（工业催化专业论文）井冈羟胺A的衍生及其生物活性研究.pdf

浙江工业大学博士学位咤文 摘要 井冈霉素是高效、安全和作用机制独特的无公害生物农药，其水解产物井冈 羟胺a 是已知天然海藻糖酶抑制剂巾抑酶活性最高的化合物之一。本论文选取 井冈羟胺a 为先导化合物进行优化研究，设计合成了4 0 个未见文献报道的新化 合物，并对它们进行了杀虫、杀菌和除草等生物活性的测试。 首先，对制各井冈羟胺a 的方法进行了改进，以井冈霉素a 为原料，改用 碳酸钙为中和试剂，采用在中和液中直接结晶的方法，得到了纯度较好的井冈羟 胺a 盐酸赫，收率达到了5 0 。制各步骤简洁分离简单。 用二甲菊酰氯、二氯菊酰氯和功夫菊酰氯对井网羟胺a 的c 一7 1 位上的羟基 进行结构改造，合成了3 个新的7 o 一镝酰基井冈羟胺a 。对实验条件进行了优 化。产物用水和乙酸乙酯两相分离，水相经两次柱层析得到目标产物，收率为 4 3 3 4 43 。 采用活性二氧化镐对井冈羟胺a 的c 7 位上的羟基进行选择性氧化，得到 了7 井冈羟胺a 醛，反廊采用超声波辐射催化，取得了较好的效果，收率达 7 78 。 用脂肪胺和芳胺对7 井冈羟胺a 醛的醛基进行修饰，合成7 个新的7 f n 取代亚胺基) 井冈羟胺a 。其中化合物7 f n 一十二烷基亚胺基) 井冈羟胺a 的脂溶 性较母体化合物有了较大的改善。 在对甲苯磺酸催化下，对井冈羟股a 的c 一4 ，7 ，4 ，7 位羟基进行了缩醛( 酮) 化反应，合成了2 9 个新的井冈羟胺a 一4 7 ，4 ，7 一二缩醛( 酮) 衍牛物。在实验中， 对催化剂的用量和反应物的投料比进行，优化，在最优条件下，目标产物收率为 3 2 左右。 初步建立了针对井冈羟胺a 衍生物的分离方法，即将反应产物以水和乙酸 乙酯两相分离，低取代产物主要存在于水相，水相浓缩后以醇萃取，醇溶液浓缩 后经柱层析二次分离，可得到纯度约8 0 左右的产物：多取代产物主要存在于酯 相，浓缩后可经多次薄板层析或柱层析分离，得到纯度约8 5 左右的产物， 对所有井冈羟胺a 衍生物均进行了生物活性测定，结果表明，在井冈羟胺a 浙江工业犬学博上学位论文 的c 7 位引入菊酰基，两个新合成的化合物显示出了杀虫活性，其中一个化合物 同时表现出了对蚜虫和对水稻纹枯病的活性。使用十二烷基胺与7 - 井冈羟胺醛 反应得到7 f n 十二烷基亚胺基) 井冈羟胺a 显示出了较为广泛的活性谱，对虫、 草、菌都有一定的活性。部分井冈羟胺a 二缩醛( 酮) 衍生物对蚜虫和水稻纹 桔病表现出了较好的活性。对井冈羟胺a 二缩芳香醛- 酮) 的结构比较可看出， 当苯环e 有氨基、甲氧基、羟基取代时，化合物均显示了较高的活眭。 以生物体内海藻糖酶为作用靶标，通过同时引入活陛亚结构和提高先导化合 物的亲脂性，将原来只有杀菌活性的化合物化学修饰成为兼具杀虫和杀菌，甚至 具有除草活性的新化含物。设计合成的目标化合物基本达到了所期望的目的，为 今后进一步的研究工作提供了有益的启示和有效的导向。 关键词：井冈霉素，井冈羟胺a ，衍生物，合成，生物活性 塑坚! 些查堂竺：! 兰些堡苎 一 a b s t r a c t v a l i d a m y c i n sa l es a f ea n dh i g h l ye f f e c t i v eb i o p e s t i c i d e sw i t hs p e c i a lm o d e so f a c t i o nv a l i d o x y l a m i n eai st h ea g l y e o n eo ft h cv a l i d a m y c i na ，w h i c he x h i b i t sav e f y s t r o n gc o m p e t i t i v ei n h i b i t o r ya c t i v i t y a g a i n s t t r e h a l a s e sf o r t yn e wc o m p o u n d so f v a l i d o x y l a m i n ead e r i v a t i v e s w e r ep r e p a r e db a s e do nv a l i d o x y l a m i n eaa s t h e l e a d i n gc o m p o u n d 。