新型HIV整合酶抑制剂的合成及其与金属离子相互作用的研究

摘要

本课题依据现有HIV整合酶抑制剂的研究现状，以及HIV整合酶抑制剂与其作用靶点的抑制机理，设计并合成了一系列多羟基芳基二酮酸衍生物、喹噁啉酮衍生物和吡啶(喹喏)酮羧酸衍生物，并对它们与金属离子的相互作用采用紫外-可见光谱和荧光光谱法进行了研究。该研究结果为芳基二酮酸类化合物及其生物电子等排体(喹嗯啉酮衍生物和吡啶(喹喏)酮羧酸衍生物)的合成提供了一种具有参考价值的方法，对芳基二酮酸类整合酶抑制剂进一步的药物设计具有重要的指导意义。 多羟基芳基二酮酸和喹嗯啉酮化合物的设计和合成是基于多羟基芳香族化合物与芳基二酮酸化合物是两类重要的HIV整合酶抑制剂，具有较好的抑制HIV活性和较高的选择性的特点。但是芳基二酮酸衍生物中羧基的存在使得该类化合物具有内在的化学和生物学的不稳定性，在体内的生物利用度降低，因此，通过芳酰胺将该两类抑制剂有机的连接在一起，并对羧基杂环化，一方面可以达到对芳基二酮酸结构的优化，同时，可以进一步提高多羟基芳香族化合物的选择性。设计了12个芳基二酮酸类衍生物和8个喹嗯啉酮衍生物，并对此两类化合物进行了合成研究。对实验过程中的关键步骤即芳基甲基酮草酰化过程进行了优化，为该类化合物的合成提供了一种较好的方法。对产物的结构采用<'1>H NMR，<'13>C NMR，IR，ESI-MS进行确证，特别是采用X射线单晶衍射方法对二酮酸与邻苯二胺反应的产物进行了结构验证，以确证生成的是喹噁啉酮而不是苯并咪唑衍生物。 吡啶(喹喏)酮羧酸衍生物的设计是根据生物电子等排原理，用吡啶(喹喏)酮羧酸的结构代替二酮酸的结构，一方面保留芳基二酮酸类化合物对整合酶的选择性抑制，另一方面考虑到所选择结构对Mg<'2+>的选择性及亲和力，以及生理条件下的稳定性。采用药物分子设计思想和药效团分子叠加的模型，设计了20个吡啶(喹喏)酮羧酸衍生物，其中以芳基磺酰胺或者芳基酰胺为疏水性基团，3-位羧基或者羧基衍生的残基为氢键给体，4-位羰基和环上的氮原子为作为氢键受体。在杂环取代的喹嗪-3-羧酸合成过程中，研究发现氢氧化钾/乙醇水解反应体系制备1-苯并噻唑和1-苯并咪唑喹嗪-3-羧酸比氢氧化钠/甲醇反应体系获得更高的产率；研究了1-硝基-4-氧代-4H-喹嗪-3-羧酸乙酯的还原条件，得到了方法简单、产率高、反应条件温和的还原方法。为了研究喹嗯啉酮衍生物及吡啶(喹喏)酮羧酸衍生物与金属离子的相互作用，用紫外-可见光谱法及荧光光谱法确定其在有机溶剂中与HIV整合酶活性域的二价金属离子作用模式，以确定其选择性。用紫外-可见光谱法研究了8种喹嗯啉酮衍生物与7种金属离子(Cu<'2+>，Co<'2+>，Fe<'2+>，Mg<'2+>，Ni<'2+>，Mn<'2+>和Zn<'2+>)的相互作用，以确定其选择性；通过紫外滴定方法，求得金属离子与喹嗯啉酮衍生物以及吡啶(喹喏)酮羧酸衍生物两者之间的络合比，并探讨了两者之间的作用机制；用量子化学从头计算方法，依据实验结果建立的络合模型，对络合体系的前线轨道(FMO)能量进行了计算，并结合优化后的结构参数解释了喹嗯啉酮衍生物对Cu<'2+>离子选择性以及位置效应。采用同样的研究方法，研究2种吡啶(喹喏)酮羧酸衍生物对不同金属离子的选择性(Na<'+>，K<'+>，Cu<'2+>，Co<'2+>，Fe<'2+>，Mg<'2+>，Ni<'2+>，Mn<'2+>，Ca<'2+>和Zn<'2+>)，重点探讨其对Mg<'2+>和Ca<'2+>离子选择性的大小及络合比。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1国内外研究进展

