新型含1,2,4-三唑杂环的喹唑啉酮类衍生物的合成及抗菌活性研究

摘要

含氮杂环化合物由于其生物活性广、作用位点丰富等特点在农药的研究开发中占有重要的地位。喹唑啉酮是一类重要的苯并氮杂环生物碱，其衍生物有着诸多的生物活性；另一方面，1,2,4-三唑类化合物大量应用于药物的设计合成中。基于活性亚单元拼接，将两部分药效团构筑于同一小分子是发现具有优良生物活性先导化合物的有效手段；其中最有名的例子为氟喹唑，一种具有广谱杀菌活性的商品化药剂；该化合物结构特点为喹唑啉酮环的2位直接连接一个1,2,4-三唑环。本课题组在前期工作中，设计合成了一系列含1,2,4-三唑硫醚单元的新型喹唑啉酮类化合物，生物活性测试结果表明部分化合物表现出了一定的抗真菌活性。
　　本文以喹唑啉-4(3H)-酮为先导化合物，在其3位N上通过亚甲基桥，分别引入1,2,4-三唑苄基硫醚、1,2,4-三唑曼尼希碱和1,2,4-三唑希夫碱三个具有抗菌活性的小分子片段，设计合成了A、B和C三个系列化合物，目标化合物均通过IR、1H NMR、13C NMR和元素分析进行结构表征，测试了它们的室内抗细菌和抗真菌活性，并进行了初步的构效关系分析。主要研究工作概述如下：
　　1.设计合成了A1?A20、B1?B9和C1?C25三个系列的化合物，目标化合物均通过IR、1H NMR、13C NMR和元素进行结构表征。对A系列和B系列化合物进行单晶培养，有幸得到了化合物A9和B5的单晶，并通过X-ray得到了它们的晶体结构。
　　2.从碱的类型、碱性强弱、反应时间和酸化后的pH值几个方面对中间体3-[(4-苯基-5-硫亚基-4,5-二氢-1H-1,2,4-三唑-3-基)甲基]喹唑啉-4(3H)-酮(5)的合成条件进行了探索，确定了较优的反应条件：以5％的K2CO3水溶液为催化剂，回流反应为6 h，酸化调至中性。
　　3.采用浑浊度法，在200及100μg/mL浓度下，以水稻白叶枯病菌
　　(Xanthomonas oryzae pv.oryzae)、柑橘溃疡病菌(Xanthomonas axonopodis pv.citri)和烟草青枯病菌(Tobacco bacterial wilt)为测试对象，对目标化合物进行了初步的室内抗细菌活性筛选。实验结果表明：化合物A19、C1、C6、C10、C11、C19和C22对水稻白叶枯病菌表现出优良的抑制活性，两个浓度下的抑制率均接近100%，优于对照药剂叶枯唑(71.9%,54.1%)。同时，化合物A19、C1、C2、C7、C17和C20对柑橘溃疡病菌同样表现出了优良的抑菌活性，两个浓度下的抑制率均为100%，较对照药剂叶枯唑(99.9%,67.1%)抑制活性更好。特别是化合物A19对水稻白叶枯病菌和柑橘溃疡病菌均表现出了优良的抑制活性，EC50值分别为47.6μg/mL和22.1μg/mL。另一方面，部分A系列化合物对烟草青枯病菌的抑制活性与对照药剂噻菌铜相当，但总体而言该类化合物对烟草青枯病菌抑制活性一般。
　　4.采用菌丝生长速率法，在50μg/mL浓度下，以小麦赤霉病菌(G.zeae)、马铃薯晚疫病菌(P. infestans)、苹果腐烂病菌(C. mandshurica)、水稻纹枯病菌(P. sasakii)、辣椒枯萎病菌(F. oxysporum)、黄瓜灰霉病菌(B. cinerea)、油菜菌核病菌(S. sclerotiorum)、番茄灰霉病菌(B. cinerea pers.)、苹果炭疽病菌(G. fructigenum)和辣椒炭疽病菌(C. capsici)为测试对象，对目标化合物进行了室内抗真菌活性筛选。实验结果表明，化合物A5、A8和A11对水稻纹枯病菌的抑制活性优于对照药剂恶霉灵(51.2%)，抑制率分别为51.3%、65.9%和75.4%；化合物A8、A12和A19对辣椒炭疽病菌的抑制活性优于恶霉灵(45.0%)，抑制率分别为65.1%、54.9%和56.2%。但是，B系列化合物对所测试真菌的抑制活性并不理想。C系列化合物对油菜菌核病菌抑制活性最佳，所有目标化合物抑制率均大于50%，其中化合物C14、C18、C20和C22抑制率均超过了90%。
　　5.选取 C系列化合物为研究对象，将该类化合物与水稻白叶枯病菌代号为3VZI的Cas5d蛋白酶进行分子对接，分析目标化合物与受体蛋白酶的结合模式以及结合能与抗菌活性之间的关系。结果表明，大部分该类化合物的结合自由能数值均低于对照药剂叶枯唑，这与实验测试中活性优于叶枯唑是一致的。其中化合物C22的结合自由能数值最低，对Cas5d蛋白酶的亲和力最高，与多个蛋白残基形成了疏水作用及氢键作用，能以其优势构象很好的与Cas5d蛋白酶的活性口袋结合。

目录

封面

声明

目录

中文摘要

英文摘要

缩略词列表

第一章 前 言

第二章 文献综述

2.1喹唑啉-4(3H)-酮类化合物研究进展

2.2 1,2,4-三唑类化合物研究进展

2.3 本章小结

第三章 目标分子设计的思想及研究内容

3.1 论文选题的目的和意义

3.2本课题设计思想

3.3论文的研究内容

第四章 实验部分

4.1 仪器及试剂

4.2中间体3-[(4-苯基-5-硫亚基-4,5-二氢-1H-1,2,4-三唑-3-基)甲基]喹唑啉-4(3H)-酮 (V)的合成

4.3 A系列目标化合物的合成与表征

4.4 B系列化合物的合成与表征 4.4.1目标化合物B1?B9的合成

4.5 C系列化合物的合成与表征

4.6 目标化合物的抗菌活性测试 4.6.1试验材料

4.7 C系列化合物的分子对接

4.8本章小结

第五章 结果与讨论

5.1中间体3-((4-苯基-5-硫酮-4,5-二氢-1H-1,2,4-三唑-3-基)甲基)喹唑啉-4(3H)-酮 (V)的合成条件优化

5.2目标化合物抗细菌活性测试

5.3目标化合物的抗真菌活性测试

5.4 分子对接结果分析

第六章 结 论

6.1.2创新点

6.2不足之处和展望

致谢

参考文献

附录

附图 A

附图 B

附图 C