r h e i rb i o a c t i v i t i e s o li n s e c t i c i d a l ，l h n g i c i d a l a n dh e r b i c i d a l a c t i v i t yw e r es t u d i e d f i r s t l y ，v a l i d o x y l a m i n ea w a sp r e p a r e db yh y d r o l y s i so fv a i d a m y e i nat h r o u g h t h ei m p r o v e dm m h o do fs y n t h e s i sc a l c i u mc a r b o n a t ew a su s e da st h en e m r a l i z i n g a g e n ta n dv a l i d o x y l a m i n ea w a sc r y s t a l l i z e dd i r e c t l yf r o mt h en e u t r a l i z e ds o l u t i o “ t h ev i e l do fv a l i d o x y l a m i n eaw a s5 0 t h ep u r i t yv 4 a sg o o d t h ep r o c e s so f s y n t h e s i sa n dt h es e p a r a t em e t h o dw e r es i m p l e 1 1 h r e en e w7 0 c h r y s a n t h e m y l v a l i d o x y l a m j n ea w e r ep r e p a r e di n4 33 4 4 3 y i e f d sb yo p t i m i z i n gt h er e a c t i o nt i m ea n dt h em o l a rr a t i oo fr e a c t a n t s t h ep r o d u c t s w e r es e p a r a t e db yt w i c ec o l a m uc h r o m a t o g r a p h y t - a l d e h y d ev a l i d o x y l a m i n e aw a sp r e p a r e db yt h er e a c t i o no fs e l e c t i v e 。x i d a t i o nt h eh y d r o x y li nt h ec - 7 p o s i t i o no fv a l i d o x y l a m i n ea w a so x i d a t e db y a c t i v em a n g a n c s cd i o x i d eu n d e ru l t r a s o n i cr a d i a t i o n i tw a se a s yt oo p e r a t ea n dt h e y i e l d w a s7 78 s e v e ne e w7 - i m i n o v a i d o x y l a m i n ead e r i v a t i v e s w e r es y n t h e s i z e db yt h e r e a c t i o n。f7 - a l d e h y d ev a l i d o x y l a m i n e aa n d a r y l a m i n e s o r a l k y l a m i n e s 7 ，一md o d e c y l i m i n o ) v a l i d o x y l a m i n ea ，w h i c hi sb e t t e rt h a nt h el e a d i n gc o m p o u n d ， c a l ld i s s o l v ei no r g a n i cs o l v e n ts u c ha se t h y la c e t a t e i nt h ep r e s e n c eo fp - t o l u e n e s u l p h o n i ca c i d ，t w e n t y n i n eo fa c e t a l s o rk e t a i s d e f t v a t i v e so fv a l i d o x y l a m i n eaw e r ep r e p a r e df r o mv a l i d o x y l a m i n eat h ey i e l dw a s a b o u t3 2 b yo p t i m i z i n gt h es c a l a ro f c a t a l y z e ra n d t h em o l a rr a t i oo fr e a c t a n t s p r e l i m i n a r ym e t h o do fs e p a r a t i n gv a l i d o x y l a m i n ead e r i v a t i v e sw r sf o u n d t h e 浙江工业大学博士学位论文 r e a c t i o nm i x t u r ew a sf i r s t l ys e p a r a t e di n t ow a t e rp h a s ea n de t h y la c e t a t ep h a s et h e w a t e rp h a g ew a sc o n c e n t r a m da n de x t r a c t