统研究了取代苯氧苯氧及其 n 一 芳杂环类似物 以及喀咤衍 生，最后开发出高活性啥q水杨酸类除草剂( 1 9 . 2 9 0 阴 明!官 份 cl5。二1 nl- , s0,nhcinf 仁 c i :二 ; 二 n p n 薰竺 0 - d- in 一 下一 ” ” - 气 喃 乙 对阴 。 十 众 草有i s 性 f,c - : 0 有活 性， 血型峨胶 . 类 她肠容 状 ! och, 时 人l s 吕 有 极 侣 抽 伟 ， 作 用 啥咤水杨酸类除 草剂开发过程 r开只 lid % a . r e 戈 到 目前为止 己有众多的嗜吮水杨酸醚类化合物报导具有很好 的 a l s抑制活性。见下表: 表一商品化的水杨酸啥淀类除草剂 结构式 通少 月和商品 名 土要用途i l l量 g / h a 开发公司 h,co o,n书 , - 0 - 一 一 5 01 0 0150200 30 035 0 4 2 9,ff 才笋6k 毖 i 8 戈 各种目标产物的元素分析和核磁数据如下: a ) 1 一 苯基一 3 一 甲硫基 4 一 乙氧碳基一 5 - 氨基一 毗哇:( c d c i , ) 1 . 3 8 p p m ( t , 3 h , c h , ) , 2 . 5 1 p p m ( s , 3 h , s c h , ) , 4 . 3 3 p p m( d , 2 h , c h 2 ) , 5 . 3 6 p p m( w , 2 h , nh 2 ) , 7 . 4 8 - 7 . 5 i ( m, 5 h , c 6 h , ) b ) 1 一 苯基一 3 一 甲硫基、 4 一 乙氧拨基一 5 - 毗哩磺酞胺:( c d c i , ) 1 . 4 4 p p m ( t , 3 h , c h 3 ) , 2 . 5 1 p p m ( s , 3 h , s c h 3 ) , 4 . 3 9 p p m ( d , 2 h , c h 2 ) , 6 . 2 7 p p m( w , 2 h , nh 2 ) , 7 . 4 5 一 7 . 4 7 p p m ( m, 5 h , c 6 h , ) c : 4 5 . 5 0 ( 4 5 . 7 1 ) ; h: 4 . 1 7 ( 4 . 4 3 ) ; n: 1 2 . 1 1 ( 1 2 , 3 1 ) c ) 1 一 苯基 一 3 一 甲硫 基 一 4 一 乙氧 拨基一 5 - 毗 哇磺 酞胺 基 甲酸 乙酷 : ( c d c i , ) 1 . 2 7 p p m ( t , 3 h , c h , ) , 1 . 4 3 p p m ( t , 3 h , c h , ) , 2 . 5 1 p p m ( s , 3 h , s c h 3 ) , 4 . 1 9 p p m ( d , 2 h , c h 2 ) , 4 . 4 2 p p m ( d , 2 h , c h 2 ) , 7 . 4 9 p p m ( m , 5 h , c 6 h , ) , 8 . 7 5 p p m( w, l h , n h ) c : 4 6 . 2 0 ( 4 6 . 4 6 ) ; h : 4 . 5 4 ( 4 . 6 3 ) ; n : 1 0 . 2 0 ( 1 0 . 1 7 ) d ) 1 - 苯基一 3 - 甲硫基一 4 - 乙氧拨基一 5 - 毗哇磺酞脉:( c d c 1 3 ) 1 . 4 2 p p m ( t , 3 h , c h 3 ) , 2 . 5 s p p m( t , 3 h , c h 3 s ) , 4 . 0 7 p p m( s , 6 h , o c h 3 ) , 3 . 3 4 p p m ( d , 2 h , c h 2 ) , 5 . 