1.1.1艾滋病毒结构及其生命周期

1.1.2 FDA批准的抗HIV临床药物

1.1.3艾滋病药物设计的新靶点—HIV整合酶

1.2 HIV整合酶抑制剂研究现状

1.2.1核苷酸类整合酶抑制剂

1.2.2硫氮硫扎平类整合酶抑制剂

1.2.3天然提取物整合酶抑制剂

1.2.4 Mg2+螯合物整合酶抑制剂

1.2.5苯乙烯喹啉类整合酶抑制剂

1.2.6芳基二酮酸类HIV整合酶抑制剂

1.2.7多羟基芳香族类HIV整合酶抑制剂

1.3本章小结

第2章主要研究内容

2.1多羟基芳香族二酮酸和喹噁啉酮类衍生物的结构设计

2.1.1芳基二酮酸类衍生物的构效关系

2.1.2多羟基芳香族类衍生物的构效关系

2.1.3多羟基芳基二酮酸和喹噁啉酮衍生物的结构设计

2.2吡啶(喹喏)酮羧酸衍生物的设计

2.3本章小结

第3章多羟基芳香族二酮酸和喹噁啉酮类衍生物的合成

3.1合成路线

3.2结果与讨论

3.2.1咖啡酰基和没食子酰基一苯基二酮酸84和88的合成

3.2.2咖啡酰基和没食子酰基喹噁啉酮衍生物94和96的合成

3.2.3结构解析

3.3本章小结

第4章吡啶(喹喏)酮羧酸衍生物的合成

4.1合成路线

4.2结果与讨论

4.2.1苯并噻唑(咪唑)喹嗪羧酸的合成

4.2.2苯磺酰胺喹嗪羧酸衍生物的合成

4.2.3苯甲(乙烯)酰胺基喹嗪羧酸的合成

4.2.4结构解析

4.3本章小结

第5章化合物与金属离子相互作用的研究

5.1研究现状及必要性

5.2喹噁啉酮衍生物与金属离子相互作用的研究

5.2.1喹噁啉酮衍生物的紫外可见光谱性质研究

5.2.2喹噁啉酮衍生物对Cu2+选择性的量子化学研究

5.2.3化合物95a的荧光光谱性质研究

5.3吡啶(喹喏)酮羧酸衍生物与金属离子相互作用研究

5.3.1紫外光谱法测定1-苯并噻唑基-4-氧代-4H-喹嗪-3-羧酸(111)和1-苯并咪唑基-4-氧代-4H-喹嗪-3-羧酸(113)对金属离子的选择性

5.3.2化合物111的荧光光谱研究

5.3.3结果与讨论

5.4本章小结

第6章实验部分

6.1试剂、仪器及检测方法

6.2多羟基芳香族二酮酸类化合物及喹噁啉酮衍生物合成

6.3吡啶(喹喏)酮羧酸衍生物的合成

6.3.1苯并咪唑和苯并噻唑杂环的合成

6.3.2苯磺酰胺喹嗪羧酸衍生物的合成

6.3.3苯甲(乙烯)酰胺基喹嗪羧酸衍生物的合成

6.3.4乙酰基保护咖啡(没食子)酰胺基喹嗪羧酸酯衍生物的合成

结论

参考文献

攻读博士期间所发表的学术论文

致谢