e db ya l c o h o lt h e p u r i t i e so ft h ep r o d u c t s c o i lr e a c h8 0 a f t e rt w i c ec o l u m nc h r o m a t o g r a p h yt h ee t h y la c e t a t ep h a s ew a s c o n c e n t r a t e da n d p u r i f i e db yc o l u m nc h r o m a t o g r a p h yo rt h i n l a y e rc h r o m a t o g r a p h yt o r e a c ht h ep u r i t i e so f8 5 t h ep r e l i m i n a r yb i o a s s a yo f7 - o - e h r y s a n t h e m y l v a l i d o x y l a m i n ead e r i v a t i v e s s h o w e dt h a tt w oo ft h ed e r i v a t i v e se x h i b i t e di n s e c t i c i d a la c t i v i t i e sa g a i n s ta p h i da n d o n eo f t h e me x h i b i t e df u n g i c i d a la c t i v i t ya g a i n s tr h i z o c t o n i as o l a n i 7 。( n d o d e c y l i m i n o ) v a l i d o x y l a m i n e as h o w e d i n s e c t i c i d a l f u n g i c i d a l a n d h e r b i o i d a la c t i v i t i e s s o m ea c e t a l so rk e r a l sd e r i v a t i v e so fv a l i d o x y l a m i n eae x h i b i t e d g o o d i n s e c t i c i d a la c t i v i t i e sa g a i n s ta p h i da n df u n g i c i d a la c t i v i t ya g a i n s tr h i z o c t o n i as o l a n i i tc o u l db ef o u n dt h a tt h e g r o u po fa m i n o ，m e t h o x y lo rh y d r o x y lb o n d i n gt ot h e b e n z e n ew a si m p o r t a n tf o rt h eh i g hb i o a c t i v i t i e so f a b o v en e w c o m p o u n d s i nc o n c l u s i o n ，t h es m d yo ft h i sd i s s e r t a t i o np r o v i d e sau s e f u lr e v e l a t i o na n da l l e f f e c t i v ed i r e c t i o nf o rt h ei u r t h e rr e l a t e dw o r k k e y w o r d s ：v a l i d a m y c i n ，v a l i d o x y l a m i n ea ，d e r i v a t i v e ，s y n t h e s i s ，b i o a c t i v i t y 浙江工业_ 人学博士学位论文 第一章前言 1 1 新农药的研究与开发 1 1 1 新农药的创制过程 农药是发展农业最重要的生产资料之一，农药在植物保护中，发挥了巨大的 作用，促进了农业发展，给人类带来了巨大的经济效益；在人类的生存活动中， 农药为控制人类社会中各种严重的传染病做出了很大的贡献。1 9 0 0 年，亚砷酸 铜在美国成为世界上第一个登记立法的农药【l i ：1 个世纪以来，化学农药得到长 足的发展。据1 9 9 8 年m e n n 及h a l l 的报道，世界农药3 2 0 亿美元的总销售额中 化学农药占9 8 9 ，表明化学农药在世界各地都得到了广泛的应用【2 】o 继19 4 0 年瑞士科学家rm u l l e r 发现d d t 的杀虫活性之后【3 】，有机合成杀 虫剂进入迅速发展阶段，大量有机氯、有机磷、氨基甲酸酯及拟除虫菊酯类杀虫 剂相继问世。i n 2 硫代氨基甲酸盐等保护性杀菌剂的应用以及2 , 4 d 特殊生理效 应的发现，亦加速了有机合成杀菌剂、除草剂的发展进程。但是长期使用单一的 农药品种，往往会带来生态的变化和抗性的产生等问题，因此农药产品具有需要 经常更新的特点。