8 6 p p m ( d , i h , 喀 健 环 上 氢) ， 7 . 5 3 - 7 . 5 4 p p m( m, 5 h , c , h , ) c : 4 6 . 1 0 ( 4 5 . 9 5 ) h: 4 . 1 5 ( 4 . 2 5 ) n: 1 5 . 9 7 ( 1 6 . 0 9 ) 。 ) 1 一 乙基一 3 一 甲硫基一 4 - 乙氧拨基一 5 - 氨基一 毗哇:( c d c i , ) 1 . 3 8 p p m ( s , 3 h , c h 3 ) , 2 . 5 2 p p m ( m , 3 h , s c h 3 ) . 3 . 9 0 p p m ( t , 2 h , c h 2 ) , 4 . 2 8 ( t , 2 h , c h 2 ) , 5 . 2 3 p p m ( w , i h , n h ) 幻 1 烯丙基一 3 一 甲硫基一 4 一 乙氧拨基一 5 - 氨基一 毗哇:( c d c i , ) 1 3 5 p p m ( s , 3 h , c h 3 ) , 2 . 5 0 p p m ( m , 3 h , s c h 3 ) . 4 . 2 6 p p m ( t , 2 h , c h z ) , 4 . 6 2 - 5 . 2 5 p p m( s , 4 h , c h c h = c h z ) , 5 . 9 0 p p m( w , i h , nh ) a v #才李 少 / 0 / . 忿戈 第五节 生测活性及结果讨论 一 、生物测试 部分化合物进行了生物测试 1 . 材料:油菜 ( 双子叶植物) ;稗草 ( 单子叶植物) 2 . 方法:油菜培养皿法;稗草小杯法 目标产物的生测结果见下表十九: 表十九:目标产物的生测结果 mc s - c o 2 e t 夔 n书n s o n h c nh yxz 油菜稗草 1 0 0 p p mr l o p p m1 0 0 p p m1 o p p m o 心c h ,- o c h ,7 8 . 77 3 . 43 9 . 8 2 5 . 0 0 - c h ,- c h ,6 5 . 45 8 . 24 . 9 8 . 7 -0 - s c h ,- c h ,5 7 . 45 . 81 1 . 2 -0 ci - o c h ,6 9 . 63 6 . 01 3 . 0 .义 h - c h 341 . 68 . 81 3 . 2 二、结果讨论 生测结果表明: 此类化合物具有一定的生物活性，当杂环为 4 . 6 一 二甲氧基啼吮时，活性较为突出。因此，在下一步的研究中固定 杂环为 4 , 6 . 二甲氧基啼陡，将有利于活性的提高。 对于 1 位取代的毗哇的合成，有两条可行的路线，一是用 2 - 氰 基一 3 , 3 一 二甲硫基丙烯酸乙酷和水合脱反应，先合成毗哇，然后再利 用毗哇氮离子的亲核性，与卤代物进行亲核取代。二是直接用 2 - 氰 基- 3 , 3 一 二甲硫基丙烯酸乙酪和取代脱反应，一步生成 1位取代的毗 哇，在反应中发现，当 1位为直链烷烃或节基时，可采用第一条路 线，当 1位取代为芳香环时，宜采用第二条路线。第一条路线则行 不通。究其原因可能为:在进行亲核取代反应时，支链烷烃或节基 的卤代物可进行背面进攻以完成 s n 2 反应历程，而卤代芳烃由于其 曰.曰.曰 滚矛才笋研丫; 甘 见 固定结构无法进行背面进攻，所以，也就无法完成 s n : 反应历程。 在取代苯阱的合成中，某些 由卤代物利用水合脱的亲核性直接 生成取代苯脱的反应是可行的。在此类反应中加入适量的碘化钾可 促进反应的进行，碘化钾在反应中是作为一种催化剂。首先，碘离 子和卤代烃上的卤离子进行离子交换，而碘化物则有利于反应的进 行 。 在由毗哇胺生成毗哇磺酞胺的