酮醇酸还原异构酶先导抑制剂的结构改造及生物活性

摘要

酮醇酸还原异构酶（KARI）是植物和微生物体内支链氨基酸--缬氨酸、亮氨酸及异亮氨酸生物合成的关键酶之一，同乙酰乳酸合成酶（ALS）一样可以作为设计除草剂的靶标酶，通过抑制酶的活性可以中断支链氨基酸的合成而使植物死亡，达到除草目的。
　　 本课题组曾经利用计算机辅助药物分子设计方法--基于结构的药物设计（SBDD），从生物大分子KARI复合物的晶体结构出发，利用分子对接DOCK4.0程序进行MDL/ACD3D三维数据库搜寻，获得了多个打分较高且结构新颖化合物，进而对其中一个双脒类KARI酶抑制剂进行结构优化，设计合成了一系列具有较好除草活性且有一定水稻KARI酶抑制活性的苄氧/烷氧基取代的苯甲脒类化合物。本文进一步在这些研究基础上，利用生物电子等排、类似合成及活性片段拼接等分子设计原理，设计合成了一系列结构新颖的N-苄氧/烷氧苯基-嘧啶/噻唑啉胺类化合物。
　　 此外，根据KARI酶催化的反应中间体及其抑制剂IpOHA的结构，利用类似合成和活性片段拼接原理，设计合成了两个系列潜在KARI酶抑制剂。
　　 最后，我们比较了几类已知的KARI酶抑制剂：Hoe704，IpOHA，CPD以及1，2，3-噻二唑类化合物的结构，并计算了它们的理论疏水常数（ClogP，logP）。从已知的1，2，3-噻二唑类化合物的结构出发，按照生物电子等排及活性拼接原理设计合成了一系列疏水性更好的新型吡唑类衍生物。
　　 本论文设计合成了四个系列共60个新型化合物，其结构经过1HNMR、IR、MS、元素分析，高分辨质谱和X-射线单晶衍射分析确证。初步测试了目标产物的生物活性，结果表明，部分化合物具有一定除草活性及KARI抑制活性。

目录

文摘

英文文摘

第一章 前言

第一节 除草剂靶标酮醇酸还原异构酶（KARI）及其抑制剂的研究进展

1.1.1 酶的获得及基因编码

1.1.2 KARI晶体结构

1.1.3 酶的催化性质

1.1.4 KARI的活性位点

1.1.5 KARI抑制剂及抑制机理

1.1.6 总结

第二节 基于KARI酶结构的抑制剂分子设计

1.2.1 基于靶标的药物分子设计过程

1.2.2 KARI与抑制剂间相互作用的分子对接及密度泛函理论研究

1.2.3 KARI的虚拟筛选

第三节 具有除草活性的吡唑类化合物

1.3.1 磺酰（脲）基吡唑衍生物

1.3.2 吡唑酰胺类化合物在除草剂上的应用

1.3.34-芳酰基吡唑类

1.3.4 芳基吡唑类

1.3.5 吡唑基吡唑化合物

第四节 立题依据、意义和设计思路

第二章 基于数据库搜寻分子结构的改造与合成

第一节 化合物的设计思路

第二节 苄氧/烷氧苯基-嘧啶/噻唑啉胺类化合物合成

2.1.1 仪器和试剂

2.1.2 合成方法

2.1.3 合成方法讨论

2.1.4 目标化合物Ⅰ的结构表征

第三章 基于KARI催化反应中间体及抑制剂的类似合成

第一节 化合物的设计

3.1.1 IpOHA类似物的设计思路

3.1.21,2,3-噻二唑抑制剂类似物的设计思路

第二节 N-取代芳磺酰胺草酸乙酯类化合物的合成及结构表征

3.2.1 仪器和试剂

3.2.2 合成方法

3.2.3 化合物的结构表征

第三节 不对称草酰胺类化合物的合成及结构表征

3.3.1 仪器和试剂

3.3.2 合成方法

3.3.3 化合物Ⅲ的结构表征

第四节 吡唑类化合物的合成及结构表征

3.4.1 仪器和试剂

3.4.2 合成方法

3.4.3 合成方法讨论

3.4.4 化合物Ⅳ结构表征

第四章 潜在KARI酶抑制剂的生物活性研究

第一节 活体除草活性测试

第二节 离体除草活性测试

第三节 其它生物活性测试

总结

参考文献

致 谢

附录

作者简介