而且，随着环境保护法规及可持续发展战略的贯彻执行，一些 高毒、高污染的品种将被淘汰。我国现有的农药产品开发，多为仿制国外开发的 品种，其中高毒高污染品种占产量的一半。为保证环境保护法规的贯彻施行，我 国农药产品面临更新换代的挑战，急需根据我国主要病、虫、草害开发出高效、 低用量、有特定选择性以及对环境友好的新农药品种1 4 , 5 1 。 新农药创制是一门高新技术，更是一门专业跨度大，学科交叉性强的系统 工程1 6 j 。新农药候选品种的研制过程如图1 1 所示【7 】o 浙江工业大学博士学位论文 【i 先导化合物i i i i 兰茎坚堡i 【全壁i 。- _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - _ - _ _ 一 囫一圈一图 回一圈一固 图1 1 新农药候选品种的创制过程 f i g u r e1 1p r o c e s so fr e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n to fn e wp e s t i c i d e 一个新农药从活性结构( 先导化合物) 的发现到开发成功，先后要经过分 子设计、合成、筛选、结构优化和衍生化、活性测定、田间试验及药效推广、化 工工艺开发、安全与环境评价以及注册登记等多个环节，需要化学、化工、农学、 生物学、环保学、计算机技术等多学科的密切配合。 1 1 2 以天然活性物质作为先导化合物的研究 在新农药的创制中，关键问题是如何发现新型的活性化合物 ( a c t i v e c o m p o u n d s ) 或新的先导化合物( n e wl e a dc o m p o u n d s ) 。一般而言，常 用的发现先导化合物的途径主要有随机筛选、类同合成、天然生物活性物质设计、 活性亚结构拼接和生物合理设计吼 来自于自然界植物、动物、微生物及其代谢产物中的多数有机化合物是天 然药物活性组分的重要来源。这些天然活性物质化学结构新颖独特，作用方式多 种多样，并具有较好的环境相容性，无疑会给新农药分子设计提供许多极为有用 的信息。2 0 世纪以来，随着天然物质的基础性研究的不断发展与进步，尤其是 提取、分离、分析、结构鉴定等研究手段的广泛使用和日益完善，使天然产物的 研究开发迈上了一个新的台阶。人们已经不再局限于天然化合物结构本身，而是 对天然先导化合物进行较大幅度的改变，引进己知活性的基团或亚结构，进而提 高活性水平。 浙江工业大学博士学位论文 拟除虫菊酯类杀虫剂的开发是以植物源先导进行新农药开发并获得成功的 范例。天然除虫菊素是由六种活性成分组成的混合物，其杀虫活性各不相同，除 虫菊素i 的杀虫活性最高，除虫菊素i i 有较快的击倒作用吼鉴于天然除虫菊索 的优良杀虫活性，1 9 4 7 年，第个合成的除虫菊素丙烯菊酯问世：1 9 7 3 年，第 一个对日光稳定的拟除虫菊酯苯醚菊酯开发成功d o 。进而，人们以除虫菊素i 为先导，开发了如二氯苯醚菊酯、氯氰菊酯、溴氰菊酯、杀灭菊酯等一系列高效、 耐光的拟除虫菊酯杀虫剂【1 1 , 1 2 。几种拟除虫菊酯杀虫剂的化学结构见图1 2 。 h 0 除虫菊素 战以 o 苯醚菊酯 c o 丙烯菊酯 q c n 杀灭菊酯 图1 2 几种拟除虫菊酯杀虫剂的结构 f i g u r e1 2s t r u c t u r e so fs o m ep y r e t h r o i dp e s t i c i d e s 沙蚕毒素类杀虫剂的开发也是一类成功的例子。沙蚕体内存在一种能杀死苍 蝇的毒素。1 9 3 4 年日本人从沙蚕中分离出这种毒素，称为沙蚕毒素( n e r e i s t o x i n ) ， 其化学结构见图1 3 。此后，人们以这一结构为先导化合物，进行了结构修 饰和构效关系研究，筛选并开发出了杀虫双、杀虫磺、杀虫环( 见图1 3 ) 等杀 虫剂，用于防止水稻、蔬菜及果树害虫。 浙江工业大学博士学位论文 ：，3 c c ，n l h 、c c h h 2 ：一- i 沙蚕毒素 ：3 。c c ，- n c h 、7 c c h h 2 ：s 。s 。0 2 ：p p ： 杀虫磺 h 3 c n c h 二一c h 2 s s 0 3 n a h 1 c 7、c h ，s s 0 1 n a 杀虫双 h31c、n-chcchh2，一-shcs s 1 、c h ，一 杀虫环 ：i n - - c h c h 2 s c c 洲o n 乏h 杀螟丹 图1 3 几种沙蚕毒素类杀虫剂的结构 f i g u r e1 3s t r u c t u r e so fs o m en e r e i s t o x i np e s t i c i d e s 烟碱是广为人知的生物碱杀虫剂，烟碱类杀虫剂是以天然烟碱为模型， 经结构改进而发现的性能优异的化学杀虫剂”1 。7 0 年代初，壳牌公司发现 了一类可用于防治鳞翅目害虫的新化合物，其中活性最高的是n i t h i a z i n e 。 由于硝基亚甲基基团遇光不稳定，所以n i t h i a z i n e 未能进入市场化【16 1 。2 0 世纪8 0 年代开始，人们以烟碱为先导进行结构改造，合成了吡虫啉等对鳞 翅目和鞘翅目害虫具有良好生物活性的一类化合物，即氯代烟碱类杀虫剂。 吡虫啉是烟碱乙酰胆碱受体激动剂，是具有全新含氮杂环结构的新作用机 制杀虫剂，此药有强内吸性，持效期也很长，主要用于防治叶蝉、飞虱、 蚜虫、象甲等，对抗性害虫有高效【l ”。由于此药的药效高，杀虫谱广，持 效长而且低毒，因而很快的被广泛使用。现已在全世界8 0 多个国家使用， 用于6 0 多种不同的作物。诺华公司开发了新烟碱类杀虫剂噻虫嗪，该化合 物用含氮和含硫的噻唑环代替了吡啶基，也具有很好的效果，可防治蚜虫、 叶甲、螃、蓟马、马铃薯甲虫等多种害虫。日本三井公司开发了啶虫脒，主 要用于防治同翅目害虫如蚜虫、叶蝉、粉虱和蚧等；鳞翅目害虫如菜蛾、小食心 虫等；鞘翅目害虫如天牛；蓟马目如蓟马等，对甲虫目害虫也有明显的防效，并 具有优良的杀卵、杀幼虫活性 1 8 】。 浙江工业大学博士学位论文 表1 - 1 烟碱类杀虫剂的结构 t a b l e1 - 1s t r u c t u r e so fs o m en i c o t i n y li n s e c t i c i d e s 化合物名称杀虫剂结构 烟碱( 烟碱类) 吡虫啉 噻虫嗪 c c 1 n 。 丫1 户c h - 奴 n n o ， l i ，一n 7 7 n h l c h 3 n n 0 2 c 。令啦h 2 n c ：n ，c n 阿维菌素( a v e r m e c t i n s ) 是一种从四万多个活性菌发酵液的样品中筛选得到 的一种结构新颖、作用机理独特的新型杀虫抗生素。它具有很强的杀虫和驱虫活 性，是迄今为止发现的最为有效的杀虫、杀螨和驱虫剂之- - 1 9 1 。目前，以阿维 菌素为先导化合物，经过结构改造，筛选出了一些对靶标害虫具有较高活性、对 人畜具有较高安全性的新产品。其中己商品化的有：依维菌素( i v e r m e c t i n ) 、甲 氨基阿维菌素( e m a m e c t i n ) 和乙酰氨基阿维菌素( e p r i n o m e c t i n ) 等，它们均获 得了明显改善的驱虫或者杀虫活性，大大扩展了阿维菌素的应用范围2 1 1 。 浙江工业大学博士学位论文 h o c h 3 0 c h ， o o h r 图1 4 阿维菌素、依维菌素、甲氨基阿维菌素和乙酰氨基阿维菌素的结构 f i g u r e1 4s t r u c t u r e so f a v e r m e c t i n ，i v e r m e c t i n ，e m a m e c t i na n d e p r i n o m e c i n 综上所述，以天然活性物质为先导，对其结构进行化学改造已经成为探索 农药新品种的一种重要的方法，并取得了不少成功的范例。此类方法保留了天然 活性物质的基本结构，往往采取活性亚结构拼接法，合成一系列衍生物，省时省 力，而且成功率较高。多数天然活性物质易降解，对环境安全，以其为先导化合 物更宜于开发环境友好、安全性高的新一代农药。 浙江工业大学博士学位论文 1 2 海藻糖酶抑制剂 1 2 1 概述 海藻糖( t r e h a l o s e ，d - g l u c o p y r a n o s y ld - g l u c o p y n o s i d e ) 是由两个吡喃型葡萄 糖单体以1 ，1 糖苷键连结而成的非还原性二糖。天然存在的海藻糖一般为( a ，a ) 构型，分子式为c 1 2 h 2 2 0 i i 2 h 2 0 ，分子结构如图1 5 所示【2 2 】。 h o h 图1 5a ，a 海藻糖的结构 f i g u r e1 5s t r u c t u r eo fn u - t r e h a l o s e 海藻糖广泛存在于低等植物、藻类、细菌、真菌、酵母、昆虫及无脊椎动物 中。对真菌来说，海藻糖是其主要的储备糖，与子囊孢子的发芽密切相关，对昆 虫来说，海藻糖是其最主要的血糖，用于满足昆虫的各种能需活动，除了作为储 备性糖类，海藻糖还具有独特的生物活性，对生物体和生物分子具有独特的非特 异性保护作用 2 3 】。 海藻糖酶可以专一地将生物体内的海藻糖水解成为两分子葡萄糖口4 1 。在昆 虫体内，水溶性的海藻糖被海藻糖酶水解成为葡萄糖，进而参与体内的糖酵解途 径，为昆虫的各种能需活动提供能量；在细菌和真菌的孢子发芽以及感染过程中， 海藻糖酶同样发挥着重要的作用 2 5 1 。所以，通过抑制海藻糖酶的活性，阻断有 机体内海藻糖的水解，就可能达到杀死害虫和防治病害的目的。也就是说，海藻 糖酶抑制剂有可能成为具有新的作用机制的、高度选择性的杀虫剂或杀菌剂。 1 2 2 天然海藻糖酶抑制剂 自1 9 7 2 年，m k g a r r e t t 等人报道了第一个天然海藻糖酶抑制剂以来，现 h n 蓊 l l 咐协 浙江工业大学博士学位论文 已从微生物及植物细胞中分离得到了多种海藻糖酶抑制剂，它们均显示出了良好 的抑制海藻糖水解的效果2 6 1 。对海藻糖酶抑制剂的深入研究主要集中在近十年 内。其中具有明显海藻糖酶抑制活性的化合物有v a l i d o x y l a m i n e a ，t r e h a z o l i n ， s a l b o s t a t i n ，m d l 2 56 3 7 ，c a l y s t e g i nb 2 ，c a s t a n o s p e r m i n e 及d e o x y n o j i r i m y c i n 等， 这些化合物的分子结构和半抑制浓度( 1 c 5 0 ) 见表1 2 。 ( 1 ) 井冈霉素( v a l i d a m y c i n ) 井冈霉素( v a l i d a m y c i n s ) 是从链霉菌中分离得到的糖苷酶抑制剂，包含a 、 b 、c 、d 、e 、f 、g 、h 八种组分，其中a 组分对立枯丝核菌、阿米巴变形虫 等生物的离体海藻糖酶的抑制效果较好。v a l i d a m y c i na 的水解产物 v a l i d o x y l a m i n ea 的分子结构与海藻糖相似，与其他糖苷类药物相比， v a l i d o x y l a m i n ea 具有特异性更强，对哺乳动物的毒性更低等特点【2 7 1 。 ( 2 ) t r e h a z o l i n 1 9 9 1 年a n d o 等从小单孢菌属菌株s a n k 6 2 3 9 0 中分离得到t r e h a z o l i n 。与其 它海藻糖酶抑制剂相似，t e h a z o l i n 也是一种假二糖类抑制剂。1 0 m g 的t r e h a z o l i n 注入昆虫体内，在2 4 小时内，昆虫体内葡萄糖含量下降9 0 ，同时海藻糖含量 升高5 5 ，严重影响了昆虫神经系统的正常功能【2 8 , 2 9 1 。 t r e h a z o l i n 的分子结构如表1 2 所示，是通过亚氨基将葡萄糖与t r e h a l a m i n e 相连接。t r e h a l a m i n e 属于n 取代的环脲氨基环戊烷类衍生物，并不具有抑制活 性，只有当一分子的吡喃糖基结合在其亚氨基部位，生成t r e h a z o l i n 后，昆虫体 内的海藻糖的水解才被抑制。 以t r e h a z o l i n 为先导化合物，通过对其糖苷进行替换，或是对环戊烷以及环 脲基进行结构改造，是合成t r e h a z o l i n 类衍生物的主要手段，目前新合成的衍生 物的抑菌活性并没有明显提高川。 ( 3 ) s a l b o s t a i n s a l b o r s t a i n 是从白色链霉菌a t c c2 1 8 3 8 中分离得到的一种海藻糖酶抑制 剂，其结构见表1 2 ，是亚氨基连接的2 一氨基1 ，5 脱水一d 山梨醇与a 一井冈烯胺 8 浙江工业大学博士学位论文 【2 9 】。s a l b o s t a i n 与v a l i d o x y l a m i n e a 的分子结构相似，它可以破坏海藻糖的水解 另外对于醛糖还原酶( e c1 1 12 1 ) 也存在一定的抑制活性 3 2 1 。 表1 2 海藻糖酶抑制剂的结构和i c 5 0 t a b l e1 - 2s t r u c t u r e sa n di c s oo ft r e h a l a s ei n h i b i t o r s 浙江工业大学博士学位论文 ( 4 ) m d l 2 56 3 7 r h i n e h a r t 等研究发现，m d l2 56 3 7 也是一种特异性很强的竞争性二糖水解 酶抑制剂。微量注射入小鼠体内，很短时间内就可以检测到鼠小肠中葡萄糖含量 降低，因为m d l2 56 3 7 对于小鼠肠道中存在的蔗糖酶、甘露糖酶、异麦芽糖酶、 葡萄糖淀粉酶以及海藻糖酶等二糖水解酶均具有不同程度的抑制作用【2 ”。 ( 5 ) 植物碱 植物碱是类存在于植物中的具有生物活性的含氮碱性有机物。从结构上 看，这类有机物以多羟基、含氮环杂己烷的形式存在，另外也有少数是以脂肪胺 的形式存在。研究表明，桑叶提取物脱氧杂氮一d 葡萄糖( d e o x y n o j i r i m y c i n ) 3 3 1 ， 栗籽豆碱( c a s t a n o s p e r m i n e ) 【2 6 和c a l y s t e g i nb 2 3 4 1 等，均是近几年来从天然植物中 提取的小分子物质，对于p - 糖苷酶、p 脑苷酶、糖苷酶和海藻糖酶等，这类天 然物质均具有不同程度的抑制活性。 上述天然海藻糖酶抑制剂均为含氮( 假) 糖类化合物，与海藻糖具有类似的 化学结构，尤其是v a l i d o x y l a m i n e a ，s a l b o s t a t i n 和t r e h a z o l i n 与海藻糖的结构非 常相似，它们都具有极强的海藻糖酶抑制活性和高度选择性。以海藻糖水解酶为 靶标，通过抑制海藻糖的水解来达到杀虫和抑菌的目的，已经成为农药研发的一 个方向。就以往的研究来看，尽管海藻糖酶抑制剂的筛选取得了一些进展，但仍 然存在许多问题，如昆虫体壁穿透能力差、残效期过长或过短等。同时，由于海 藻糖酶的晶体结构仍属未知，因此还无法进行基于海藻糖的晶体结构的药物设计 和筛选。而通过分析己知的海藻糖酶抑制剂的分子结构，确定药效团，然后以此 药效团为先导化合物进行化学修饰，有可能成为加快海藻糖酶抑制剂研发的有效 手段。 1 2 3 天然海藻糖酶抑制剂的作用机制0 5 研究表明，天然海藻糖酶抑制剂与海藻糖酶具有更强的“亲和能力”，其抑 制作用是通过与海藻糖“争夺”海藻糖酶来实现的，包括1 ) 天然海藻糖酶抑制 1 0 浙江工业大学博士学位论文 剂结构中所含的羟基与酶的活性点形成氢键；2 ) 抑制剂所含的氮质子化：3 ) 酶 所含的羧基与质子化的氮通过强力的静电作用络合。 图1 6 海藻糖酶抑制剂的作用机制 f i g u r e1 6a c t i n gm e c h a n i s mo ft r e h a l a s ei n h i b i t o r 1 2 4 先导化合物的选择 天然海藻糖酶抑制剂的发现，为合成新型的海藻糖酶抑制剂提供了有效的天 然先导模型。虽然上述各类天然化合物都是高效的海藻糖酶抑制剂，但是其中的 s a l b o s t a t i n ，m d l 2 56 3 7 ，c a l y s t e g i nb 2 ，c a s t a n o s p e r m i n e ，d e o x y n o j i r i m y c i n 等 并不专一性地抑制海藻糖酶，它们对各种糖苷酶，如异麦芽糖酶、蔗糖酶、葡萄 糖淀粉酶、e t 一淀粉酶和乳糖酶等都有一定的抑制活性，因此，它们不适合成为专 一性海藻糖酶抑制剂的先导化合物。而且，从活性上考虑，v a l i d o x y l a m i n ea 离 体抑酶活性最高( i c 5 0 ：2 4 1 0 。9 ) ；从结构上考虑，v a l i d o x y l a m i n ea 为亚氨基 连接的两个环多醇，结构较为新颖，化学修饰的潜力较大。因此，v a l i d o x y l a m i n e a 是较为理想的先导化合物。 1 3 井冈霉素及其衍生物的研究进展 1 3 1 井冈霉素概述 井冈霉素是一种高效、安全的农用抗生素。1 9 7 2 年，上海市农药研究所在 我国井冈山等地区的土壤中发现了能够产生井冈霉素的微生物吸水链霉素 浙江工业大学博士学位论文 井冈变种( s h y g r o s c o p i c u sv a t j i n g g a n g e n s i s y e n ) 3 6 o 由于井冈霉素能有效地抑 制水稻纹枯病菌( p e l l i c h l a r i as a s a k i i ) ，大田药效在9 0 以上，耐雨水冲刷，药 效长，毒性低，对人畜安全，1 9 7 6 年起在我国大量生产使用井冈霉素，目前己 成为我国使用面积最广、亩用成本最低的安全、无公害农药之- - ”】。 井冈霉素是由a 、b 、c 、d 、e 、f 六个组分组成，其化学结构与日本的有 效霉素相同。最近，k e m a d a 等又报道了有效霉素的g 和h 两个新组分 3 8 , 3 9 。在 上述各组分中，井冈霉素a 组分的含量和活性均为最高，c 组分几乎无效，a 和b 组分同时存在有一定的增效作用，一般产品中均以a 组分的含量来标示产 品的规格及产品的质量。 井冈霉素对哺乳动物毒性极低，对小白鼠l d 5 0 为1 0 0 0 0 m g k g 以上，以每天 每千克摄入1 0 0 0 m g 喂养小白鼠两年均无任何不良反应。井冈霉素对水生生物毒 性很低，鲤鱼在4 0 m g l 的水中生存无不良反应。应用有效剂量的3 0 倍对水稻 也是安全的。井冈霉素在安全、高效和对作物无害这些性能上大大优于当时用于 水稻纹枯病防治的有机砷制剂。 井冈霉素是一种弱碱性、水溶性农用抗生素，溶于水、甲醇、二甲基甲酰胺 和二甲亚砜，微溶于乙醇和丙酮，不溶于乙酸乙酯、氯仿等有机溶剂。井冈霉素 的制剂主要有：3 和5 水剂，2 0 粉剂。此外，井冈霉素还有和其他多种农药 的复配制剂h 0 1 。 1 3 2 井冈霉素系列化合物的结构 井冈霉素系列化合物是由氨基环多醇与d 型吡哺葡萄糖所形成的糖苷( 图 1 7 ) 。其中v a l i d a m y c i na ，c ，d ，e 和f 中均含有一个相同的部分v a l i d o x y l a m i n e a ，它们的区别仅仅在于v a l i d o x y l a m i n ea 上所附加的糖基数量、部位或者种类 的不同。v a l i d a m y c i nb 和g 分别包含v a l i d o x y l a m i n eb 或者g h “。 浙江工q t 大学博+ 学位论文 v a l i d a m y c i nar 1 = h群= hr 3 = hr 4 1 3dg i ur 5 = hr 6 = h v a l i d a m y c i nb r 1 - hr 2 = hr 3 - o h r 4 = b d g l ur 5 = h r 6 = h v a l i d a m y c i nc r 1 = hr 2 = i ir 3 = h r d = b d 0 1 u r 5 = d d g i ur 6 ：h v a l i d a m y c i nd r i - hr 2 1 3dg l u 一- hr 4 = h r 5 = hr 6 = i i v a l i d a m y e i ne r 1 = ha 2 = nr 3 = h r 4 = d d ( i - - 4 ) b d g i ur 5 ：h r 6 ：h v a l i d a m y c i nf r l - hr 2 - hr 3 一h r 4 = b d g l ur 5 = h r 6 - d g i u v a l i d m n y c i ngr 。= o hr 2 = i i r 3 = h r 4 = b d g l ur s - hr 6 _ h v a l i d o x y l m i n ear 1 = i 】 r 2 = hr 3 = hr 4 = hr s - h r 6 _ h v a l i d o x y l m i n eb r 1 - hr 2 一hr 3 = o h r 4 = hr 5 = i r 6 - h v a l i d o x y l m i n ec r 1 = 0 1 lr 2 = hr 3 = h一= h r s = hr 6 ：h g l u ：g l u c o p y r a n o s y l 图1 7 井冈霉素系列化合物的结构 f i g u r e1 7s l r u c l u r e so f v a l i d a m y c i n s 井冈霉秉a 是井冈霉素中最主要的也是最重要的组分，分子巾包含了井冈 羟胺a 结构和一个d 型吡喃葡萄糖基。井刚羟胺a 是一种弱碱性的糖苷配基， 是井冈霉素a 的主要活性单元，可由井冈霉素a 通过酸性水解得n t 4 ”。 浙江工业大学博士学位论文 n h o h h n h 1 - 1 井冈霉素a1 - 2 井冈羟胺a 图1 8 井冈霉素a 和井冈羟胺a 的结构 f i g u r e1 8s t r u c t u r e so f v a l i d a m y c i n aa n d v a l i d o x y l a m i n e a o h 井冈霉素a 中所含的环多醇结构如图19 所示。井冈羟胺a 氢化裂解后得 到1 - 4 、1 - 7 和1 8 。而氢化裂解井冈霉素a 得到的是连有8 一d 型p t l p 南葡萄糖基 的1 - 4 、1 - 7 和1 8 4 4 1 。 h 2 r h 2 i - 4v a l i d a m i n e ：r = r - = hl - 7v a l i d a t o l ：r = o h 1 - 5h y d r o x y lv a l i d a m i n e ：r 2 0 h ，r i 2 h 1 - 8d e o x y v a l i d a t o l ：r = h 1 - 6h y d r o x y lv a l i o l a m i n e ：r 2 h r i 2 0 h 图1 9 井冈霉素a 中的环多醇结构 f i g u r e1 9s t r u c t u r e so ft h ec y c l i t o lf r a g m e n to fv a l i d a m y c i na 1 3 3 井冈霉素及其衍生物的作用机制 1 3 3 1 井冈霉素a 及其衍生物对海藻糖酶的抑制作用 井冈霉素是天然的海藻糖酶抑制剂。研究表明，井冈霉素的作用机制是以糖 苷配基的井冈羟胺a 对海藻糖酶抑制作用为基础的。井冈羟胺a 的构造与海藻 糖非常相似，它具有很强的特异性，是高效的抑制剂，能竞争性地抑制海藻糖酶， 具有比海藻糖自身要大得多的酶结合系数。井冈羟胺a 对昆虫、酵母、真菌等 海藻糖的i c 5 0 值在1 0 一1 0 9 m 水平上，对其它的糖分解酶如q 一或b 葡萄糖苷酶、 浙江工业大学博士学位论文 纤维素酶、果胶酶、几丁质酶、一淀粉酶则几乎没有抑制活性。如果在井冈羟胺 a 上接入d 葡萄糖基，会削弱化合物对酶的抑制活性【4 5 , 4 6 】。 虽然井冈羟胺a 具有很高的离体海藻糖酶抑制活性，但其活体杀菌的效果 却很差。因为井冈羟胺a 不易被病菌细胞所吸收，而难以达到“酶靶标”。而井 冈霉素a 的离体抑制活性比井冈羟胺a 降低了2 0 倍，但其活体杀菌效果却提高 了1 0 0 倍，原因在于井冈霉素a 是在井冈羟胺a 的4 位上接上一个葡萄糖基， 使其更易被菌体细胞吸收而到达“酶靶标”【4 ”。 l _ 3 3 2 井冈霉素a 及其衍生物的杀菌、杀虫效果【4 5 - 4 8 表1 3 井冈霉素系列化合物对蚕及水稻纹枯病菌的海藻糖酶抑制效果对比 t a b l e1 - 3t h ei n h i b i t i v ee f f e c t so f v a l i d a m y c i n sa n dv a l i d o x y l a m i n e s a g a i n s t t r e h a l a s eo fr h i z o c t o n i as o l a n ia n ds p